Projet ANR-13-JSV5-0004 – SYNBIOMOLL : Nouvelles étapes de la Biologie Synthétique: vers la généralisation des méthodes de transplantation de génome
Programme : JCJC - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (JCJC SVSE 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Carole LARTIGUE (UMR Biologie et Pathologie du Fruit)
Partenaires : Biologie du Fruit et Pathologie
Montant : 299965.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Récemment, de nouvelles approches rassemblées sous le terme de Biologie de Synthèse (BS) ont émergé. Les travaux menés au J. C. Venter Institute y ont contribué significativement en montrant: (1) la synthèse de génome bactérien complet à partir d’oligonucléotides de synthèse, (2) l’ingénierie génomique en utilisant la levure comme plate-forme, (3) la transplantation de génome bactérien isolé dans une cellule bactérienne, directement ou avec la levure comme intermédiaire. Dans ces travaux, les espèces voisines Mycoplasma capricolum subsp. capricolum (Mcap) et Mycoplasma mycoides subsp. capri (Mmc), ont été respectivement utilisées comme espèces receveuse et donneuse de génome. 
Les mycoplasmes appartiennent à la classe Mollicutes, bactéries sans paroi apparentées aux Firmicutes à faible % de G+C. Les mycoplasmes utilisent UGA comme codon Tryptophane et ont un génome de petite taille. Les Mollicutes comportent plusieurs espèces pathogènes chez l’homme, les animaux et les plantes. Un des facteurs limitant l’étude de leur pouvoir pathogène est le manque d’outils génétiques.
L’objectif de SYNBIOMOLL  est d’étendre les techniques de Biologie Synthétique à de nouveaux Mollicutes d’intérêt. Dans la mesure où plusieurs génomes bactériens ont été clonés dans la levure et les techniques d’assemblage de grands fragments d’ADN sont en expansion, la limite principale des techniques de BS décrites ci-dessus reste la capacité à étendre la transplantation de génomes à de nouvelles espèces bactériennes.
Dans la tâche 2 (la tâche 1 est la coordination du projet), nous proposons d’étudier les mécanismes de transplantation de génome en évaluant le degré de parenté nécessaire entre la cellule donneuse et le génome transplanté. Des essais de transplantation de génomes d’espèces présentant des parentés phylogénétiques de plus en plus faibles avec Mcap seront réalisés. Après avoir déterminé la limite de la compatibilité, nous chercherons à déterminer si la non-compatibilité résulte d’un défaut de réplication et/ou d’expression du génome donneur dans la cellule receveuse. Pour cela, des régions spécifiques (comme l’origine de réplication) du génome de Mcap seront échangés avec les régions équivalentes d’un génome non-compatible et l’impact sur la transplantation sera déterminé. Les mêmes échanges seront faits avec un génome compatible, comme contrôle. Les résultats attendus devraient renseigner sur la nature des protéines ou de séquences génomiques qui sont critiques pour la compatibilité génome-cellule receveuse dans ces transplantations.
Dans la tâche 3, nous envisageons de développer la transplantation de génome dans un autre groupe phylogénétique, en utilisant Acholeplasma laidlawii (AL) comme cellule receveuse. AL peut être cultivé dans un milieu beaucoup plus simple que celui des mycoplasmes et est considéré comme un intermédiaire entre les mycoplasmes et les firmicutes à faible % G+C.
Des expériences de transplantation avec un génome donneur de même espèce seront réalisées avant de tenter avec des génomes provenant d’autres acholéplasmes. Nous envisageons aussi des développements spécifiques avec des génomes (ou des portions de génomes) provenant de phytoplasmes. Ces derniers sont des mollicutes phytopathogènes transmis par insectes et dont la principale difficulté d’étude provient de leur incapacité à se multiplier in vitro. Dans un premier temps, des plasmides oriC de phytoplasmes seront évalués pour leur réplication chez AL et un remplacement de l’oriC d’AL par celle du phytoplasme sera tenté. Des approches protéomiques seront mises en œuvre pour évaluer la production de protéines de phytoplasmes à partir de gènes clonés chez AL.
Réussir à transplanter un génome dans AL serait une réalisation importante en soi, mais nous souhaitons utiliser ultérieurement ce système pour parvenir à cultiver un phytoplasme après complémentation génomique. Ce projet fera l’objet d’un dossier d’ERC Consolidator Grants déposé par C. Lartigue, à l’issue de SYNBIOMOLL.