Je suis frustré chaque fois que je prends un gant et que je réalise que c'est pour la main opposée.
Mais pour les biologistes synthétiques, cette gêne est une bizarrerie biologique qui pourrait aider à transformer la médecine. Pensez aux médicaments de longue durée qui peuvent être pris une fois par mois plutôt que trois fois par jour. Ou des outils de diagnostic basés sur des biomolécules qui s'attardent à l'intérieur du corps pour garder un œil attentif sur les cancers émergents ou d'autres maladies chroniques, sans crainte d'être prématurément éliminés par le métabolisme du corps.
Encore plus audacieux, la « dimension miroir » de la biologie peut être un tremplin pour concevoir des formes de vie synthétiques qui existent en dehors de la nature, mais qui sont des reflets littéraux de nous-mêmes. Pour reformuler : construire une version miroir de la biologie signifie réécrire le système d'exploitation fondamental de la vie.
Cela vous semble un peu trop science-fiction ? Laisse-moi expliquer. De la même manière que notre main gauche ne peut pas porter de gant pour la main droite, les éléments constitutifs de la vie - ADN, ARN et protéines - sont gravés dans des structures 3D spécifiques. Retournez-les, comme s'ils étaient reflétés par un miroir, et ils ne peuvent plus fonctionner à l'intérieur du corps. Les scientifiques ne savent pas encore pourquoi la nature n'a choisi qu'une seule forme parmi deux images miroir potentielles. Mais ils sont prêts à le tester.
Une nouvelle étude in Sciences fait des progrès en retravaillant des parties de la machine de fabrication de protéines du corps dans son image miroir. Au centre se trouve une structure appelée le ribosome, qui absorbe le code génétique et le traduit en acides aminés - les blocs Lego pour toutes les protéines. Le ribosome est une architecture cellulaire emblématique, fusionnée à partir de deux composants moléculaires principaux : l'ARN et les protéines.
L'équipe, dirigée par le Dr Ting Zhu, passionné de longue date de la vie miroir, de l'Université Westlake de Hangzhou, en Chine, s'est attaquée à la partie ARN du puzzle. Ils ont repensé une protéine de cheval de bataille qui construit les deux tiers de la structure afin que les composants d'ARN résultants soient construits sous forme de miroir.
Ces structures ne sont pas encore capables de pomper des protéines « réfléchies ». Mais plusieurs tests ont montré que les molécules synthétisées étaient beaucoup plus résistantes aux protéines « domestiques » normales de la cellule qui mastiquent les versions naturelles des mêmes protéines.
"Du point de vue de la biotechnologie, de nombreuses applications seraient rendues possibles par la présence d'un ribosome à image miroir", a affirmé Valérie Plante. Le Dr Jonathan Sczepansk de la Texas A&M University, qui n'a pas participé aux travaux. "C'est une avancée vraiment énorme pour le domaine de la biologie de l'image miroir."
Un Cabinet de (Bio)curiosités
L'histoire de la curieuse prédilection de la vie pour certaines constructions commence en 1848 avec Louis Pasteur. Vous avez probablement entendu parler du chimiste français, le père des vaccins, de la fermentation microbienne et de la pasteurisation qui maintient toujours notre lait propre à la consommation. En regardant à travers ses cercueils de vin, Pasteur a trouvé des sédiments cristallins d'une molécule alléchante. Bien qu'ils aient les mêmes formes et propriétés chimiques, ils formaient des images miroir les uns des autres. Une configuration a été nommée "L" pour laisser, ou gauche en latin; l'autre "D" pour dexter, ou à droite.
Les scientifiques ont découvert plus tard que les molécules de forme L et D existent comme code de base pour la biologie. Les éléments constitutifs de l'ADN, le modèle de notre génétique, sont naturellement sous forme D. Les acides aminés, en revanche, se tournent généralement vers la gauche.
Ce biais est profondément enraciné dans un principe central de la biologie. L'ADN est traduit en ARN et ensuite transporté vers le ribosome pour être ensuite intégré dans des protéines qui effectuent des processus essentiels à la vie. Mais voici le nœud du problème : à chaque étape, la machinerie cellulaire pompe des molécules d'un chiralité. Nos tissus et organes sont programmés pour un monde chiral, c'est-à-dire un monde dans lequel l'objet en question ne peut pas être superposé à son image miroir, même s'il est tourné.
Il y a quelques années, des scientifiques se demandaient : et si nous pouvions artificiellement mettre un miroir sur ce système et le briser en une nouvelle dimension synthétique de la vie faite de chiralité opposée ?
Through the Looking Glass
Réécrire la vie dans une version miroir d'elle-même est, pour le moins, une tâche difficile.
La nouvelle étude s'est concentrée sur un miroir « reflétant » des parties du ribosome. Des études antérieures ont montré qu'il est possible de répliquer l'ADN reflété dans un miroir et même de le traduire en ARN miroir messager. "La prochaine étape consiste à réaliser la traduction de l'image miroir", de l'ARN à la protéine, ont expliqué les auteurs.
C'est une haute colline à gravir. Le ribosome est une structure massive avec environ 2,900 50 blocs de construction de lettres d'ARN et plus de 70 protéines diverses. Les chimistes ont déjà pu synthétiser l'image miroir des ARN en longues chaînes. Mais c'est fastidieux, sujet aux erreurs, et ne peut atteindre que XNUMX lettres au maximum.
Si la chimie artificielle ne fonctionne pas, pourquoi ne pas puiser dans la nature ? Dans les cellules, les lettres d'ARN sont normalement cousues ensemble dans des chaînes de données biologiques avec une enzyme, une protéine appelée ARN polymérase. La "mise en miroir" de l'enzyme pourrait, en théorie, également créer une version réfléchie de l'ARN qui construit le ribosome. Retour au 2019, L'équipe de Zhu a tenté l'idée en « retournant » un cheval de trait protéique d'un virus. Cela a fonctionné, mais c'était extrêmement lent et les molécules résultantes étaient criblées d'erreurs.
Plutôt que de s'attaquer à l'ensemble de la machinerie de synthèse des protéines, les auteurs se sont concentrés sur un membre critique : l'ARN polymérase T7. Chérie de la sphère de la biologie synthétique, cette enzyme est un cheval de bataille qui peut produire de longues chaînes d'ARN, y compris celles qui composent les ribosomes producteurs de protéines, avec une grande efficacité.
À l'aide d'une analyse aux rayons X, l'équipe a découvert que la T7 pouvait être divisée en trois segments, chacun bien à la portée de la synthèse traditionnelle. En synthétisant chaque segment - une version miroir de leurs homologues naturels - la structure ultime s'est auto-assemblée en une version miroir de l'enzyme T7.
"Ce fut un effort herculéen de rassembler une protéine de cette taille", a déclaré Sczepanski.
Dans l'inconnu
Miroir T7 en main, l'équipe a ensuite commencé à construire un ribosome inversé. L'usine de fabrication de protéines est composée de trois gros morceaux d'ARN. Lorsqu'on lui a donné des versions miroir des instructions de l'ADN pour ces composants, l'enzyme T7 conçue avec bonheur a construit les trois segments en une seule fois. Des tests supplémentaires ont révélé que l'enzyme inversée en miroir avait des taux d'erreur similaires à ceux de son homologue naturel.
De plus, les molécules pompées par les T7 à image miroir - les ARN miroirs - étaient beaucoup plus stables dans les cellules que celles produites naturellement. C'est une aubaine potentielle pour les vaccins ou les produits pharmaceutiques à base d'ARN, qui sont souvent facilement mâchés à l'intérieur du corps avant de faire effet. Parce que les molécules miroirs sont étrangères aux processus biologiques du corps, elles pourraient rester beaucoup plus longtemps, augmentant potentiellement les effets des vaccins et des médicaments à base d'ARN ou de protéines.
C'est un long chemin à parcourir. Pour l'instant, l'équipe n'a pas encore construit de ribosome miroir complet. Les ARN représentent environ les deux tiers de la structure, avec plus de 50 protéines restantes. L'ajout des composants protéiques par génie génétique est un exploit en soi ; s'ils s'assembleront avec l'ARN miroir dans des ribosomes miroirs fonctionnels est totalement inconnu.
Mais l'équipe a les yeux rivés sur le prix : "La réalisation de la traduction de l'image miroir complétera le dogme central de l'image miroir de la biologie moléculaire", ont-ils écrit.
