Une fonderie de génomes propulse le Canada dans l’ère du génie génétique automatisé

Le laboratoire de recherche de l’Université Concordia est le premier du genre au Canada et l’un d’une quinzaine dans le monde à se spécialiser dans l’assemblage automatisé de composants d’ADN.

19 février 2019
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La méthode classique consistait à tout faire manuellement : les experts en biologie synthétique transféraient de petites quantités d’ADN d’une éprouvette à une autre pour travailler par essai-erreur sur quelques gènes à la fois. Il fallait des années pour déterminer quelle était la fonction d’un gène ou quelles modifications apportées à son ADN entraînerait l’effet désiré. Mais dans le laboratoire de génomes de l’Université Concordia, les robots font en quelques minutes ce qui prendrait normalement toute une journée.

Cette avancée dans le domaine pourrait permettre de comprendre et de créer des génomes entiers, qui rassembleraient des dizaines de milliers de gènes, plus rapidement que jamais. « À la main, c’est impossible. Ce n’est pas à la portée de l’esprit humain. Il faut davantage de capacités d’analyse et d’automatisation », explique Vincent Martin, professeur de biologie et codirecteur du Centre de biologie synthétique appliquée de l’Université Concordia. Le laboratoire permet de tester parallèlement des centaines de gènes. Ainsi, les chercheurs peuvent prévoir avec plus d’exactitude les effets fonctionnels des changements apportés à l’ADN et construire des systèmes biologiques synthétiques beaucoup plus complexes.

« Soudainement, on trouve réponse à des questions et à des problèmes qui étaient insolubles il y a cinq ou six ans », indique M. Martin. Par exemple : pourra-t-on un jour créer un organisme synthétique capable de traiter les déchets lourds produits par les sables bitumineux?

Seules une quinzaine d’installations de recherche au monde se spécialisent dans l’assemblage automatique de composants d’ADN et celle de l’Université est la première au Canada. Inaugurée l’an dernier, elle a reçu une subvention de 2,4 millions de dollars de la Fondation canadienne pour l’innovation. Depuis, les chercheurs s’affairent à élaborer un processus standardisé (conception, réalisation, essais et apprentissage) pour les robots et les logiciels utilisés par la fonderie. Ils décident aussi des organismes et des applications à privilégier.

Jetez un coup d’oeil au laboratoire : 

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« Pour que le processus global fonctionne, les robots doivent travailler de concert, comme un orchestre », précise Nicholas Gold, l’un des coordonnateurs du laboratoire. Des logiciels de conception conçus par des informaticiens permettent de tester et d’assembler des fragments d’ADN pour former des voies biologiques semblables à de microscopiques chaînes de production. Des milliers de lignées cellulaires sont testées. Puis, les données sont analysées. L’objectif : comprendre le rôle de ces lignées et déterminer comment réécrire le code génétique pour transformer les organismes en usines cellulaires miniatures.

L’emploi de systèmes biologiques pour produire des matériaux courants est plus économique et plus écologique que bien d’autres méthodes. Par exemple, l’un des projets phares du laboratoire consiste à utiliser des levures pour produire du nylon à partir de sucre. « On élimine alors un sous-produit d’un produit à base de pétrole [le nylon] au moyen d’une source biologique », explique Smita Amarnath, une autre de ses coordonnatrices.

Parmi les applications de ces nouvelles méthodes, on compte aussi la mise au point de nouveaux médicaments et de vaccins, la conception de technologies environnementales et la production d’aliments, d’agents chimiques et de divers matériaux.

Le laboratoire est destiné aux projets universitaires, mais la réduction des coûts et l’accélération de la création de systèmes biologiques par l’industrialisation situent l’Université Concordia à l’avant-garde de la bioéconomie canadienne. « L’industrie en général va dans cette direction, affirme M. Martin. En tant qu’université, et donc en tant que centre de formation, Concordia doit former les étudiants en tenant compte des méthodes de l’industrie. »

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