Avec l’aide d’une IA, des chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, ont réussi à concevoir de l’ADN synthétique qui contrôle la production de protéines des cellules. La technologie peut contribuer au développement et à la production de vaccins, de médicaments pour les maladies graves, ainsi que de protéines alimentaires alternatives beaucoup plus rapidement et à des coûts nettement inférieurs à ceux d’aujourd’hui.
La façon dont nos gènes sont exprimés est un processus fondamental pour la fonctionnalité des cellules de tous les organismes vivants. En termes simples, le code génétique de l’ADN est transcrit en molécule d’ARN messager (ARNm), qui indique à l’usine cellulaire quelle protéine produire et en quelle quantité.
Les chercheurs ont déployé beaucoup d’efforts pour tenter de contrôler l’expression des gènes, car elle peut, entre autres, contribuer au développement de médicaments à base de protéines. Un exemple récent est le vaccin à ARNm contre Covid-19, qui a demandé aux cellules du corps de produire la même protéine que celle trouvée à la surface du coronavirus. Le système immunitaire du corps pourrait alors apprendre à former des anticorps contre le virus. De même, il est possible d’apprendre au système immunitaire du corps à vaincre les cellules cancéreuses ou d’autres maladies complexes si l’on comprend le code génétique derrière la production de protéines spécifiques.
La plupart des nouveaux médicaments d’aujourd’hui sont à base de protéines, mais les techniques de production sont à la fois coûteuses et lentes, car il est difficile de contrôler l’expression de l’ADN. L’année dernière, un groupe de recherche à Chalmers, dirigé par Aleksej Zelezniak, professeur agrégé de biologie des systèmes, a franchi une étape importante dans la compréhension et le contrôle de la quantité d’une protéine fabriquée à partir d’une certaine séquence d’ADN.
« Il s’agissait d’abord de pouvoir ‘lire’ complètement les instructions de la molécule d’ADN. Maintenant, nous avons réussi à concevoir notre propre ADN qui contient les instructions exactes pour contrôler la quantité d’une protéine spécifique », explique Aleksej Zelezniak à propos de la dernière étude importante du groupe de recherche. percée.
Molécules d’ADN sur mesure
Le principe de la nouvelle méthode est similaire au cas où une IA génère des visages qui ressemblent à de vraies personnes. En apprenant à quoi ressemble une large sélection de visages, l’IA peut alors créer des visages complètement nouveaux mais d’apparence naturelle. Il est alors facile de modifier un visage en disant par exemple qu’il doit paraître plus vieux, ou avoir une coiffure différente. D’un autre côté, programmer un visage crédible à partir de zéro, sans l’utilisation de l’IA, aurait été beaucoup plus difficile et chronophage. De même, l’IA des chercheurs a appris la structure et le code de régulation de l’ADN. L’IA conçoit ensuite de l’ADN synthétique, où il est facile de modifier ses informations de régulation dans la direction souhaitée de l’expression des gènes. En termes simples, l’IA est informée de la quantité d’un gène souhaitée, puis «imprime» la séquence d’ADN appropriée.
« L’ADN est une molécule incroyablement longue et complexe. Il est donc expérimentalement extrêmement difficile d’y apporter des modifications en le lisant et en le modifiant de manière itérative, puis en le lisant et en le modifiant à nouveau. De cette façon, il faut des années de recherche pour trouver quelque chose qui fonctionne. Au lieu de cela, il est beaucoup plus efficace de laisser une IA apprendre les principes de la navigation dans l’ADN. Ce qui autrement prend des années est maintenant réduit à des semaines ou des jours », déclare le premier auteur Jan Zrimec, chercheur associé à l’Institut national de biologie de Slovénie et ancien postdoctorant en Le groupe d’Aleksej Zelezniak.
Les chercheurs ont développé leur méthode dans la levure Saccharomyces cerevisiae, dont les cellules ressemblent à des cellules de mammifères. La prochaine étape consiste à utiliser des cellules humaines. Les chercheurs espèrent que leurs progrès auront un impact sur le développement de médicaments nouveaux et existants.
« Les médicaments à base de protéines pour les maladies complexes ou les protéines alimentaires alternatives durables peuvent prendre de nombreuses années et peuvent être extrêmement coûteux à développer. Certains sont si chers qu’il est impossible d’obtenir un retour sur investissement, ce qui les rend économiquement non viables. Avec notre technologie, il est possible de développer et de fabriquer des protéines beaucoup plus efficacement afin qu’elles puissent être commercialisées », déclare Aleksej Zelezniak.
Les auteurs de l’étude sont Jan Zrimec, Xiaozhi Fu, Azam Sheikh Muhammad, Christos Skrekas, Vykintas Jauniskis, Nora K. Speicher, Christoph S. Börlin, Vilhelm Verendel, Morteza Haghir Chehreghani, Devdatt Dubhashi, Verena Siewers, Florian David, Jens Nielsen et Aleksej Zelezniak.
Le chercheur est actif à l’Université de technologie Chalmers, Sverige; Institut national de biologie, Slovénie ; Biomatter Designs, Lituanie ; Institut de biotechnologie, Lituanie ; Institut BioInnovation, Danemark; King’s College de Londres, Royaume-Uni.
