Stefanie Wojciech , le 13 Mars 2012 dans Actualités

Deux analyses récentes, parues dans les revues scientifiques Nature et Febs Letters, relancent le débat sur les risques des produits de la biologie de synthèse.

Les avancées de la biologie de synthèse en sont à un stade où la confrontation d’organismes naturels et de formes vivantes issues de l’ingénierie du vivant devient de plus en plus probable. Que se passera-t-il si des organismes conçus en laboratoire s’en échappent et commencent à essaimer dans la nature ? Et que se passera-t-il si des interactions entre organismes naturels et organismes artificiels surviennent ? Deux articles récents nous permettent d’y réfléchir. L’un préconise la mise en place rapide de mesures et d’investissements de précaution, l’autre examine les solutions techniques qu’offre la xénobiologie, la production de molécules étrangères censée empêcher les interactions entre organismes naturels et organismes synthétiques.

Dans un point de vue de la revue Nature, Genya Dana, Tood Kuiken et David Rejeski, du Woodrow Wilson International Center for Scholars, et Allison Snow, de l’Université d’Etat de l’Ohio, appellent la communauté scientifique et le gouvernement américain à prêter davantage attention aux scénarios d’échappement d’organismes synthétiques. Ils préconisent de les inclure dans les projets de recherche et les investissements de façon à établir des mesures de précaution évitant qu’« une catastrophe puisse survenir Â».

De nouveaux impacts potentiels

Bien que la modification génétique des organismes par génie génétique soit pratiquée depuis des décennies, par exemple pour modifier des semences de plantes, les constructions de la biologie de synthèse relèvent d’une nouvelle dimension dans laquelle les organismes sont modifiés selon « des moyens plus élaborés et  plus fondamentaux Â», qui pourraient provoquer de nouveaux impacts environnementaux. Dès lors, G. Dana et ses collègues proposent que les risques que les organismes synthétiques pourraient faire courir à l’environnement soient évalués le plus tôt possible. Ainsi, le Woodrow Wilson International Center for Scholars a constitué un groupe de travail entre biologistes de synthèse et écologues afin d’étudier ces « Ã©corisques Â» et de publier un programme de recherches sur ce thème. Il est aussi à l’origine d'un tableau de bord en ligne (Scorecard) qui évalue les réponses apportées aux Etats-Unis aux recommandations de la Commission présidentielle pour l’étude des questions éthiques.

 

G. Dana et ses collègues suggèrent quatre axes principaux traitant de ces risques écologiques. Premièrement, des études devraient évaluer les différences métaboliques entre les organismes naturels et les organismes synthétiques, particulièrement l’éventuelle synthèse de substances toxiques. Deuxièmement, un scénario imaginant l’échappement d’un organisme synthétique dans la nature sous une forme quiescente devrait être considéré. En troisième lieu, il faudrait analyser la possibilité que ces organismes trouvent eux-mêmes des niches écologiques encore non découvertes où ils pourraient se multiplier. Enfin, un possible transfert de gènes entre les deux types d’organismes devrait être examiné.

20 à 30 millions de dollars sur dix ans pour étudier les risques

Ces quatre axes de travail fourniront des informations sur les risques réels que font peser les organismes synthétiques et sur leurs impacts potentiels dans la nature. Dana et ses collègues demandent que les chercheurs et le gouvernement prennent rapidement ces pistes de recherche en charge, d’une part en établissant un programme spécialisé centré sur ces risques, d’autre part en débloquant les fonds appropriés, estimés entre 20 et 30 millions de dollars sur les dix prochaines années. Avec de telles mesures, une libération imprévue d’un organisme synthétique et ses conséquences auraient toutes chances d’être évitées.

 

Pour leur part, Markus Schmidt, de la société Biofaction, à Vienne, et Victor de Lorenzo, du Centre national des biotechnologies, à Madrid, rappellent qu’il serait naïf, après des décennies de production massive de bactéries recombinantes, de croire qu'elles ne peuvent s'échapper du laboratoire. Du côté des plantes génétiquement modifiées, des contaminations ont aussi été constatées. Certes, ces échappements ont eu des conséquences mineures comparées aux scénarios catastrophes prédits voilà 40 ans, et alors que l'échappement de microorganismes naturels a, quant à lui, causé des épidémies, comme dans le cas de l’épidémie de charbon (anthrax) à Sverdlovsk, en 1979.

Barrières de langage

Actuellement, on sait modifier les microorganismes de façon à limiter leur capacité de survie dans l’environnement. Cette forme active de confinement repose notamment sur la conversion du métabolisme du microorganisme, qui le rend dépendant de différents facteurs chimiques. L’insertion de vecteurs suicide, conduisant à la mort des microorganismes dans la nature, est aussi réalisable. Toutefois, ces techniques ne les empêchent pas d’échanger leur ADN avec des organismes naturels.

Par conséquent, de nouvelles stratégies doivent être développées visant à produire des « barrières de langage Â» pour les organismes synthétiques. Ce langage artificiel, ou cette « xénobiologie Â», rendrait impossibles la communication et les échanges entre organismes naturels et organismes synthétiques, et rendrait le confinement plus sûr. Ce processus, nommé « orthogonalisation Â» consiste à changer le code génétique en un code xénobiologique.

Du XNA au squelette d’ADN artificiel

Une première méthode consiste à modifier l’une des quatre bases de l’ADN. La « benzo homologation Â» vise ainsi à greffer un cycle benzol soit aux bases purines (adénine et guanine), soit aux bases pyrimidines (cytosine, thymine) de l’ADN. Cela donne des xéno-acides nucléiques (XNA) de deux types : soit la double hélice d’ADN est allongée,  et nommée xDNA (pour expanded DNA), soit elle s’élargit, donnant un yDNA (pour wide DNA).  Ces XNA sont fonctionnels et semblent pouvoir créer un nouveau langage moléculaire propre aux organismes synthétiques.

 

Selon une autre stratégie, on change non pas les bases, mais le squelette de la molécule d’ADN, à base d’un sucre (le désoxyribose) et de phosphate. Il est ainsi possible de remplacer le ribose, molécule à 5 atomes de carbone, par un glycol, ou par le thréose, autre sucre à 5 carbones. Les paires de bases restent alors les mêmes, mais les enzymes qui synthétisent l’ADN ne peuvent plus faire leur travail.

 

Cependant, ces idées théoriques impliquent d’autres modifications, notamment des enzymes, qui doivent être capables de fonctionner avec du XNA à la place de l’ADN puisque l’objectif est que ces organismes soient fonctionnels et produisent des substances utiles. Vaste projet dont une des premières étapes a été accomplie en 2011 par une équipe internationale dirigée par Philippe Marlière (société Heurisko USA, Etats-Unis) et Rupert Mutzel (Université libre de Berlin). Cette équipe est parvenue, grâce à une technique de culture cellulaire automatisée et d’évolution dirigée, à sélectionner des colibacilles dont l’une des quatre bases de l’ADN, la thymine, était remplacée par un analogue, le 5-chlorouracile.

Un codage revisité

Une autre cible de systèmes orthogonaux capables de créer une barrière est la traduction, qui convertit l’information portée par les acides nucléiques en protéines fonctionnelles. Dans le code génétique universel, trois bases, formant un codon, codent un acide aminé. Il existe 64 codons possibles, qui codent 20 acides aminés. Or certains codons inactifs pourraient être réutilisés pour les organismes synthétiques, ou des groupes de quatre bases (quadruplets) au lieu de trois. On pourrait aussi intégrer des acides aminés non naturels. Les organismes résultants seraient capables de convertir et lire l’information, mais elle n’aurait aucun sens pour les organismes naturels.

 

Last but not least, il est possible en théorie de développer des blocs totalement nouveaux pour construire des organismes synthétiques. On pourrait imaginer que l’information génétique ne réside plus dans l’ordre des bases des acides nucléiques, mais qu’elle soit déterminée par la composition en lipides de vésicules, par exemple. De même, la symétrie moléculaire (symétrie chirale), telle qu’elle existe pour les sucres et les acides aminés (à l’instar de la main gauche et de la main droite) permet d’envisager des formes de molécules supportant une vie artificielle « en miroir Â», empêchant toute interférence avec la nature.

 

Stefanie Wojciech, doctorante à l’Université Paris-Sud, Inserm, Institut Cochin.

Article écrit avec le soutien de l’Université Paris-Sud