ÉVOLUTION DIRIGÉE : Une usine à protéines plus rapide que la nature
Ces scientifiques du Scripps Research (San Diego) viennent de mettent au point un « moteur d'évolution » qui permet de reprogrammer rapidement les protéines, plus rapidement que « la nature » elle-même. Cette nouvelle plateforme, présentée dans la revue Science, ouvre la voie à de nouvelles thérapies et diagnostics, ainsi qu'à la prédiction des mutations de résistance dans de nombreuses pathologies.
La plateforme, nommée « système T7-ORACLE » donne en quelque sorte « un coup de pouce à l’évolution », explique Pete Schultz, co-auteur principal et président-directeur général du Scripps Research : « Il est désormais possible de faire évoluer des protéines de manière continue et précise à l'intérieur des cellules, sans endommager le génome cellulaire et sans besoin d'étapes laborieuses ».
Cette capacité à faire évoluer des protéines avec des fonctions nouvelles ou améliorées est cruciale, en médecine, en médecine régénérative et en biotechnologie, cependant les méthodes actuelles restent laborieuses : elles nécessitent en effet des cycles répétés de manipulation et de tests de l'ADN, chaque cycle prenant une semaine ou plus. Les systèmes d'évolution continue, où les protéines évoluent à l'intérieur de cellules vivantes sans intervention manuelle, visent à simplifier ce processus en permettant la mutation et la sélection simultanées à chaque cycle de division cellulaire (environ 20 minutes pour les bactéries. Cependant ces approches existantes sont limitées par la complexité technique ou les faibles taux de mutation.
L'étude : l’équipe du Scripps Research présente ici une nouvelle plateforme de biologie synthétique qui accélère l'évolution elle-même, permettant aux chercheurs de
faire évoluer des protéines dotées de nouvelles propriétés utiles, des milliers de fois plus vite que la nature.
Ces travaux constituent une avancée majeure dans la conception de protéines thérapeutiques pour le cancer, la neurodégénérescence et pratiquement toute autre pathologie.
L'évolution dirigée est un processus de laboratoire qui consiste à introduire des mutations et à sélectionner des variants aux fonctions améliorées sur plusieurs cycles. Elle permet de :
-
doter les protéines des propriétés souhaitées,
telles que des anticorps hautement sélectifs et à haute affinité, des enzymes présentant de nouvelles spécificités ou propriétés catalytiques.
- étudier l'émergence de mutations de résistance dans des cibles médicamenteuses.
La nouvelle plateforme T7-ORACLE contourne les obstacles des technologies existantes, en modifiant la bactérie E. coli, un organisme modèle standard en biologie moléculaire, pour qu'elle héberge un second système de réplication artificiel de l'ADN dérivé du bactériophage T7, un virus qui infecte les bactéries et dont la simplicité et l'efficacité de la réplication ont été largement étudiées. Ce nouveau système permet, ce que les scientifiques appellent
« l'hypermutation continue et l'évolution accélérée des biomacromolécules ».
De plus, la plateforme est adaptée à de nombreuses cibles protéiques et défis biologiques. Elle cible uniquement l'ADN plasmidique (petits fragments circulaires de matériel génétique), laissant le génome hôte de la cellule intact. En modifiant l'ADN polymérase T7 (une enzyme virale qui réplique l'ADN) pour la rendre sujette aux erreurs,
la plateforme permet d’introduire des mutations dans les gènes cibles à un rythme 100.000 fois supérieur à la normale,
et sans endommager les cellules hôtes.
Ce système représente ainsi une avancée majeure dans l'évolution continue.
Première preuve de concept : avec la nouvelle plateforme, l'équipe de recherche est parvenue à insérer un gène courant de résistance aux antibiotiques, la β-lactamase TEM-1, dans le système et exposé les cellules d'E. coli à des doses croissantes de divers antibiotiques. En moins d'une semaine, le système a développé des versions de l'enzyme capables de résister à des niveaux d'antibiotiques jusqu'à 5.000 fois supérieurs à l'original.
Le potentiel bien plus large de cette nouvelle plateforme T7-ORACLE réside dans son adaptabilité en tant que plateforme d'ingénierie des protéines. Cela va aider les scientifiques à développer plus rapidement des anticorps ciblant des cancers spécifiques, à développer des enzymes thérapeutiques plus efficaces et à concevoir des protéases ciblant les protéines impliquées dans le cancer et les maladies neurodégénératives.
Actuellement, l'équipe de recherche se concentre sur le développement d'enzymes d'origine humaine à des fins thérapeutiques et sur l'adaptation de protéases permettant de reconnaître des séquences protéiques spécifiques liées au cancer.
Source: Science 7 Aug, 2025 DOI : 10.1126/science.adp9583 An orthogonal T7 replisome for continuous hypermutation and accelerated evolution in E. coli
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Cette actualité a été publiée le 1/10/2025 par
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