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Le nouveau Cas9 ? Les scientifiques découvrent les enzymes CasX et CasY dans les bactéries

Des chercheurs de l’Université de Californie, à Berkeley, ont découvert de nouveaux systèmes CRISPR-Cas, l’outil d’édition génétique qui révolutionne actuellement le domaine. Dans leur étude, qui est publiée dans Nature, l’équipe rapporte qu’ils ont trouvé deux nouvelles protéines bactériennes Cas ainsi que la toute première protéine archaea Cas9.

Les chercheurs ont passé les 10 dernières années à reconstruire les génomes des microbes qu’ils avaient recueillis à partir d’une variété d’environnements – allant des eaux souterraines et des sédiments aux biofilms acides de drainage minier et de l’intestin infantile. Le résultat de leur travail est une collection de génotypes à échelle terabase de microbes (micro-organismes). Une grande majorité d’entre eux étaient auparavant non cultivés, ce qui signifie qu’ils n’avaient pas été cultivés isolément auparavant. Ceci est particulièrement important parce que les techniques CRISPR-Cas actuellement utilisées sont développées à partir de bactéries cultivées dans des laboratoires.

L’équipe a cherché les séquences répétées caractéristiques et a constaté, tout comme le révélait Rodolphe Barrangou, le chercheur de CRISPR, à The Scientist, « l’or de la matière sombre métagénomique. » Les séquences qui contrôlaient la protéine Cas9 étaient situées dans deux génomes archées – une découverte intéressante, puisque Cas9 était auparavant seulement trouvé dans les bactéries.

De plus, le groupe a découvert de nouvelles protéines (Cas) associées à CRISPR parmi les bactéries. Les nouvelles protéines, CasX et CasY, étaient composées d’environ 980 et 1200 acides aminés respectivement. « Elles sont vraiment petites, surtout CasX », a déclaré Jillian Banfield. « Cela signifie qu’elle est potentiellement plus utile. »

CRISPR, ou Courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), est un mécanisme de défense naturel trouvé dans certains procaryotes. Avec la protéine Cas, le système coupe et stocke l’ADN non natif des envahisseurs, tels que les virus. Cela permet à l’organisme de conserver une mémoire génétique de cet envahisseur, qu’il peut alors référencer pour identifier rapidement l’envahisseur s’il se retrouve à l’avenir.

Parmi les nombreux programmes CRISPR-Cas, le système de classe 2, qui utilise habituellement la nucléase Cas9, a été le plus étudié, et ces dernières années, il a été adapté comme une technique en biotechnologie. En utilisant le système CRISPR-Cas9, les scientifiques peuvent cibler des intervalles spécifiques de code génétique dans les organismes vivants, puis couper et modifier ces gènes plus précisément que jamais auparavant.

Parce que les archées diffèrent biologiquement des bactéries, la recherche d’une protéine Cas9 dans les archées présente un nouveau domaine d’étude intéressant dans la recherche CRISPR. Banfield croit qu’il peut y avoir des composantes du système qui diffèrent et que ces différences pourraient offrir de nouvelles informations qui pourraient améliorer les méthodes biotechnologiques actuelles. De même, Rotem Sorek de l’Institut Weizmann des Sciences en Israël voit la plus petite taille, des protéines CasX et CasY nouvellement découvertes, prometteuse puisque « la livraison de petits gènes dans des cellules est beaucoup plus facile que la livraison de gros gènes ».

Banfield espère que d’autres découvertes pourraient être trouvées en utilisant la métagénomique : « C’est un exemple de ce que je pense être une avalanche de nouvelles protéines, des voies et des systèmes qui détiennent une biotechnologie inimaginable et une valeur médicale.

doi:10.1038/nature21059

UC Berkeley, The Scientist, Nature Reviews Genetics, Broad Institute

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