Nouvelle méthode d'édition du génome
Inspiré par les stratégies de défense des bactéries
Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Institut Helmholtz de recherche sur les infections à base d'ARN (HIRI) a mis au point un nouveau moyen d'affiner le matériel génétique. Leur étude, publiée dans Nature Biotechnology, décrit une technique innovante dans laquelle des étiquettes chimiques sont attachées directement à l'ADN, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches en médecine, en agriculture et en biotechnologie.
L'édition ciblée de l'information génétique a progressé à un rythme extraordinaire ces dernières années. Des outils tels que les "ciseaux à gènes" CRISPR-Cas9 et l'édition de bases - une technique qui apporte des modifications précises à l'ADN sans le couper - sont déjà devenus la norme en matière de recherche et de développement clinique. Ces technologies sont utilisées pour traiter les troubles génétiques, améliorer la résistance des cultures et créer des bactéries à des fins biotechnologiques.
Transformer la lutte entre bactéries et virus en progrès scientifique
Des chercheurs de l'Institut Helmholtz de recherche sur les infections à base d'ARN (HIRI), un site du Centre Helmholtz de Braunschweig pour la recherche sur les infections (HZI), en coopération avec l'université Julius-Maximilians de Würzburg (JMU), ont mis au point une nouvelle méthode d'édition précise de l'ADN. L'équipe de HIRI a également coopéré avec la North Carolina State University aux États-Unis et l'ETH Zurich en Suisse. Leur objectif était de rendre les modifications génétiques dans les bactéries, les plantes et les cellules humaines encore plus précises et plus douces. Les résultats viennent d'être publiés en ligne dans la revue Nature Biotechnology.
L'équipe s'est inspirée d'un système naturel de défense des bactéries contre les virus, les bactériophages. Pour lutter contre ces envahisseurs, les bactéries utilisent deux enzymes, DarT2 et DarG. Lors d'une infection virale, DarT2 fixe un marqueur chimique à l'ADN, ce qui bloque la réplication et arrête la propagation du virus. En l'absence de menace, DarG arrête DarT2 et élimine activement le marqueur. Ce mécanisme finement réglé permet d'empêcher la propagation du virus et sert maintenant de base à une nouvelle approche d'édition du génome.
Cette nouvelle forme d'attachement a été baptisée "append editing" par les chercheurs. "Pour la première fois, cela nous permet de réaliser de nouveaux types de modifications génétiques impossibles à réaliser avec les méthodes précédentes", expliquent les scientifiques.
Pour comprendre le mécanisme, on peut imaginer l'ADN comme un cahier dont chaque page est constituée d'une longue chaîne de lettres. Alors que les techniques traditionnelles d'édition de gènes suppriment ou remplacent généralement des lettres individuelles dans cette chaîne, l'édition par appendice introduit un petit groupe chimique - des molécules d'ADP-ribose - sur un site spécifique. Cet ajout fonctionne comme une "note autocollante" apposée sur une lettre particulière. Le marqueur chimique convainc la cellule de modifier cet ADN avec une grande précision et un minimum de perturbations. Le type de changement dépend toutefois de l'organisme dans lequel il a été introduit.
"DarT2" - Une nouvelle ère pour l'édition du génome
Contrairement aux technologies précédentes, où les mêmes outils produisent des résultats similaires dans tous les organismes, les effets de la méthode d'édition par appendice étaient différents entre les bactéries et les eucaryotes, tels que les champignons, les plantes et les cellules humaines. "Nous avons observé que l'édition par appendice conduisait à l'incorporation de modifications importantes dans les bactéries sur la base d'un modèle fourni, alors que dans les cellules eucaryotes, la base d'ADN modifiée changeait d'identité", explique Chase Beisel, chef de département affilié à HIRI. "C'est l'une des découvertes les plus surprenantes : le résultat de la réparation de l'ADN peut être très différent d'un organisme à l'autre", ajoute Constantinos Patinios, ancien post-doctorant dans le laboratoire de Beisel.
Les chercheurs voient de nombreuses applications potentielles pour cet outil. "Notre méthode d'édition d'appendices élargit considérablement la boîte à outils de la recherche sur le génome et ouvre de nouvelles portes à la biotechnologie de précision et au développement de thérapies médicales", déclare Darshana Gupta, étudiante en doctorat au HIRI. Plus précisément, les microbes pourraient être modifiés de manière ciblée, par exemple pour optimiser les bactéries naturellement bénéfiques dans le corps humain ou pour étudier plus efficacement les agents pathogènes. Dans les cellules humaines, une édition précise pourrait un jour contribuer à corriger en douceur des maladies héréditaires et fournir de nouvelles informations sur les processus de réparation de l'ADN.
Des recherches supplémentaires sont encore nécessaires avant que de telles applications puissent être mises en œuvre dans la pratique clinique. Cependant, les scientifiques sont confiants : "DarT2 est un autre excellent exemple de l'utilisation des défenses bactériennes dans la recherche sur le génome", déclare Harris Bassett, qui termine son doctorat dans le laboratoire de M. Beisel.
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Publication originale
Darshana Gupta, Constantinos Patinios, Harris V. Bassett, Anuja Kibe, Scott P. Collins, Charlotte Kamm, Yanyan Wang, Chengsong Zhao, Katie Vollen, ... Antoine-Emmanuel Saliba, Nathan Crook, Anna N. Stepanova, Jose M. Alonso, Chase L. Beisel; "Targeted DNA ADP-ribosylation triggers templated repair in bacteria and base mutagenesis in eukaryotes"; Nature Biotechnology, 2025-9-4
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