Une étude électrogénétique révèle que nous pourrions un jour contrôler nos gènes avec des appareils portables

Les composants ressemblent au résultat d’une séance de shopping et de spa : trois piles AA. Deux aiguilles d'acupuncture électriques. Un support en plastique généralement attaché aux guirlandes lumineuses alimentées par batterie. Mais ensemble, ils fusionnent pour former un puissant appareil de stimulation, ouvrant un nouveau canal utilisant des piles domestiques pour contrôler l’expression des gènes dans les cellules.

L’idée semble folle, mais une nouvelle étude publiée cette semaine dans Nature Metabolism a montré que c’était possible. L'équipe, dirigée par le Dr Martin Fussenegger de l'ETH Zurich et de l'Université de Bâle en Suisse, a développé un système qui utilise l'électricité à courant continu, sous forme de batteries ou de batteries portables, pour activer un gène dans les cellules humaines de souris. avec un simple appui sur un interrupteur.

Pour être clair, la batterie ne peut pas réguler les gènes humains in vivo. Pour l’instant, cela ne fonctionne que pour les gènes fabriqués en laboratoire et insérés dans des cellules vivantes. Pourtant, l'interface a déjà eu un impact. Dans un test de validation de principe, les scientifiques ont implanté des cellules humaines génétiquement modifiées chez des souris atteintes de diabète de type 1. Ces cellules sont normalement silencieuses, mais peuvent pomper l'insuline lorsqu'elles sont activées par un zap électrique.

L’équipe a utilisé des aiguilles d’acupuncture pour déclencher le déclencheur pendant 10 secondes par jour, et le taux de sucre dans le sang des souris est revenu à la normale en un mois. Les rongeurs ont même retrouvé la capacité de gérer leur taux de sucre dans le sang après un repas copieux sans avoir besoin d’insuline externe, un exploit normalement difficile.

Appelées « électrogénétique », ces interfaces en sont encore à leurs balbutiements. Mais l’équipe est particulièrement enthousiasmée par leur potentiel dans les appareils portables pour guider directement les traitements contre les troubles métaboliques et potentiellement d’autres troubles. Étant donné que l'installation nécessite très peu d'énergie, trois piles AA pourraient déclencher une injection d'insuline quotidienne pendant plus de cinq ans, ont-ils déclaré.

L'étude est la dernière en date à connecter les contrôles analogiques du corps (l'expression des gènes) avec des logiciels numériques et programmables tels que les applications pour smartphones. Le système est « un pas en avant, représentant le chaînon manquant qui permettra aux appareils portables de contrôler les gènes dans un avenir pas si lointain », a déclaré l’équipe.

L'expression des gènes fonctionne de manière analogique. L'ADN possède quatre lettres génétiques (A, T, C et G), qui rappellent les 0 et les 1 d'un ordinateur. Cependant, le code génétique ne peut construire et réguler la vie que s’il est traduit en protéines. Le processus, appelé expression génique, recrute des dizaines de biomolécules, chacune étant contrôlée par d’autres. Les « mises à jour » de tous les circuits génétiques sont motivées par l’évolution, qui fonctionne sur des échelles de temps notoirement longues. Bien que puissant, le manuel de biologie n’est pas vraiment efficace.

Entrez dans la biologie synthétique. Ce domaine assemble de nouveaux gènes et exploite les cellules pour former ou recâbler des circuits complexes en utilisant la logique des machines. Les premières expériences ont montré que les circuits synthétiques peuvent contrôler les processus biologiques qui entraînent normalement le cancer, les infections et la douleur. Mais leur activation nécessite souvent des molécules comme déclencheurs – des antibiotiques, des vitamines, des additifs alimentaires ou d’autres molécules – gardant ces systèmes dans le domaine de l’informatique biologique analogique.

Les interfaces neuronales ont déjà comblé le fossé entre les réseaux neuronaux (un système informatique analogique) et les ordinateurs numériques. Pouvons-nous faire la même chose pour la biologie synthétique ?

La solution de l'équipe est la technologie de régulation actionnée par courant continu, ou DART.

Voici comment fonctionne la configuration. Au cœur se trouvent les espèces réactives de l’oxygène (ROS), souvent connues comme les méchants responsables du vieillissement et de l’usure des tissus. Cependant, notre corps produit normalement ces molécules au cours du processus métabolique.

Pour minimiser les dommages causés aux molécules, nous disposons d’un biocapteur de protéines naturelles pour mesurer les niveaux de ROS. Le biocapteur travaille en étroite collaboration avec une protéine appelée NRF2. Le couple traîne normalement dans la partie gluante de la cellule, isolée de la plupart du matériel génétique. Lorsque les niveaux de ROS atteignent un rythme alarmant, le capteur libère NRF2, qui pénètre dans le conteneur de stockage de l'ADN de la cellule, le noyau, pour activer les gènes qui nettoient les dégâts des ROS.