Découvrir le monde des bactéries
Des chercheurs présentent une nouvelle approche de la transformation de l'ADN et de la mutation génétique des bactéries : la base de nouveaux antibiotiques et de thérapies cellulaires
Les bactéries possèdent des caractéristiques uniques qui peuvent être très utiles à la société. Toutefois, les méthodes actuelles de génie génétique permettant d'exploiter ces avantages sont limitées à une petite fraction des espèces bactériennes. Une équipe dirigée par l'Institut Helmholtz de recherche sur les infections à ARN (HIRI) de Würzburg vient d'introduire une nouvelle approche qui peut rendre beaucoup plus de bactéries aptes au génie génétique. Leur méthode, appelée IMPRINT, utilise des systèmes acellulaires pour améliorer la transformation de l'ADN dans diverses souches bactériennes. Les résultats ont été publiés dans la revue Molecular Cell.
Les bactéries peuplent pratiquement tous les habitats de la Terre, y compris à l'intérieur et sur notre propre corps. La compréhension et l'ingénierie des bactéries peuvent conduire à de nouvelles méthodes de diagnostic, de traitement et de prévention des infections. En outre, elles offrent la possibilité de protéger les cultures contre les maladies et de créer des usines cellulaires durables pour la production de produits chimiques, réduisant ainsi l'impact sur l'environnement - ce ne sont là que quelques-uns des nombreux avantages pour la société. Pour bénéficier de ces avantages, les scientifiques doivent pouvoir manipuler le contenu génétique de ces bactéries. Cependant, la transformation efficace de l'ADN, c'est-à-dire le processus d'introduction d'un ADN étranger dans une cellule, constitue depuis longtemps un obstacle à l'ingénierie génétique des bactéries. Cela a limité son application à un petit sous-ensemble de microbes.
La présence de systèmes de modification par restriction constitue un obstacle majeur. Ces systèmes de protection marquent le génome bactérien d'un schéma de méthylation unique et détruisent l'ADN étranger entrant dépourvu de ce schéma. Pour surmonter cet obstacle, il faut ajouter le schéma de la bactérie à l'ADN, un processus qui est spécifique à la souche et qui implique de multiples ADN méthyltransférases. Ces enzymes fixent des groupes méthyles, petits groupes chimiques contenant un atome de carbone lié à trois atomes d'hydrogène, aux bases de l'ADN. Les méthodes actuelles pour reproduire ou contourner ces schémas de méthylation de l'ADN demandent beaucoup de travail et ne sont pas facilement extensibles, ce qui nécessite de nouvelles approches.
Pour relever ce défi, une équipe dirigée par 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), a introduit une nouvelle approche pour recréer ces schémas et améliorer la transformation de l'ADN. Ils l'ont appelée IMPRINT, qui signifie Imitating Methylation Patterns Rapidly IN TXTL( imiter lesschémas de méthylation rapidement en TXTL). Dans le cadre de cette méthode, les chercheurs utilisent un système de transcription-traduction sans cellule (TXTL) - un mélange liquide qui peut produire des acides ribonucléiques (ARN) et des protéines à partir de l'ADN ajouté - pour exprimer un ensemble spécifique de méthyltransférases de l'ADN d'une bactérie. Les enzymes sont ensuite utilisées pour méthyler l'ADN avant de l'introduire dans la bactérie cible.
Une application entièrement nouvelle
"IMPRINT représente une utilisation entièrement nouvelle du TXTL. Alors que le TXTL est largement utilisé à diverses fins, notamment pour produire des protéines difficiles à exprimer ou comme outils de diagnostic abordables, il n'a jamais été utilisé auparavant pour surmonter les obstacles à la transformation de l'ADN chez les bactéries", explique Chase Beisel, chef du département de biologie synthétique de l'ARN au HIRI et professeur à la faculté de médecine de l'université japonaise de médecine (JMU). Il a dirigé l'étude en collaboration avec des chercheurs de l'université d'État de Caroline du Nord (NC State) à Raleigh, aux États-Unis. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Molecular Cell.
Par rapport aux méthodes existantes, IMPRINT offre rapidité et simplicité : "Les approches actuelles nécessitent soit de purifier laborieusement les ADN méthyltransférases individuelles, soit de les exprimer dans E. coli, ce qui s'avère souvent cytotoxique", explique Justin M. Vento, premier auteur de l'étude, qui a effectué son travail en tant qu'étudiant en doctorat au département de génie chimique et biomoléculaire de la NC State University. "Ces méthodes peuvent prendre des jours, voire des semaines, et ne reconstituer qu'une fraction du schéma de méthylation de la bactérie."
Les chercheurs ont démontré qu'IMPRINT pouvait exprimer une gamme variée d'ADN méthyltransférases. En outre, ces enzymes peuvent être combinées pour recréer des schémas de méthylation complexes. Cela a considérablement amélioré la transformation de l'ADN chez des bactéries telles que l'agent pathogène Salmonella et les probiotiques Bifidobacteria, y compris une souche difficile à transformer de cette dernière bactérie moins étudiée.
La base de nouveaux antibiotiques et de thérapies cellulaires
Les applications potentielles en médecine moderne et en recherche sont nombreuses : IMPRINT peut améliorer la transformation de l'ADN dans des isolats cliniques de bactéries pathogènes et dans des bactéries qui combattent les infections, telles que les bactéries commensales ou celles qui produisent des composés antibactériens. La modification génétique de ces microbes pourrait déboucher sur de nouvelles classes d'antibiotiques et de thérapies cellulaires.
L'équipe de recherche vise à étendre l'utilisation d'IMPRINT : "Nous voulons rendre une grande variété d'agents pathogènes bactériens génétiquement manipulables pour la recherche", déclare Beisel. Il espère que l'IMPRINT sera largement adopté par la communauté des chercheurs : "Jusqu'à présent, certaines bactéries ont été privilégiées comme modèles simplement parce qu'elles sont plus faciles à manipuler génétiquement. Nous espérons qu'en utilisant IMPRINT, les chercheurs pourront se concentrer sur les souches bactériennes les plus importantes, telles que celles qui présentent une virulence accrue ou une résistance aux antibiotiques", conclut M. Beisel.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Justin M. Vento, Deniz Durmusoglu, Tianyu Li, Constantinos Patinios, Sean Sullivan, Fani Ttofali, John van Schaik, Yanying Yu, Yanyan Wang, Lars Barquist, Nathan Crook, Chase L. Beisel; "A cell-free transcription-translation pipeline for recreating methylation patterns boosts DNA transformation in bacteria"; Molecular Cell
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