Continuous target-specific mutagenesis and rapid gene evolution by diversity-generating retroelements in Escherichia coli
Cet article démontre que les rétroéléments générateurs de diversité (DGR) peuvent être modifiés dans *Escherichia coli* et couplés au transfert horizontal de gènes pour créer un système simple, programmable, permettant la mutagenèse continue, itérative et spécifique à une position de gènes cibles, ce qui permet l'évolution rapide de protéines telles que la pyrrolysyl-ARNt synthétase pour des applications biotechnologiques.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Imaginez que vous soyez un chef étoilé essayant d'inventer une nouvelle recette. Vous pourriez essayer de changer tout le livre de cuisine d'un coup, mais c'est chaotique et cela risque de gâcher le plat. Ou bien, vous pourriez essayer de changer juste une épice spécifique dans une seule phrase, mais faire cela à la main est lent et fastidieux. C'est le défi de l'« évolution dirigée », un domaine scientifique où les chercheurs tentent d'accélérer le processus d'essais et d'erreurs de la nature pour créer de meilleures protéines, des médicaments et des matériaux. Pendant longtemps, les scientifiques devaient mélanger des produits chimiques dans un laboratoire pour créer des mutations aléatoires, choisir les gagnantes, puis recommencer. C'était comme essayer de trouver une aiguille spécifique dans une botte de foin en construisant une nouvelle botte de foin chaque heure. Récemment, les scientifiques ont découvert un moyen de le faire à l'intérieur de cellules vivantes, permettant aux protéines d'évoluer de manière continue. Cependant, ces « usines » vivantes se fatiguaient souvent, s'embrouillaient ou dégradaient les instructions mêmes qu'elles étaient censées suivre. La grande question était : Pourrions-nous construire un système qui fait évoluer continuellement une partie spécifique d'une protéine, encore et encore, sans que l'usine ne s'effondre ou que les instructions ne deviennent illisibles ?
Cet article présente une solution ingénieuse appelée HGT-DGR, qui agit comme une ligne d'assemblage à haute vitesse et s'auto-renouvelant pour l'évolution des protéines. Les chercheurs ont pris un système naturel d'« hyper-mutation » trouvé dans les virus, appelé rétroéléments générateurs de diversité (DGR), et l'ont installé à l'intérieur de bactéries E. coli. Considérez le DGR comme une photocopieuse magique qui ne se contente pas de copier une page ; elle griffonne intentionnellement de nouveaux mots aléatoires sur des lettres spécifiques (seulement la lettre « A ») d'une phrase cible. Le problème était que cette photocopieuse était désordonnée : elle continuait de griffonner sur son propre manuel d'instructions (le modèle), finissant par effacer les règles dont elle avait besoin pour continuer à fonctionner, et les bactéries qui l'hébergeaient s'épuisaient.
Pour corriger cela, l'équipe a inventé une stratégie de « course de relais ». Au lieu de laisser un lot de bactéries courir la course jusqu'à leur effondrement, ils passent le témoin — le gène qu'ils veulent faire évoluer — à un nouveau groupe de bactéries fraîches et en bonne santé tous les quelques jours. Ils ont fait cela en utilisant un processus bactérien naturel appelé conjugaison, qui est comme deux bactéries se serrant la main et échangeant un petit morceau circulaire d'ADN (un plasmide). En déplaçant constamment le gène en cours d'évolution vers de nouveaux hôtes possédant un manuel d'instructions frais et non corrompu, le système peut continuer à muter le gène cible pendant des semaines sans se dégrader.
Les résultats sont impressionnants. Après avoir fait courir cette course de relais pendant sept jours, l'équipe a constaté qu'environ 40 % des bactéries de la culture portaient une version mutée du gène cible. Les mutations n'étaient pas un chaos aléatoire ; elles étaient précises, frappant des points spécifiques comme prévu. Le gène moyen dans la bibliothèque présentait environ 6 % de ses lettres « A » modifiées, créant une immense diversité de nouvelles versions de protéines. Pour prouver que cela fonctionnait, ils ont utilisé le système pour faire évoluer une enzyme appelée MmPylRS, qui est utilisée pour ajouter des blocs de construction spéciaux et non standard aux protéines. Ils ont réussi à guider l'enzyme pour qu'elle accepte deux nouveaux blocs de construction différents, montrant que le système peut être reprogrammé pour cibler différentes parties d'un gène et faire évoluer de nouvelles fonctions. L'article suggère que cette méthode est un moyen simple et peu coûteux de générer d'immenses bibliothèques de variantes de protéines, ce qui pourrait être incroyablement utile pour concevoir de nouveaux médicaments ou pour entraîner des modèles d'intelligence artificielle à comprendre comment les protéines fonctionnent.
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