Je couperais mon herbe quand la batterie de mon iPod est morte. Au lieu de profiter de la distraction de la musique, mon cerveau passe à son mode habituel de réflexion sur les molécules. Dans quelques passes d’herbe coupée, je réfléchissais au plus grand « Pourquoi pas? » De ma carrière scientifique: Pourrions-nous découvrir de nouveaux médicaments et des composés agricoles utiles en stimulant les organismes avec des grappes de chimie aléatoire?
Mes antécédents sont en biologie moléculaire – l’étude de l’ADN, les gènes et la façon dont les plans d’un organisme sont décodés et assemblés dans la vie. La discipline exige une compréhension de la façon dont les codes moléculaires sont déchiffrés et transformés en biologie fonctionnelle. Toute personne dans ce domaine est en proie à des rêves de molécules dansantes, interagissant et jouant les rôles qui transforment l’information d’ADN dans nos aliments, les plantes dans notre environnement et nos familles.
Chaque jour, dans le laboratoire, nous déplaçons les gènes. C’est facile. Non destiné à générer de nouveaux produits pour les consommateurs, l’ADN mobile est utilisé comme un outil de recherche qui nous permet de comprendre comment fonctionnent les gènes spécifiques. Un exemple classique est le gène NPR1 de la plante modèle Arabidopsis; C’est un gène de défense qui confère une tolérance accrue à la maladie lorsque vous la laissez tomber dans presque n’importe quel génome. Manipuler l’information génétique – dans les plantes, les microbes et certains animaux – est monnaie courante.
Sur cette pelouse à demi découpée, il m’est apparu, au lieu d’insérer l’information sur l’ADN que nous comprenons, et si on introduisait un désordre brouillé de code d’ADN aléatoire dans une plante ou une bactérie? Pourrions-nous identifier des fragments aléatoires d’informations génétiques qui pourraient donner naissance à de petites protéines (appelées peptides) qui modifient la physiologie ou le développement d’un organisme?
Normalement, l’ADN code pour des instructions qui coordonnent l’ordre des blocs de construction d’acides aminés dans une protéine. Chaque acide aminé présente des caractéristiques chimiques spécifiques. Enserrés dans une chaîne peptidique, ils se plient dans une protéine qui fournit une structure ou une fonction cellulaire, en fonction des chimies complémentaires de ses composants acides aminés.
Mon hypothèse était qu’un petit message d’ADN brouillé pourrait donner lieu à une nouvelle chaîne d’acides aminés. Ce serait un petit groupe de chimie discrète qui n’existerait probablement jamais sur la planète. La grande majorité du temps n’aurait pas de sens et deviendrait des déchets cellulaires. Mais peut-être rarement, il pourrait faire quelque chose de nouveau et souhaitable.
Pour tester l’hypothèse, notre équipe de recherche a utilisé des modèles randomisés pour synthétiser des trillions de fragments d’ADN aléatoires en utilisant des techniques simples d’amplification d’ADN. Chacun était flanqué par les instructions génétiques pour commencer et arrêter la production d’un peptide à l’intérieur de la plante.
Ensuite, nous avons utilisé des techniques standard d’ingénierie génétique pour insérer une nouvelle séquence d’ADN dans des milliers de plantes individuelles d’Arabidopsis thaliana – et nous nous sommes assis pour regarder ce qui se passerait lorsque les plantes ont transformé l’information génétique aléatoire en peu de peptides aléatoires. Nous espérions des cas où des structures spécifiques de protéines pourraient trouver un lien avec la chimie biologique et nous verrions le résultat dans les plantes elles-mêmes.
Au fur et à mesure que les plantes grandissaient, nous avons été éblouis par ce que nous avons observé.
Certaines plantes fleurissaient tôt. D’autres étaient petits et rabougés. D’autres ont augmenté les feuilles plus grandes. Certains étaient chargés de pigments violets sains. Encore d’autres ont grandi jusqu’à un certain point … puis ils sont morts.
Nous avons ensuite récupéré la séquence d’ADN aléatoire particulière que nous avions ajoutée à chacun, un exploit simple pour un biologiste moléculaire, et a inséré la même séquence dans de nouvelles plantes. La plupart du temps, les informations aléatoires ont affecté la nouvelle génération de plantes exactement de la même manière, démontrant que quelque chose se produisait effectivement en relation avec les informations ajoutées et brouillées. Nous avons récemment publié nos résultats dans le journal Plant Physiology.
Qu’est-ce que cette information aléatoire fait dans la cellule? Les petites molécules aléatoires générées à partir des instructions d’ADN insérées pourraient affecter un processus spécifique, juste par hasard. Ils pourraient lier un nutriment nécessaire. Ils pourraient inhiber une enzyme clé. Ils pourraient tourner la floraison ou protéger une plante du gel. Personne ne sait vraiment exactement comment jusqu’à ce que les plantes soient examinées en détail un par un. Ces nouvelles protéines peuvent également être de bons modèles pour concevoir de nouvelles molécules utiles avec des propriétés chimiques similaires, mais qui sont plus durables dans la cellule. Notre objectif est de produire un composé qui peut être appliqué aux cultures pour changer la façon dont les plantes grandissent et se comportent, ou peut-être arrêter la croissance des plantes envahissantes ou adventices.
Le processus consiste à jeter des clés de singe dans une machine compliquée. La plupart du temps, ils se rallient et ne touchent rien; mais une fois dans une longue période, une clé s’accroche dans certains engrenages critiques et met la machine en panne. D’autres fois, la clé pourrait court-circuiter un processus inutile, ce qui permet à la machine de fonctionner plus efficacement. Ces peptides sont des clés de singes moléculaires.
Certains de ces peptides doivent interférer avec un processus biologique important car ils tue la plante. Ces résultats mettent en évidence de nouvelles vulnérabilités dans les plantes que les chercheurs pourraient exploiter pour développer des herbicides respectueux de l’environnement et non toxiques. L’agriculture s’appuie actuellement sur quelques chimistes relativement anciens, la culture (à l’aide de combustibles fossiles) ou le travail humain pour contrôler les mauvaises herbes qui rivalisent avec les plantes alimentaires pour leurs ressources. Un bon contrôle des mauvaises herbes signifie que les fertilisants, l’eau et la lumière du soleil ne sont que des plantes souhaitées plutôt que des mauvaises herbes. Donc, les nouvelles chimies d’herbicides seraient extrêmement utiles car les agriculteurs travaillent pour produire de la nourriture pour des populations en croissance.
Mais pourquoi arrêter aux plantes? Nous utilisons la même approche pour découvrir la prochaine génération d’antibiotiques. L’objectif est d’identifier l’information aléatoire qui affecte une seule espèce de bactéries problématiques. Par exemple, nous pourrions potentiellement cibler S. aureus, la bactérie résistante aux antibiotiques qui cause le SARM. Nous cherchons de nouvelles molécules qui pourraient détruire les bactéries liées au MRSA tout en laissant le reste du microbiome non affecté. Ces expériences sont en cours dans notre laboratoire.
L’aléatoire peut identifier les vulnérabilités ou les opportunités non découvertes dans les plantes, les bactéries et d’autres organismes. Il peut même y avoir des applications dans la résolution des maladies humaines. L’avenir est passionnant car nous exploitons les vastes collections de nouvelles molécules et étudions comment elles s’intègrent à la biologie pour produire des résultats importants et souhaités.
La Conversation de nombreuses molécules que nous avons déjà identifiées comme une croissance lente des plantes. Les produits futurs de cette technologie pourraient même être utilisés pour rendre les pelouses plus douces. Alors que d’autres peuvent trouver cette avance utile, je vais devoir ignorer l’utiliser. Le fait de couper l’herbe fait couler mes bonnes idées.
La Source: http://bit.ly/2y8snpo
