Il y a quelques milliards d'années, quatre molécules ont dansé dans l'élégante structure à double hélice de l'ADN, qui fournit les codes de la vie sur notre planète. Mais ces quatre acteurs étaient-ils vraiment fondamentaux pour l'apparition de la vie - ou d'autres auraient-ils pu également donner naissance à notre code génétique?
Une nouvelle étude, publiée aujourd'hui (20 février) dans la revue Science, soutient cette dernière proposition: les scientifiques ont récemment moulé un nouveau type d'ADN dans son élégante structure à double hélice et ont découvert qu'il avait des propriétés qui pouvaient soutenir la vie.
Mais si l'ADN naturel est une histoire courte, cet ADN synthétique est un roman de Tolstoï.
Les chercheurs ont conçu l'ADN synthétique à l'aide de quatre molécules supplémentaires, de sorte que le produit résultant avait un code composé de huit lettres plutôt que de quatre. Avec l'augmentation des lettres, cet ADN avait, une capacité beaucoup plus grande de stocker des informations. Les scientifiques ont appelé le nouvel ADN "hachimoji" - qui signifie "huit lettres" en japonais - développant les travaux antérieurs de différents groupes qui avaient créé un ADN similaire en utilisant six lettres.
Écrire le code
L'ADN naturel est composé de quatre molécules, appelées bases azotées, qui s'associent pour former le code de la vie sur Terre: A se lie à T; G se lie à C. L'ADN Hachimoji comprend ces quatre bases naturelles, plus quatre autres bases nucléotidiques synthétiques: P, B, Z et S.
Le groupe de recherche, qui comprenait plusieurs équipes différentes aux États-Unis, a créé des centaines de ces doubles hélices Hachimoji avec différentes combinaisons des paires de bases de nucléotides naturelles et synthétiques. Ensuite, ils ont mené une série d'expériences pour voir si les différentes doubles hélices avaient les propriétés nécessaires pour soutenir la vie.
L'ADN naturel a une propriété caractéristique qu'aucune autre molécule génétique ne semble posséder: il est stable et prévisible. Cela signifie que les chercheurs peuvent calculer exactement comment il se comportera dans certaines températures et certains environnements, y compris quand il se dégradera.
Mais il s'avère que les chercheurs ont également pu le faire avec l'ADN Hachimoji - ils pourraient proposer un ensemble de règles qui peuvent prédire la stabilité de l'ADN lorsqu'il est exposé à différentes températures.
Exigences pour la vie
La constatation qu'il est possible d'ajouter les quatre bases synthétiques tout en obtenant un "code prévisible et programmable ... qui est tout simplement sans précédent", a déclaré Floyd Romesberg, professeur de chimie à Scripps Research en Californie, qui ne faisait pas partie de l'étude mais qui recherche précédemment publiée sur un code à six lettres antérieur. Ce "document historique" suggère en effet que G, C, A et T "ne sont pas uniques", a déclaré Romesberg à Live Science.
Auteur principal Steven Benner,un membre distingué de la Foundation for Applied Molecular Evolution en Floride, a accepté. Si ailleurs dans l'univers, la vie est également codée dans l'ADN, cela ne sera pas "exactement comme ce que nous avons ici sur Terre", a déclaré Benner à Live Science. "Il est très utile d'avoir ce genre d'expériences en laboratoire pour comprendre quelles structures alternatives."
Mais la création d'ADN qui stocke des informations ne suffit pas, a noté Benner. Il doit également avoir la capacité de transférer ces informations à l'ARN de sa molécule sœur, afin que cet ARN puisse ensuite charger les protéines de mener à bien toutes les activités d'un organisme.
Dans cet esprit, les chercheurs ont développé des enzymes synthétiques - des protéines qui facilitent une réaction - qui ont copié avec succès l'ADN Hachimoji dans l'ARN Hachimoji. De plus, ils ont découvert que la molécule d'ARN était capable de se plier en une sorte de forme en L qui lui serait nécessaire pour transférer davantage d'informations.
De plus, les brins d'ADN doivent pouvoir se tordre dans la même structure tridimensionnelle - la fameuse double hélice.
L'équipe a créé trois structures cristallines d'ADN Hachimoji, chacune avec des séquences différentes des huit paires de bases, et a constaté qu'en effet, chacune formait la double hélice classique.
Pourtant, pour que l'ADN Hachimoji puisse soutenir la vie, il y a une cinquième condition, a déclaré Benner. Autrement dit, il doit être autonome ou avoir la capacité de survivre par lui-même. Cependant, les chercheurs ont arrêté d'enquêter sur cette étape, afin d'empêcher la molécule de devenir un danger biologique qui pourrait un jour pénétrer dans les génomes des organismes sur Terre.
Un vocabulaire en expansion
Mis à part des aperçus d'alternatives pour la vie dans le cosmos, ce brin d'ADN à huit lettres a également des applications ici sur notre planète. Un alphabet génétique à huit lettres stockera plus d'informations et se liera à certaines cibles plus spécifiquement, a déclaré Benner. Par exemple, l'ADN Hachimoji peut être utilisé pour se lier aux cellules cancéreuses du foie ou aux toxines de l'anthrax, ou pour accélérer les réactions chimiques.
"En augmentant le nombre de lettres de six à huit, la diversité des séquences d'ADN est considérablement augmentée", Ichiro Hirao, biologiste moléculaire synthétique à l'Institut de bioingénierie et de nanotechnologie, A * STAR à Singapour, qui ne faisait pas non plus partie de l'étude , a déclaré dans un e-mail. (L'équipe d'Hirao a également été impliquée, cependant, dans des recherches antérieures qui ont créé des brins d'ADN à six lettres)
Bien sûr, "ce n'est qu'une première démonstration" d'une double hélice d'ADN à huit lettres, et pour une utilisation pratique, nous devons améliorer la précision et l'efficacité de la réplication et de la transcription en ARN, a déclaré Hirao dans un e-mail. Il s'imagine que, éventuellement, ils pourraient être en mesure de créer encore plus de lettres.
