La biologie synthétique exploite des techniques avancées pour améliorer ou concevoir des systèmes biologiques. Cette année, une équipe d'étudiants de la KU Leuven participe au concours international iGEM avec un projet ambitieux sur les cellules végétales.
"Je cherche une hormone", explique Dries. À l'Institut de Botanique et de Microbiologie de la KU Leuven, sur le campus Kasteelpark Arenberg à Heverlee, Dries fouille frustré les congélateurs, carnet et appareil photo en main.
L'hormone reste introuvable, peut-être mal étiquetée. Les labos débordent de tubes et fioles indistincts, faute d'étiquetage précis.
Dries Oome fait partie de l'équipe iGEM Louvain 2020. Ce concours mondial oppose des étudiants en biologie synthétique. Prévu à Paris cette année (au lieu du MIT), il s'est tenu en ligne en raison de la pandémie de COVID-19.
L'équipe concourt avec Blades (Botanical Laboratory for Accelerated Directed Evolution). L'évolution dirigée exploite la sélection naturelle : mutation aléatoire d'un gène, puis sélection artificielle des variants désirés dans une "bibliothèque de mutants".
Cette méthode, récompensée par le Nobel de chimie 2018, est courante chez les bactéries unicellulaires, et s'étend aux levures et cellules mammaliennes. Les cellules végétales étaient négligées jusqu'ici, surtout avec EvolvR (basé sur CRISPR-Cas9). L'équipe KU Leuven veut innover.
L'évolution dirigée, Nobel de chimie 2018, révolutionne la modification génétique.
Pour l'agriculture, elle promet des rendements accrus et une meilleure résistance. La sélection classique est lente, phénotype-dépendante, sans lien clair au génotype.
L'évolution dirigée excelle chez les unicellulaires à reproduction rapide. Mais les plantes sont multicellulaires. En recherche humaine, on utilise des lignées immortelles comme HeLa, issues d'une tumeur en 1951.
Les cellules HeLa, prélevées sans consentement en 1951 chez Henrietta Lacks, servent la science depuis 70 ans.
Pour les plantes, l'équipe cherche des lignées souches "totipotentes". Des options existent (comme BY-2), mais manquent de données génomiques récentes. L'objectif : créer une lignée supérieure, ou utiliser une existante en dernier recours. Dries traque l'hormone pour cela.
Le Pr Filip Rolland localise l'acide 1-naphtalèneacétique (1-NAA), hormone favorisant la division sans différenciation. Introuvable, Dries la prépare en dissolvant la poudre. Délais d'approvisionnement ? Jusqu'à deux semaines.
Les cellules proviennent de la pervenche de Madagascar (Catharanthus roseus), acclimatée en Europe.
Transformer une plante multicellulaire en culture unicellulaire accélère les tests en boîte de Pétri. Les biologistes maîtrisent ces manipulations précises.
"Coacher" la plante vers un tissu unicellulaire familiarise les experts avec des protocoles éprouvés.
Dans la tige, entre les vaisseaux xylem (eau) et phloème (nutriments), se nichent des cellules souches. Sous hotte à flux laminaire, Dries incise stérilement la tige, isole la couche externe.
Un mois d'attente révèle le succès. Contaminations bactériennes/fongiques menacent : champignons visibles ruinent les boîtes. Une croissance pure signe la victoire.
Succès = immortalité pour l'équipe iGEM et ces cellules, comme les HeLa.
Une lignée viable perdurerait, frustrant peut-être les chercheurs futurs, comme BY-2 l'est aujourd'hui.
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