La génomique synthétique est un domaine de la biochimie axé sur la création du génome – l’assemblage complet des informations génétiques ou héréditaires d’un organisme nécessaires pour que cet organisme maintienne la vie. Le génome d’un organisme est constitué de molécules d’acide désoxyribonucléique (ADN) qui forment un code. Des portions de ce code, appelées gènes, contrôlent la création et les interactions des protéines dans les cellules de l’organisme, permettant à l’organisme de fonctionner. En génomique synthétique, les scientifiques manipulent et recréent des génomes à des fins de recherche ou pour des applications pratiques en médecine et en fabrication de biocarburants.
L’ADN est composé d’unités structurelles répétitives appelées nucléotides, qui forment des paires de bases et créent les motifs qui constituent le code génétique. Les nucléotides et les séquences d’ADN sont fabriqués artificiellement pour diverses applications biochimiques, mais la génomique synthétique est un processus plus complexe. Afin de créer un génome synthétique fonctionnel, le génome naturel doit être connu dans son intégralité et soit répliqué exactement, soit modifié de telle sorte qu’aucune fonction cruciale ne soit affectée.
En 2010, une équipe de recherche basée à l’Institut J. Craig Venter à Rockville, Maryland a créé le premier génome bactérien synthétique. La bactérie Mycoplasma mycoides a un génome composé d’un million de paires de bases. L’équipe a pu reproduire le génome naturel de la bactérie à l’aide de nucléotides produits synthétiquement et introduire le génome synthétique dans une cellule bactérienne différente, remplaçant l’ADN de cette bactérie par l’ADN synthétique de Mycoplasma mycoides. Avec le nouveau génome en place, la cellule a commencé à fonctionner comme une cellule normale de Mycoplasma mycoides, avec toutes ses fonctions intactes.
Des complications dans la synthèse d’un génome peuvent facilement survenir en raison de la complexité des systèmes impliqués. Par exemple, si une paire de bases est déplacée ou manquante, la cellule peut ne pas fonctionner du tout. De même, les processus biochimiques par lesquels la cellule lit et implémente les informations contenues dans l’ADN, et les interactions chimiques de l’environnement cellulaire avec l’ADN, doivent être corrects.
La technologie de la génomique synthétique peut être adaptée à des applications industrielles et commerciales, telles que la production de biocarburant. Depuis 2011, certaines entreprises étudient la possibilité de créer des algues synthétiques plus efficaces que les algues naturelles pour piéger et transformer le dioxyde de carbone en substances utilisables. De nombreux chercheurs pensent que l’ingénierie des algues de cette manière peut rendre la production de biocarburant plus rentable et commercialement viable.
D’autres projets en génomique synthétique consistent à synthétiser seulement une partie d’un génome pour modifier un organisme en vue d’une utilisation à des fins industrielles ou scientifiques. Un exemple est la modification des génomes des plantes pour rendre les cultures plus résistantes à la sécheresse ou aux ravageurs. En médecine, les microbes peuvent être génétiquement modifiés pour agir comme remèdes contre certaines maladies ou aider à la thérapie génique.