Fondamentales du CNRS : la vie synthétique n’est pas pour tout de suite, mais les biologistes y travaillent

La biologie de synthèse est un domaine scientifique qui n'a pas encore atteint son but ultime (la synthèse de la vie), mais permet déjà de modifier le génome des êtres vivants. Le généticien Jean Weissenbach fait le point sur les progrès de cette discipline.

Jean Weissenbach

Jean Weissenbach (photo © CNRS Photothèque / Christophe Lebedinsky)

Reconstituer une cellule vivante à partir de ses constituants de base : tel est l’objectif ultime de la biologie synthétique. A l’heure actuelle, les chercheurs travaillant dans ce domaine sont déjà capables de modifier le génome de cellules existantes. Le généticien Jean Weissenbach, directeur du Genoscope et membre de l’Académie des sciences, a eu « carte blanche » pour parler de cette manipulation du vivant à l’occasion de la première édition des Fondamentales du CNRS.

Simplifier ou substituer un génome est déjà possible

Les transformations peuvent consister en une modification d’une partie ou de la totalité du génome. Par exemple, une réduction du génome, pour le débarrasser de « tout ce qui est inutile : beaucoup de séquences [génétiques] n’ont pas de fonctions, ou alors des fonctions (…) qui n’ont pas de raisons d’être dans le système expérimental ». Cette simplification génétique marche « plutôt bien », et produit des cellules « qui fonctionnent au moins aussi bien que celles d’origine », affirme Jean Weissenbach.

L’expérimentation peut aller jusqu’à la synthèse d’un génome entier, qui peut prendre le pas sur le génome d’une cellule existante jusqu’à la transformer totalement en l’espace de quelques générations, comme l’a prouvé le groupe de recherche de Craig Venter en 2010.

réduction génome minimal   transformation espèce mycoplasma Craig Venter
La réduction de génome, et le remplacement de génome. (extraits diaporama Jean Weissenbach – cliquer pour agrandir l’image)

« La biologie de synthèse reste empirique »

L’intérêt de ces manipulations ? Les organismes modifiés peuvent se révéler utiles dans la production d’énergie (plus efficace que la photosynthèse naturelle, qui n’a un rendement que de 1 à 2%), la transformation chimique (par exemple, la dégradation de polluants), la reconnaissance de signaux (détecter des explosifs comme le plastic par exemple, ou de l’arsenic dans de l’eau), ou encore pour cibler des cellules afin de leur transmettre des composants particuliers (idéal pour certains médicaments).

Si le principal « point d’entrée » pour faire évoluer artificiellement des organismes vivants reste l’ADN, la biologie de synthèse fait appel à de nombreuses autres disciplines : « l’ingénierie, les mathématiques, la physique, la chimie… ». L’évolution de la technologie a permis de développer la parallélisation, qui permet de multiplier les variations génétiques plus ou moins aléatoires jusqu’à s’approcher du résultat attendu, sur plusieurs générations de cellules. « La biologie de synthèse reste très fortement empirique », observe Jean Weissenbach.

Impossible pour l’instant de rivaliser avec la nature

La vie obtenue par synthèse reste donc pour l’instant un rêve de chercheur. « Nous avons une idée assez précise des gènes essentiels à introduire pour qu’un système vive. Mais comment arranger ces gènes entre eux ? Les effets de position sont très importants. Et comment les réguler, comment réguler par exemple un millier de gènes simultanément ? » A titre indicatif, l’homme compte près de 30.000 gènes.

Jean Weissenbach est bien conscient des limites de sa spécialité : « la nature sait bien mieux que nous faire ce qu’il faut », reconnaît-il. L’évolution naturelle introduit en effet de nombreuses mutations, et élimine celles qui ne servent à rien. Dans les laboratoires, « on en est encore aux premières expériences, il faudra encore quelques années avant que nous puissions faire de véritables prédictions. Mais comme le dit un dicton Shadok, « ce n’est qu’en essayant continuellement qu’on finit par réussir » ! »

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