Une nouvelle organisation de biotechnologie de Seattle recevra un financement de 75 millions de dollars pour mener des recherches sur les « machines à écrire à ADN », des cellules auto-surveillées qui pourraient bouleverser notre compréhension de la biologie. La collaboration entre l’Université de Washington, l’Initiative Chan-Zuckerberg et l’Allen Institute est déjà en cours.
Appelée Seattle Hub for Synthetic Biology, l’initiative conjointe combinera l’expertise des deux groupes de recherche bien financés avec celle de l’UW Medicine, travaillant dans ce que Jay Shendure de l’UW, responsable scientifique du projet, a appelé « un nouveau modèle de collaboration ». »
Le Hub (à ne pas confondre avec le HUB, ou Husky Union Building, sur le campus de l’UW) vise à trouver un équilibre entre une approche académique intellectuelle désintéressée et une approche commerciale centrée sur le développement. Les 75 millions de dollars financeront l’organisation pendant cinq ans, avec la possibilité de renouveler ensuite.
« Il n’y a pas de feuille de route stricte, et nous ne prétendons pas que nous allons créer une entreprise d’un milliard de dollars à la fin de cette période », m’a expliqué Shendure lors d’une interview. « Ce que nous essayons de faire n’est en aucun cas garanti de réussir – et ce ne serait pas aussi excitant si c’était le cas. Mais nous voyons une voie plausible et j’espère qu’au bout de cinq ans, nous ne serons pas les seuls à utiliser cette technologie.
La technologie en question s’apparente conceptuellement, sinon réellement, à une « montre intelligente pour cellules ». Mais malgré l’illustration, n’imaginez pas un globule rouge portant une Apple Watch. Au contraire, vous devriez l’imaginer en train de tenir un journal.
Crédits images : Centre de Seattle pour la biologie synthétique
« La biologie se produit hors de vue et au fil du temps », a expliqué Shendure. « Pensez à la façon dont nous mesurons les choses dans les systèmes biologiques en général. Avec la microscopie ou même à l’œil nu, vous regardez le système, mais vous êtes limité dans ce que vous pouvez voir. Même si nous ouvrons le tissu, nous pouvons mesurer le génome et le protéome, mais nous examinons un moment précis. Si nous voulons examiner tout ce qu’une cellule subit au fil du temps, c’est quelque chose que nous ne pouvons pas voir.
Il existe de nombreuses recherches sur la surveillance d’une seule cellule par diverses méthodes, mais la plupart impliquent soit de retirer la cellule du système, soit d’utiliser quelque chose d’invasif, comme une microélectrode perçant ses parois. Mais les cellules possèdent en réalité un mécanisme d’enregistrement intégré : l’ADN. Des recherches récentes ont montré qu’il est possible d’utiliser l’ADN et son architecture microbiologique comme support de stockage d’informations arbitraires.
« Le génome est essentiellement une entité numérique, avec A, G, T, C au lieu de 1 et 0. C’est utile dans le sens où nous pouvons y écrire d’une manière très analogue à celle d’une machine à écrire, et nous pouvons en principe exploiter cela pour enregistrer informations au fil du temps », a déclaré Shendure.
« En principe » est une autre façon de dire « nous ne l’avons pas encore fait », bien sûr, mais ce n’est pas un fantasme. Cela nécessite simplement davantage de travail, et c’est ce que le Seattle Hub a l’intention de poursuivre.
À l’heure actuelle, la technologie est rudimentaire mais prometteuse, a-t-il poursuivi. « La première version était un peu comme un singe devant une machine à écrire, tapant sur les touches au hasard. Nous pouvons désormais rendre certaines clés biologiquement conditionnelles. Et peut-être que le singe connaît actuellement quatre lettres, mais en principe, ce vocabulaire pourrait en contenir mille.
Il y a encore cette question de « principe », mais les premiers succès du système suggèrent qu’il s’agit d’une question de recherche et d’ingénierie – un travail acharné, sans espoir de percée. Même si une cellule ne pouvait « taper » quelque chose que lorsqu’une poignée de conditions se produisent, comme des niveaux élevés de telle molécule ou des pénuries de telle autre, cela constitue potentiellement un outil de transformation pour la biologie en général.
Une utilisation précoce du système a permis aux chercheurs de trouver des lignées exactes pour des cellules individuelles, comme le montre ici. Crédits images : Centre de Seattle pour la biologie synthétique
Il est utile que les outils utilisés soient fondamentalement aussi fiables qu’ils le sont, ayant été testés dans la nature pendant plusieurs milliards d’années.
« La beauté de le faire avec l’ADN réside non seulement dans le fait que nous avons quelque chose sur quoi écrire, mais aussi dans le fait que les enregistrements que vous écrivez sont fidèlement transmis à la prochaine génération de cellules. Et les appareils, capteurs, enregistreurs, tous les composants dont nous avons besoin pour notre système peuvent également être reproduits dans l’ADN, et la cellule les construira pour nous », a déclaré Shendure.
C’est aussi généralement un excellent cas de test pour un projet croisé multi-institutions et multidisciplinaire. Le groupe d’organismes de recherche Allen, l’UW et de nombreux projets et organisations soutenus par CZI travaillent tous sur différents aspects du même problème général : une meilleure compréhension de la biologie à l’aide d’outils numériques comme l’IA et de données et de calculs à grande échelle.
Les scientifiques et les ingénieurs de chacun d’entre eux se retrouvent déjà dans les bureaux des uns et des autres à Seattle, qui est elle-même devenue une plaque tournante de la biotechnologie et de l’IA, et un espace plus formel verra bientôt le jour.
Même si la technologie a encore un long chemin à parcourir, il existe encore des objectifs réalistes à moyen terme. Les deux plus importants sont les « cellules enregistreurs et les souris enregistreurs », c’est-à-dire les systèmes biologiques fonctionnels dotés de systèmes d’auto-enregistrement – ceux que nous pouvons lire, ce qui constitue un défi en soi.
Les résultats de ces systèmes et le mécanisme de rétroaction sur la manière dont ils informent la conception des protéines et l’activité au niveau cellulaire ou systémique sont également un domaine dans lequel l’IA peut briller. Comme l’a dit l’un des fondateurs d’une startup de biotechnologie, ce truc est comme « un langage de programmation extraterrestre » que les modèles de langage sont étonnamment doués pour décoder. (Le Baker Lab de l’UW est d’ailleurs une autorité de premier plan en matière de conception de protéines et travaillera avec le nouveau centre.)
Mais aussi prometteurs que soient les systèmes d’IA, « le domaine est très limité en données », a souligné Shendure. Avec la microscopie et les données génomiques, nous disposons de beaucoup de choses à certains égards, mais un journal en direct rédigé par une cellule sur sa propre activité serait une mine d’or pour des processus biologiques intéressants se produisant en temps réel.
Même s’il faudra probablement un certain temps avant qu’elles fassent des annonces ou des publications majeures, toutes les organisations impliquées ont convenu qu’il s’agirait d’une initiative ouverte et que « les découvertes du nouvel institut seront largement partagées avec la communauté scientifique pour alimenter les progrès dans les laboratoires autour du sujet ». le monde. »
S’ils créent de la valeur en même temps – et comme Shendure l’a souligné, si vous investissez de l’argent et des gens dans un domaine prometteur comme celui-là, ce n’est pas improbable – alors ils considéreront cela comme un bonus.