Biologie synthétique
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Biologie synthétique a deux sens :
- Pendant longtemps, le mot décrivait une approche de la biologie essayant d’intégrer divers axes de recherche pour atteindre une compréhension holistique de la vie ;
- Plus récemment, ce terme a été utilisé pour décrire un nouveau type de recherches combinant science et génie génétique afin de concevoir et construire des systèmes et fonctions biologiques novatrices.
La controverse est grande sur savoir si la biologie de synthèse actuelle (que l’on pourrait presque qualifier d'appliquée) est en accord avec la biologie de synthèse « classique » de la fin du XXe siècle (que l’on pourrait presque qualifier de « théorique »), a l’objectif anti-réductionniste.
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[modifier] Histoire
En 1978, le prix Nobel de médecine était décerné à Werner Arber, Daniel Nathans et Hamilton O. Smith pour la découverte des enzymes de restriction et leur application aux problèmes de génétique moléculaire. Dans un éditorial du journal Gene, Wacław Szybalski écrivait : « Le travail sur les nucléases de synthèse nous permet non seulement de construire aisément les molécules d’ADN recombinant et d’analyser les gènes individuels, mais nous a aussi mené à une nouvelle ère de la biologie de synthèse où non seulement les gènes existants sont décrits et analysés, mais où aussi de nouvelles configurations génétiques peuvent être construites et évaluées. »[1].
[modifier] Biologie
Les biologistes cherchent à connaître le fonctionnement des systèmes vivants naturels. Une manière simple et directe de vérifier notre compréhension actuelle de ceux-ci est de construire un exemplaire (ou une version) d’un système selon notre compréhension de ce dernier. Le travail avant-gardiste de Michael Elowitz[2] sur les répressilateurs[3] est un bon exemple d’une telle approche.
Michael Elowitz avait un modèle du fonctionnement de l’expression génétique dans les cellules vivantes. Pour le vérifier, il construisit un morceau d’ADN selon son modèle, le plaça dans les cellules vivantes et regarda ce qui se passa. De légères différences entre ce qu’il attendait et ce qu’il observa mirent en lumière qu’une nouvelle science valait d’être créée. De tels travaux utilisent beaucoup de mathématiques pour prédire et étudier les dynamiques des systèmes biologiques avant de les construire de manière expérimentale. Une large palette de descriptions mathématiques ont été utilisées avec une précision variable, incluant la théorie des graphes, les réseaux booléens, les équations différentielles ordinaires et stochastiques et les maîtres équations (afin d’améliorer la précision). Parmi les exemples probants, citons les travaux d’Adam Arkin [4] et Alexander van Oudenaarden[5] ; voir aussi le numéro spécial de PBS Nova sur la vie artificielle[6].
[modifier] Chimie
Les systèmes biologiques sont des systèmes physiques composés de matériaux chimiques. Il y a environ cent ans, la chimie passa de l’étude des matériaux chimiques naturels à la conception et l’élaboration de nouveaux matériaux chimiques. Cette transition inaugura le domaine de la chimie de synthèse. Dans le même esprit, certains aspects de la biologie de synthèse peuvent être vus comme une extension et une application de la chimie de synthèse à la biologie, et inclure des travaux allant de la création de nouveaux matériaux biochimiques jusqu’à l’étude des origines de la vie. Les groupes d’Eric Kool[7] à Stanford, de Steven Benner[8] à l’université de Floride, de Carlos Bustamante [9] à Berkeley et de Jack Szostak[10] à Harvard sont de bons exemples de cette tradition.
[modifier] Ingénierie
Les ingénieurs voient la biologie comme une technologie. La biologie de synthèse inclut une large redéfinition et extension de la biotechnologie, avec le but ultime d’être capable de concevoir et construire des systèmes biologiques fabriqués qui traitent l’information, manipulent les éléments chimiques, produisent de l’énergie, fournissent de la nourriture et maintiennent et améliorent la santé humaine et notre environnement. Un des aspects qui distingue la biologie de synthèse de l’ingénierie génétique conventionnelle est sa forte attention à développer des technologies fondamentales rendant l’ingénierie biologique plus facile et plus fiable. Comme bons exemples de biologie de synthèse incluent les travaux pionniers de Tim Gardner et Jim Collins sur un interrupteur génétiquement créé[11], le registre des pièces biologiques normées[12], et la Compétition intercollégiale des des machines génétiquement modifiées[13].
[modifier] Réécriture
Les « réécrivains » sont des biologistes synthétiques souhaitant vérifier l’idée que, puisque les systèmes biologiques naturels sont si compliqués, nous ferions mieux de reconstruire le système naturel qui nous intéresse à partir de zéro, afin de fournir des engineered surrogates plus faciles à comprendre et avec lesquels l’interaction soit plus facile. Les réécrivains tirent leur inspiration du réusinage, une procédure parfois utilisée pour améliorer les logiciels. Drew Endy et son groupe [14] ont effectué quelques travaux préliminaires sur la réécriture[15]. Les oligonucléotides récoltés depuis une puce à ADN fabriquée par photolithographie ou jet d’encre DNA chip combinés avec les corrections d’erreurs d’ADN permettent des changement de codons à vaste échelle dans les systèmes génétiques pour améliorer l’expression génétique ou incorporer des amino-acides novateurs[16]. Tout comme dans l’exemple ci-dessus du T7, ceci favorise une approche ex nihilo de la synthèse.
[modifier] Questions sociales
En plus des nombreux défis techniques, le vaste potentiel de la biologie de synthèses inquiète aussi les bioéthiciens quant à ses potentiels abus par des états voyous et des terroristes[17]. La découverte du métal a permis soc de charrue et aiguille à coudre, mais aussi lances et épées. La physique nucléaire a mené aux traitements des cancer par radiation, mais aussi aux armes nucléaires. L’étude de la biologie de synthèse peut mener à des soins contre la malaria, qui tue tous les ans des millions de personnes, mais pourrait aussi mener à une forme modifiée de petite vérole utilisée comme arme et pour laquelle il n’y aurait pas actuellement de défense immunitaire. Des connaissances approfondies sur la contention et le contrôle de telles recherches doit rester à l’esprit des expérimentateurs. Ce dont manque la société aujourd’hui est d’un manque de confiance dans le fait que les systèmes de contrôle et de défense suffisent à gérer les accidents et abus d’une telle activité. On voit cependant apparaitre quelques suggestions détaillées pour la licence et la surveillance[18] des diverses phases de la synthèse des gènes et du génome. Notons aussi des discussion en ligne en cours, détaillées et ouvertes, sue les problèmes sociétaux à l'OpenWetWare[19].
Le jeu de rôles Transhuman Space a popularisé le concept de bioroïdes (introduits par (GURPS Cyberpunk), des androïdes biologiques créés par biogenèse (le terme qu’emploie le jeu de rôle pour la biologie synthétique)
Le projet européen SYNBIOSAFE [20] étudie les aspects éthiques et de sécurité de la biologie synthétique.
[modifier] Voir aussi
- Bio-informatique
- Biologie des systèmes
- Biorobotique
- Bio-ingénierie
- Biohacking
[modifier] Notes et références
- ↑ Gene 1978, 4, p 181
- ↑ The Elowitz Lab sur caltech.edu]
- ↑ A synthetic oscillatory network of transcriptional regulators. Nature 2000, sur Pubmed.
- ↑ Adam Arkin home page
- ↑ van Oudenaarden Lab
- ↑ numéro spécial de PBS Nova sur la vie artificielle
- ↑ Eric Kool
- ↑ Steven Benner
- ↑ Carlos Bustamante
- ↑ Jack Szostak
- ↑ interrupteur génétiquement créé
- ↑ registre des pièces biologiques normées
- ↑ intercollegiate Genetically Engineering Machine competition (iGEM)
- ↑ groupe de Drew Eddy
- ↑ par exemple, Refactoring Bacteriophage T7
- ↑ voir les projets de cellule de synthèse du laboratoire de George Church
- ↑ (New Scientist, 12 novembre 2005)
- ↑ A Synthetic Biohazard Non-proliferation Proposal harvard.edu
- ↑ OpenWetWare
- ↑ SYNBIOSAFE
[modifier] Liens externes
[modifier] Entreprises
- (en) ATG Biosynthetics
- (en) GenScript Corporation
- (en) DNA2.0
- (en) Codon Devices
- (en) Synthetic Genomics
[modifier] Laboratoires
- (en) Biologie synthétique à Berkeley/LBL
- (en) Groupe de recherche de l’UMBC
- (en) Laboratoire Pawson
- (en) Laboratoire de Jim Collin à l’Université de Boston
- (en) Laboratoire de Jingdong Tian’s à Duke University
- (en) Laboratoire de George Church à la Harvard Medical School
- (en) Laboratoire de Drew Endy au MIT
- (en) Laboratoire de Christina Smolke à Caltech
- (en) Laboratoire de Michael Elowitz à Caltech
- (en) Laboratoire de Lingchong You’s à Duke University
- (en) Laboratoire de Chris Voigt à l’Université de Californie
- (en) Laboratoire d’Andy Ellington’s à l’université des Texas
- (en) Laboratoire de Ron Weiss à Princeton
[modifier] Blogs
- (en) Synthetic Biology in Practice, Howard Salis
- (en) Synthetic Biology Blog
- (en) Harman on Technology: Thoughts on applying software engineering practices to biology
[modifier] Multimédia
[modifier] Concours iGEM
- La présentation du projet vainqueur d'iGEM 2007, par la première équipe française
- (en) the iGEM program - intercollegiate Genetically Engineered Machines - Compétition annuelle de création de biologie de synthèse par des étudiants (vainqueur 2006 : Slovénie).
[modifier] Autres
- Club étudiant de réflexion SYNBIOSYS sur la Biologie Synthétique et Systémique à Paris
- biologiesynthetique.fr wiki en français d'informations, études et discussions sur la biologie synthétique
- (en) Synthetic Biology community Wiki, hébergé par des chercheurs du MIT et de Harvard
- (en) Page Web du groupe de biologie de synthèse espagnol ayant participé à iGEM 2006.
- (en) Institut J. Craig Venter
- (en) Synthetic Biology Project]
- (en) Programmable Cells: Engineer Turns Bacteria Into Living Computers, une exposition de biologie de synthèse
- (en) Registry of Standard Parts du MIT
- (en) Bio-Multimedia Formes synthétiques ludiques
- Suite de billets sur les bioroïdes