La révolution tranquille de la biologie synthétique

Lorsque vous entendez la « biologie », vous pensez probablement quelque chose comme « nature » ou « naturel », mais l'humanité interfère avec la biologie depuis des milliers d'années, et maintenant au 21e siècle, nos outils sont plus puissants que jamais.

Nous sommes passés de plantes et d'animaux grossièrement reproductrices au cours des générations pour répondre à nos besoins, pour créer simplement la biologie dont nous avons besoin à partir de zéro. Vous ne le savez peut-être pas, mais notre maîtrise de la biologie a explosé tranquillement, et il ne faudra pas longtemps avant que les fruits de ce travail ne deviennent apparents.

La biologie synthétique tire son nom dans les années 1910, mais capture l'imagination dans les années 70

Bien que le concept de modification des organismes vivants existe depuis des siècles, le terme «biologie synthétique» a été inventé pour la première fois dans les années 1910. Il a été utilisé par un biologiste français nommé Stéphane Leduc dans une publication intitulée Théorie Physico-Chimique de la Vie et Générations Spontanés Et encore deux ans plus tard dans La Biologie Synthétique.

Plus tard, Wacław Szybalski a popularisé le terme en 1974 en référence au génie génétique, mais il ne savait pas que la biologie synthétique d'un jour se rapporterait plus qu'une simple vie qui existe déjà.

La vie brevetée des humains en 1981

Si vous modifiez génétiquement un organisme pour faire une chose vivante qui peut effectuer une fonction dont vous pouvez profiter, pouvez-vous le breveter? C'était la grande question en 1981 lorsque le Dr Ananda Chakrabarty a reçu un brevet.

Le brevet 4 259 444 était pour un microbe OGM et avait été appliqué pour tout le chemin en 1972. Le microbe en question a été conçu pour manger de l'huile, avec l'idée qu'elle pourrait être utilisée pour nettoyer en toute sécurité les déversements d'huile.

Bien que l'invention n'a pas été développée parce que GE a trouvé d'autres meilleures solutions, le brevet lui-même est historiquement significatif, car il a établi un précédent que vous pouviez bien breveter la vie elle-même.

Nous cartographions notre propre génome dans les années 90

Avant de continuer à étudier la psychologie, quand j'étais enfant, j'étais plutôt intéressé à étudier la génétique à la place. Dans les années 90, j'ai lu sur le projet du génome humain, qui a décidé de cartographier l'ensemble du génome humain. À l'exception des jumeaux identiques, la différence entre les gènes de deux personnes ne représente que 0,1% de différence.

Ainsi, en cartographiant le génome humain, notre espèce entière ferait un énorme bond en avant dans nos propres plans. Cela ne voulait pas dire que nous comprendrions tout cela, mais l'avoir complètement tracé était une première étape nécessaire.

Grâce aux progrès du matériel informatique, le projet a été achevé avant le calendrier en 2003. Ce projet est le fondement de la science génétique humaine aujourd'hui, et c'est l'une de nos plus grandes réalisations. Pas aussi flashy qu'un atterrissage de la lune, mais certainement plus important!

La nourriture OGM est approuvée en 1994

La première alimentation génétiquement modifiée, la tomate Flavr Savr, a été approuvée pour la vente commerciale en 1994. Créée par Calgene, la FDA a approuvé la vente de la tomate OGM et n'a pas nécessité un étiquetage spécial car ils ne pouvaient trouver aucune différence de sécurité ou nutritionnel entre les tomates FLAVR SAVR et non-OGM. Cependant, le flavr Savr n'a duré que trois ans sur le marché, car Calgene n'a pas pu le rendre financièrement viable. L'entreprise a ensuite été rachetée par Monsanto.

Depuis lors, les aliments OGM ont prospéré, permettant une meilleure sécurité alimentaire et des cultures améliorées, en s'appuyant sur des milliers d'années d'élevage sélectif de cultures par diverses civilisations humaines. Cependant, les réactions publiques aux OGM ont été mitigées, et en dehors de la science elle-même, tout le monde n'est pas satisfait des pratiques commerciales d'entreprises comme Monsanto.

Néanmoins, prendre le contrôle direct des gènes qui produisent notre nourriture est un tournant historique majeur pour la biologie synthétique, et nous n'avons vu la pointe de l'iceberg que lorsqu'il s'agit de la manipulation des gènes des plantes et des animaux. Par exemple, les porcs OGM ont été créés avec des organes qui peuvent être transplantés en humains.

Nous avons créé la vie artificielle à partir de zéro

Avance rapide jusqu'en 2008, lorsque des scientifiques du J. Craig Venter Institute ont synthétisé l'ensemble du génome d'une bactérie, faisant le premier génome artificiel. Ils ont utilisé une cellule bactérienne existante et ont remplacé son génome par un synthétisé dans un laboratoire. Selon Venter:

Nous l'appelons synthétique parce que la cellule est totalement dérivée d'un chromosome synthétique, fabriqué avec quatre bouteilles de produits chimiques sur un synthétiseur chimique, en commençant par des informations dans un ordinateur.

Cependant, ce n'était qu'une étape intermédiaire. Ensuite, c'était un défi encore plus grand. Non content de synthétiser un génome à partir de zéro, Venter et son équipe ont ensuite créé la première cellule d'auto-replication synthétique.

Je pense qu'il est important de prendre du recul et de considérer que ce sont les premiers exemples de la vie extraterrestre que nous avons rencontrés. Depuis que l'équipe de Venter a créé des organismes vivants avec des génomes synthétisés à partir de produits chimiques bruts, qui n'ont pas de gènes partagés avec une autre créature vivante. Ils n'ont pas d'ancêtres génétiques, même s'ils sont basés sur des organismes naturels dont les gènes ont été cartographiés et étudiés.

Le travail de Venter a conduit directement à des méthodes de synthèse des vaccins et a ouvert la voie à un jour créant un organisme multicellulaire qui est complètement synthétique et construit à partir de zéro, ou des machines biologiques qui ne sont pas le résultat de l'évolution, mais de la conception.

CRISPR débloque l'ingénierie des gènes

L'une des plus grandes percées de la biologie synthétique est venue en 2012 avec la commercialisation de CRISPR-CAS9, un outil révolutionnaire d'édition génétique. La technique CRISPR elle-même a été inventée en 1987, mais elle a pris des décennies de développement et de progrès technologiques avant de pouvoir être utilisés. Ce qui rend CRISPR si important, c'est que vous pouvez modifier les gènes des créatures vivantes in vivo. Il est donc possible d'aborder certaines conditions génétiques, même chez les adultes. En 2023, plus de 200 personnes avaient reçu une thérapie génique nette.

Peut-être plus intrigant, c'est utiliser CRISPR pour modifier les gènes des embryons, bien que cette route soit lourde de danger. Pourtant, être capable de corriger les maladies génétiques dans les embryons conduisant à un enfant en bonne santé est séduisant. Les problèmes éthiques sont cependant profonds, surtout en ce qui concerne l'ingénierie des embryons déjà sains pour être « mieux » d'une manière ou d'une autre. Peut-être avec une durée de vie plus longue ou plus de résistance au cancer, une intelligence plus élevée ou tout ce qui est finalement influencé par nos gènes.

Il y a aussi le problème que CRISPR peut apporter des modifications au génome qui peuvent être hérités, ce qui signifie que vous n'éditez pas seulement les gènes d'un individu, mais toute leur future lignée.

Les xenobots arrivent

Tout ce développement de la biologie synthétique s'est développé jusqu'à un résultat prévisible: les xenobots. Des scientifiques de l'Université du Vermont, de l'Université Tufts et de l'Institut WYSS pour l'ingénierie d'inspiration biologique à l'Université de Harvard ont fondu la robotique avec génétique en créant des xenobots.

En prenant des cellules vivantes des embryons de grenouille, l'équipe a réassemblé ces cellules dans leurs petits robots biologiques. Des machines vivantes qui peuvent aller là où vous leur dites et effectuer une sorte de tâche, bien que ces premières versions ne puissent pas faire grand-chose. Cependant, peu de temps après la révélation des Xenobots, les scientifiques ont découvert un moyen de les faire s'auto-se compliquer de manière asexuée, en utilisant une nouvelle méthode de reproduction connue sous le nom de « reproduction cinématique ». Ce qui est fascinant, c'est que ce comportement n'a pas été programmé, mais plutôt quelque chose que les Xenobots ont commencé à faire spontanément.

Maintenant, nous prenons le contrôle de la biologie

Il semble que tout ce qui s'est passé dans notre histoire d'essayer de plier la biologie à nos besoins n'a été qu'un prélude. Nous sommes sur le point de nous comprendre vraiment et toute vie sur Terre, de prendre le contrôle et de le remodeler de toutes les manières possibles. Cependant, les dangers potentiels sont vastes, et si nous ne sommes pas extrêmement prudents, cela pourrait conduire à certains très résultats indésirables.