- L’IA crée une souche d’E. coli avec 19 acides aminés, en retirant l’isoleucine du ribosome
- C’est le premier organisme à posséder moins de 20 acides aminés universels
- Cette découverte renforce les théories sur les premières formes de vie et ouvre la voie à de futurs organismes synthétiques en médecine
Des chercheurs de l’université Columbia, du Massachusetts Institute of Technology et de l’université Harvard ont réussi à utiliser l’IA pour créer une toute nouvelle version de la bactérie E. coli, dépourvue de l’un des 20 acides aminés considérés comme les principaux éléments de base des organismes vivants.
Une étude publiée dans Science détaille l’importance de cette découverte, qui combine IA et ingénierie des protéines pour créer une souche modifiée d’E. coli avec seulement 19 acides aminés, précisément sans isoleucine.
Il s’agit d’une avancée majeure, non seulement pour la biologie, mais aussi pour l’IA et les recherches sur les origines de la vie. Certains organismes utilisent déjà plus de 20 acides aminés, mais les scientifiques n’avaient encore jamais découvert d’organisme en utilisant moins de 20.
L’IA vient de permettre aux scientifiques de réaliser une découverte génétique majeure
Jusqu’ici, les chercheurs pouvaient seulement théoriser que les premières espèces primitives avaient peut-être utilisé moins d’acides aminés dans leur constitution génétique. La découverte suivante transforme cette théorie en possibilité concrète.
Le choix de l’isoleucine parmi les 20 acides aminés s’explique en grande partie par sa similarité chimique avec la leucine et la valine. Cette proximité en faisait l’acide aminé le plus remplaçable.
Mais plutôt que de tenter de modifier toute la composition du protéome (c’est-à-dire l’ensemble des protéines présentes dans un organisme), les scientifiques ont choisi d’intervenir sur le ribosome, responsable de la fabrication de ces protéines. Dans le cadre de l’expérience, ils ont réussi à remplacer les 382 « briques » d’isoleucine présentes dans le ribosome, tout en conservant son fonctionnement attendu.
Cette étude est donc une première du genre. Jusqu’à présent, les scientifiques savaient modifier le code génétique de bactéries, de levures et d’autres organismes en ajoutant des acides aminés, mais pas en en retirant.
L’expérience a reposé sur des modèles de langage protéique fondés sur l’IA. Ils ont servi à prédire des structures protéiques alternatives et à proposer des substituts d’acides aminés, avec pour objectif de préserver les fonctions du ribosome sans utiliser d’isoleucine.
Beaucoup de conceptions générées par l’IA ont proposé des séquences que les humains n’auraient peut-être pas imaginées. Les modèles d’IA peuvent analyser des combinaisons potentiellement efficaces à un rythme bien supérieur à celui des chercheurs humains.
Sur les 50 souches d’E. coli créées en remplaçant l’isoleucine par d’autres acides aminés, 18 ont ensuite grandi normalement. L’étape suivante a consisté à combiner 21 protéines ribosomiques réécrites dans une seule souche d’E. coli. Après quelques ajustements supplémentaires, celle-ci a fini par se développer, même si sa croissance restait plus lente que celle des souches ordinaires non modifiées.
Harris Wang, biologiste des systèmes et de synthèse à l’université Columbia, a décrit l’élimination totale d’un acide aminé comme une tâche « presque aussi difficile qu’on puisse l’imaginer, car il s’agit du complexe protéique le plus vaste et le plus compliqué ».
Pour la recherche scientifique, cette découverte signifie qu’au moins certains systèmes biologiques fondamentaux peuvent tolérer une perturbation importante du code génétique. Elle soutient aussi l’idée selon laquelle les premières formes de vie ont pu utiliser moins d’acides aminés que les organismes modernes, ouvrant de nouvelles perspectives pour les théories de l’évolution.
Au-delà de la biologie évolutive, ces travaux dessinent aussi un avenir où des organismes synthétiques personnalisés pourraient remplir des rôles ciblés dans des domaines comme la médecine et la santé. Autre conclusion : des organismes modifiés pourraient devenir dépendants de chimies inhabituelles, absentes des environnements naturels, ce qui améliorerait leur confinement biologique.
À plus long terme, la modification génétique assistée par IA pourrait aider les chercheurs à concevoir des organismes adaptés aux environnements extrêmes, y compris des habitats spatiaux où l’accès à toute la gamme des acides aminés pourrait être plus limité.
