Des chercheurs de l’Institut Pasteur, du CNRS, de l’Université Paris Cité et du Gladstone Institute (États-Unis) ont mis au point une méthode révolutionnaire d’évolution dirigée nommée DGRec. Cette technologie permet de modifier de manière ultra-rapide et ciblée n'importe quelle séquence génétique directement à l'intérieur de cellules vivantes, ouvrant la voie à des avancées majeures en biotechnologie et en médecine.

L'évolution dirigée : du tube à essai à la cellule vivante

L'évolution dirigée consiste à mimer la sélection naturelle pour créer des protéines aux fonctions améliorées. Jusqu’à présent, un tel processus mené à la paillasse nécessitait traditionnellement des étapes de laboratoire complexes et répétitives in vitro (pouvant introduire des erreurs comme c’est le cas, parfois, avec la technique PCR). La méthode DGRec (pour DGR-mediated recombineering), développée par cette équipe internationale pluridisciplinaire, simplifie radicalement ce processus, directement in vivo, en permettant à la cellule de générer elle-même sa propre diversité génétique sans intervention extérieure.

Comment fonctionne la technologie DGRec ?

Cette nouvelle technologie s’inspire des rétroéléments générateurs de diversité (Diversity-Generating Retroelements - DGR), des systèmes naturels utilisés par certains virus de bactéries (ie phages) pour s'adapter à leurs hôtes. En combinant ces éléments avec une technique de « recombineering », les chercheurs ont créé un outil capable de :

• Cibler précisément des fenêtres d'ADN composées de 50 à 200 paires de bases nucléiques.

• Générer des mutations massives : jusqu’à 24 mutations peuvent s'accumuler dans une seule séquence en seulement 48 heures.

• Éviter les erreurs fatales : grâce aux biais naturels de l'enzyme utilisée (la transcriptase inverse), le système privilégie certaines mutations qui minimisent l'apparition de « codons stop » prématurés marquant l’arrêt de la production des protéines et les rendant alors inactives.

Des applications concrètes : des phages aux nanocorps

Grâce à différents travaux, l’équipe a déjà démontré l’efficacité de DGRec à travers plusieurs applications de pointe :

1. Ingénierie des phages : En faisant évoluer les protéines de reconnaissance des virus, les chercheurs ont pu créer des phages capables d'infecter des bactéries devenues résistantes.

2. Optimisation de CRISPR : La méthode a permis de faire évoluer des variantes de la protéine dCas9.

3. Maturation de nanocorps : DGRec a permis d’accélérer le développement de nanobodies (petits anticorps) avec une affinité renforcée, essentiels pour de nouveaux diagnostics et thérapies apportant encore plus de modularité.

Un outil universel

Bien que développée principalement chez la bactérie E. coli, les chercheurs ont également prouvé que la technologie est adaptable à des organismes plus complexes comme la levure, suggérant un potentiel d'application immense dans divers domaines de la recherche biomédicale.

« DGRec offre une combinaison unique de programmabilité et de densité de mutation, permettant de se concentrer sur n'importe quel locus d'intérêt sans modifier son contexte natif », expliquent les auteurs de l'étude.

Retrouvez les travaux scientifiques parus dans Nature Biotechnology