La biologie synthétique est un domaine de recherche qui permet de créer des composants biologiques qui n'existent pas dans le monde naturel. Ces composants synthétiques imitent les organismes naturels mais offrent en plus la possibilité d’une « personnalisation » qui va permettre de lutter contre une maladie, comme le cancer. Dans cet esprit, une nouvelle technologie d'insertion de réseaux de gènes synthétiques dans des cellules hôtes, mise au point par une équipe de bioingénieurs de l'Arizona State University, promet d’améliorer l'efficacité de la technique, et franchit une étape dans cette thérapie de nouvelle génération.
Il s’agit en effet d'une nouvelle génération de circuits de gènes synthétiques, des « programmes » génétiques qui vont permettre le diagnostic de la cellule, l’identification de caractéristiques spécifiques (dans le cancer, de protéines responsables par ex.) et le déclenchement d'une réponse thérapeutique adaptée. Ces réseaux de gènes synthétiques insérés dans le génome de la cellule hôte peuvent également induire « si besoin » la mort cellulaire. En synthèse, cette thérapie innovante permet d’adapter et de cibler la thérapie au niveau cellulaire.
Résoudre le défi de la concurrence pour les ressources entre circuits génétiques
Ici, l’équipe de l’Arizona State décrit comment les réseaux de gènes synthétiques au sein de la cellule hôte peuvent être reconfigurés afin de ne jamais être submergés : « Le principe des réseaux de gènes synthétiques consiste à connecter les réseaux ensemble et à les insérer dans une cellule hôte, cependant, les circuits sont conçus pour remplir différentes fonctions et se font parfois concurrence pour un montant de ressources limité de la cellule », explique l'auteur principal Xiaojun Tian, professeur à la School of Biological and Health Systems Engineering de l'ASU.
La concurrence pour les ressources est un défi dans le domaine de la biologie synthétique depuis ses débuts, il y a plus de 20 ans. « un réseau de gènes peut ainsi mobiliser 90% des ressources disponibles d'une cellule hôte, ne laissant que 10% aux réseaux restants ».
L'équipe a donc mis au point un moyen d'insérer des réseaux de gènes synthétiques individuels dans plusieurs cellules hôtes qui vont fonctionner collectivement ou en « équipe » : chaque cellule va donc remplir une fonction spécifique, ce qui élimine la concurrence pour les ressources : « Au lieu de diviser les ressources, chaque cellule peut effectuer 100% de la charge de travail qui lui est assignée. Les cellules hôtes fonctionnent ensemble, comme une unité connectée et mais chaque circuit génétique est gagnant ».
La technologie a de vastes implications pour le traitement du cancer mais aussi pour d'autres maladies. « Il existe de nombreux types de cellules dans une tumeur, certaines cellules répondent à la chimiothérapie et d'autres non, ce qui entraîne une résistance au traitement. La configuration de réseaux de gènes synthétiques multitâches permet d’empêcher les cellules de métastaser et de les rendre plus vulnérables au traitement ».
Source: Nature Communications 08 February 2021 DOI : 10.1038/s41467-021-21125-3 Winner-takes-all resource competition redirects cascading cell fate transitions
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