Craig Venter est sur le point de créer de la vie synthétique

J'ai déjà parlé de certains de ces projets, du génome humain et de ce qu'il pourrait représenter, et de la découverte de nouveaux gènes. Nous en sommes maintenant à une nouvelle étape: nous avons numérisé la biologie, et maintenant nous essayons de passer de ce code numérique à une nouvelle phase de la biologie: la conception et la synthèse de la vie.

Nous nous sommes toujours posé de grandes questions. "Qu'est-ce que la vie ?" est selon moi ce que beaucoup de biologistes ont cherché à comprendre à différents niveaux. Nous avons tenté diverses approches, essayant de la réduire à des composants minimaux. Nous la numérisons depuis maintenant près de 20 ans. Lorsque nous avons séquencé le génome humain, nous l'avons transposé du monde analogique de la biologie au monde numérique des ordinateurs. Maintenant la question c'est: pouvons-nous régénérer la vie, ou pouvons nous créer de nouvelles formes de vie, à partir de cet univers numérique ?

Voici la carte du génome d'un organisme simple, la bactérie Mycoplasma genitalium, l'organisme possédant le génome le plus simple qui puisse s'auto-répliquer en laboratoire. Nous avons tenté de voir si nous pouvions arriver à un génome encore plus petit. Nous avons pu éliminer environ une centaine de gènes sur les quelques 500 qu'il y avait au départ. Quand on regarde la carte de son métabolisme, elle est relativement simple comparée à la nôtre. Croyez-moi, ça c'est simple. Mais quand on considère tous les gènes qu'on peut éliminer un par un, il est très improbable que le résultat produirait une cellule vivante. Nous avons donc décidé que la seule manière de progresser, c'était de synthétiser concrètement ce chromosome afin de pouvoir en varier les composants et pouvoir poser certaines de ces questions fondamentales. Donc nous nous sommes attelés à ce problème: "Pouvons-nous synthétiser un chromosome?" Est-ce que la chimie permet de construire ces énormes molécules, ce qui n'a jamais été réalisé ? Et, si c'est possible, pouvons-nous activer un chromosome ? Un chromosome, au passage, c'est juste un morceau de matériau chimique inerte. Bien que le rythme de notre numérisation de la vie se soit accru de manière exponentielle,

notre capacité à écrire un code génétique a augmenté plus lentement, mais a augmenté quand même. Et notre dernière avancée montrerait un début de croissance exponentielle. Nous avons commencé ce travail il y plus de 15 ans. En réalité cela s'est fait en plusieurs étapes, en commençant par un rapport bioéthique avant les premières expériences. Mais il se trouve que synthétiser de l'ADN est très difficile. Il existe des dizaines de milliers de machines dans le monde qui peuvent synthétiser de petits morceaux d'ADN, de 30 à 50 lettres de long, mais c'est un processus dégénératif, donc plus le morceau est long, plus il y a des erreurs. Nous avons donc dû créer une nouvelle méthode pour assembler ces petits morceaux entre eux et corriger toutes les erreurs.

Ceci était notre première tentative, en utilisant les informations numériques du génome de Phi X 174, un petit virus qui tue des bactéries. Nous avons construit les morceaux, corrigé les erreurs, et avons créé une molécule d'ADN d'environ 5000 lettres de long. Le moment le plus excitant a été lorsque nous avons pris ce matériau chimique inerte et nous l'avons placé dans une bactérie; la bactérie a commencé à lire le code génétique, et à fabriquer des particules virales. Les particules virales ont été ensuite éjectées de ces cellules, et sont revenues détruire la bactérie E. coli. Je discutais avec l'industrie du pétrole récemment, et je leur ai dit qu'ils avaient très clairement compris ce modèle.

(Rires)

Ils ont plus rigolé que vous.

Donc c'est en réalité une situation où le logiciel peut construire son propre matériel dans un système biologique. Mais nous voulions voir plus grand. Nous voulions créer un chromosome de bactérie entier. Cela représente plus de 580 000 lettres de code génétique. Donc nous avons pensé les assembler à partir de morceaux de la taille d'un virus, pour pouvoir varier ces morceaux à notre guise et ainsi comprendre quels sont les composants nécessaires d'une cellule vivante. La conception est primordiale, et si vous partez des données numérisées sur ordinateur, il faut qu'elles soient extrêmement précises. Lorsque nous avons séquencé ce génome en 1995, la précision standard était d'une erreur pour 10 000 paires de bases. En séquençant à nouveau ce génome, nous avons trouvé 30 erreurs. Si nous avions utilisé la séquence originelle, le chromosome résultant n'aurait jamais fonctionné. La conception doit notamment définir des morceaux de 50 lettres de long qu'il faudra imbriquer avec tous les autres morceaux de 50 lettres pour construire des sous-ensembles plus petits qu'il faudra alors également assembler. Nous avons pu également intégrer des éléments particuliers.

Vous l'avez peut-être lu, nous avons inséré des signatures. Réfléchissez un peu: Le code génétique comporte 4 lettres: A, C, G et T. Des triplets de ces lettres permettent de coder une vingtaine d'acides aminés, chaque acide aminé étant lui-même désigné par une lettre qui lui est propre. Nous pouvons donc utiliser le code génétique pour écrire des mots, des phrases, des pensées. Pour commencer, nous avons juste mis notre autographe. Certains ont été déçu que ce ne soit pas de la poésie. Nous avons conçu ces morceaux pour qu'ils soient légèrement rognés par des enzymes. Il y a des enzymes qui les réparent et les assemblent. Nous avons donc commencé à construire des morceaux, en commençant par des morceaux de 5000 à 7000 lettres, qu'on assemble pour former des morceaux de 24 000 lettres eux-mêmes assemblés pour arriver à 72 000 lettres.

A chaque étape, nous avons créé une grande quantité de ces morceaux de manière à pouvoir les séquencer car nous essayons de créer un processus extrêmement robuste -- vous allez le constater dans une minute. Ce que nous recherchons c'est l'automatisation du processus. Au total cela ressemble à un tableau d'éliminatoires. Lorsqu'on arrive à des tailles de morceaux importantes (plus de 100 000 paires de base) on ne peut plus les faire croître facilement dans une bactérie E. coli. On atteint les limites des outils de la biologie moléculaire moderne. Nous nous sommes donc tournés vers d'autres mécanismes. Nous en connaissions un appelé recombinaison homologue, que la nature utilise pour réparer l'ADN, qui pouvait assembler ces larges morceaux. En voici un exemple. Il y a un organisme appelé Deinococcus radiodurans qui peut survivre à des niveaux de radiations de 3 millions de rads.

Vous le voyez sur l'image du haut, son chromosome explose littéralement. 12 à 24 heures plus tard, il s'est réparé exactement comme il était auparavant. Il existe des milliers d'organismes qui ont cette capacité. Ils peuvent être totalement asséchés. Ils peuvent survivre dans le vide total. Je suis absolument sûr qu'il peut y avoir de la vie dans l'espace, qu'elle peut se déplacer et trouver un autre environnement aqueux. En fait, la NASA a montré qu'il y en avait beaucoup d'exemples.

Voici une micrographie de la molécule que nous avons construite en utilisant ces processus - en réalité simplement les mécanismes des levures avec une conception adéquate des morceaux utilisés. La levure les assemble automatiquement. Ce n'est pas une micrographie électronique; c'est juste une photomicrographie normale. Cette molécule est tellement grande qu'on peut la voir avec un simple microscope. Ces photos ont été prises sur une période de 6 secondes.

Voilà la publication que nous avons faite il y a peu. Cela représente plus de 580 000 lettres de code génétique. C'est la plus grande molécule d'une structure déterminée jamais créée par l'homme. Sa masse moléculaire est supérieure à 300 millions d'uma. Si on utilisait une police 10 sans espaces, ça prendrait 142 pages rien que pour imprimer ce code génétique. Comment fait on démarrer un chromosome ? Comment l'active-t-on ? Évidemment c'est assez simple avec un virus. Mais c'est beaucoup plus compliqué quand on travaille avec des bactéries. C'est également beaucoup plus simple pour des organismes eucaryotes comme nous-mêmes; il suffit d'éjecter le noyau et d'en insérer un autre, comme ce qu'on fait pour le clônage. Dans les bactéries Archaea, le chromosome est intégré à la cellule. Mais nous avons récemment montré qu'il est possible de transplanter entièrement un chromosome d'une cellule à une autre et de l'activer. Nous avons d'abord purifié un chromosome d'une espèce microbienne. En gros, le microbe et la bactérie sont aussi éloignés l'un de l'autre que l'homme de la souris. Nous avons ajouté quelques gènes pour pouvoir sélectionner ce chromosome particulier. Nous l'avons fait digérer par des enzymes pour détruire toutes les protéines. Et quand nous avons inséré ça dans la cellule, c'est assez stupéfiant -- et vous apprécierez au passage la sophistication de notre graphisme -- le nouveau chromosome est entré dans la cellule. En fait, nous pensions que cela pourrait s'arrêter là, mais nous avons tenté d'aller plus loin dans le processus.

Vous avez sous les yeux un mécanisme majeur de l'évolution. On trouve des tas d'espèces qui ont intégré un deuxième chromosome ou un troisième provenant d'un autre organisme, ajoutant ainsi des milliers de nouvelles caractéristiques à cet organisme en une seconde. Les gens qui croient encore que l'évolution se produit par la modification d'un gène à la fois ont loupé pas mal de choses en biologie.

Il existe des enzymes appelés enzymes de restriction qui peuvent digérer l'ADN. Le chromosome qui était dans la cellule n'en a pas. Le chromosome que nous avons inséré, en a. L'enzyme a été produit à partir de notre chromosome, et il a reconnu l'autre chromosome comme un matériel étranger, l'a avalé, et nous nous sommes donc retrouvés avec une cellule avec un nouveau chromosome. Elle a viré au bleu à cause des gènes que nous avons inséré. Et en très peu de temps, toutes les caractéristiques de l'organisme initial ont disparu et elle s'est entièrement transformée en un organisme nouveau, fondé sur le nouveau logiciel que nous avons introduit dans la cellule. Toutes les protéines ont été modifiées, les membranes ont changé -- et quand on lit le code génétique, on retrouve exactement ce que nous avons transféré.

Cela peut ressembler à de l'alchimie génétique, mais nous pouvons réellement, en transférant l'ADN logiciel ici et là, faire des changements radicaux. Selon moi, ce n'est pas pour autant la genèse de la vie, c'est la prolongation de 3,5 milliards d'années d'évolution, mais je pense que nous sommes peut-être sur le point de créer une nouvelle version de l'explosion Cambrienne avec la création massive de nouvelles espèces à partir de cette conception numérique.

Pourquoi faire cela ? Je pense que c'est assez évident quand on regarde nos besoins. Nous allons passer de 6,5 à 9 milliards d'êtres humains sur les 40 prochaines années. Si je rapporte cela à ma personne: je suis né en 1946. Il y a maintenant sur cette planète trois personnes pour chaque personne qui vivait en 1946; d'ici 40 ans, il y en aura quatre. Nous avons des problèmes pour nourrir, pour fournir de l'eau pure, des médicaments, du carburant à 6,5 milliards d'êtres. Ça sera d'autant plus difficile de le faire pour 9. Nous consommons chaque année 5 milliards de tonnes de charbon, et plus de trente milliards de barils de pétrole, soit 100 millions de barils par jour. Quand on essaye de concevoir des processus, biologique ou autre, pour remplacer ça, on comprend que c'est un challenge gigantesque. Et il y a aussi bien sûr tout ce dioxyde de carbone produit par ces processus qui est rejeté dans l'atmosphere.

Nous possèdons, suite à nos découvertes de par le monde, une base de données d'environ 20 millions de gènes, et je les considère comme autant de composants pour nos créations futures. L'industrie électronique ne dispose que d'une douzaine de composants et regardez la diversité qui en est issue. Nous somme limités principalement par la réalité biologique et par notre imagination. Nous disposons maintenant des techniques, grâce à ces méthodes de synthèse rapide, pour faire ce que nous appelons de la génomique combinatoire. Nous avons maintenant la capacité de construire un grand robot capable de créer un million de chromosomes par jour. Imaginez ce que l'on peut créer avec ces 20 millions de gènes, ou les processus que l'on peut optimiser pour produire de l'octane ou des médicaments, ou de nouveaux vaccins... Nous pouvons, avec une équipe réduite, inventer plus de biologie moléculaire que toutes les découvertes scientifiques des 20 dernières années. Tout ça grâce à un simple processus de sélection. On peut privilégier la viabilité, la production de carburants, de produits chimiques, de vaccins, etc.

Ceci est une photo d'écran d'un véritable logiciel de conception sur lequel nous travaillons pour nous permettre de créer des organismes sur ordinateur. On ne saura pas forcément dire à quoi ils ressembleront. Mais on saura dire exactement quel est leur code génétique. Nous nous concentrons en ce moment sur les carburants de quatrième génération. Vous avez pu voir récemment que la transformation du maïs en éthanol n'est rien qu'une mauvaise expérience. Les carburants de deuxième et troisième générations ne vont pas tarder à apparaître, ceux qui transforment le sucre en carburants beaucoup plus puissants comme l'octane ou différents types de butanol.

Mais nous pensons que la seule manière pour la biologie d'avoir un impact majeur sans pour autant augmenter le coût de production de la nourriture et en limiter la disponibilité est d'utiliser le CO2 comme matière première, donc nous travaillons à concevoir des cellules pour aller dans ce sens, et nous pensons obtenir les premiers carburants de quatrième génération dans environ 18 mois. Le soleil et le CO2 c'est une des méthodes envisageables... (Applaudissements) mais nous avons découvert de par le monde tout un tas d'autres méthodes.

Ceci est un organisme que nous avons décrit en 1996. Il vit au fond des océans, vers 2500m de profondeur, dans des températures de près de 100°C. Il transforme le CO2 en méthane en utilisant de l'hydrogène moléculaire comme source d'énergie. Nous essayons de voir si nous pouvons récupérer du CO2 capté, qu'on peut facilement transporter sur place par tuyaux, et reconvertir ce CO2 en carburant pour alimenter ce processus.

En très peu de temps, nous pensons pouvoir aller beaucoup plus loin que chercher juste la réponse à la question "qu'est-ce que la vie ?" Vous voyez, nous avons l'ambition très modeste de remplacer toute l'industrie pétrochimique.

(Rires) (Applaudissements)

Ouais. Où à part à TED peut-on faire cela ?

(Rires)

Devenir un producteur majeur d'énergie. Nous travaillons également sur l'utilisation de ces mêmes outils pour créer des vaccins instantanément. Vous l'avez vu cette année avec la grippe, nous avons toujours une année de retard et il nous manque toujours un dollar pour trouver le bon vaccin. Je pense que nous pouvons changer cela en construisant des vaccins par combinaison à l'avance. Voici ce à quoi le futur pourrait commencer à ressembler en modifiant aujourd'hui l'arbre de l'évolution, en accélérant l'évolution avec des organismes synthétiques, bactéries, Archeae, et finalement des eucaryotes. Nous sommes encore loin de pouvoir modifier l'être humain. Notre but est juste de nous assurer d'avoir une chance de survivre assez longtemps pour pouvoir arriver à cette étape. Merci beaucoup.

(Applaudissements)