Un chromosome artificiel bactérien (BAC) fait partie d’une classe d’outils, appelés vecteurs, que les microbiologistes utilisent pour insérer des gènes dans une bactérie – généralement e coli. L’insertion de gènes modifie les propriétés de la bactérie dans un processus appelé transformation. Un scientifique peut modifier une souche de bactéries à l’aide d’un BAC, puis comparer les bactéries modifiées à une souche non modifiée pour découvrir quel rôle les gènes insérés jouent dans la biologie cellulaire. Alors que tous les vecteurs sont utilisés par les scientifiques de la même manière, le BAC est remarquable pour être capable de transporter beaucoup plus de matériel génétique que les outils concurrents.
Au fil des ans, les scientifiques ont développé différents types de vecteurs pour modifier la constitution génétique des bactéries. La majeure partie de ceux-ci sont créés en modifiant des phages – des virus qui n’infectent que des cellules bactériennes – ou des structures appelées plasmides. Le chromosome artificiel bactérien est l’un des nombreux vecteurs plasmidiques. Les plasmides sont des anneaux d’ADN flottant librement que de nombreuses bactéries contiennent en plus de leur ADN chromosomique. Ils ne sont pas considérés comme une forme de vie distincte, mais se comportent néanmoins comme un organisme dans un organisme : ils peuvent se reproduire indépendamment des bactéries dans lesquelles ils vivent.
Des plasmides comme le chromosome artificiel bactérien sont insérés dans des bactéries à l’aide d’un processus appelé électroporation. L’électroporation consiste à perturber la membrane cellulaire avec un choc électrique, ce qui crée des ouvertures temporaires à travers lesquelles des molécules peuvent être insérées. Les précurseurs du BAC comprenaient des plasmides modifiés avec des noms aussi exotiques que le cosmide et le fosmide. Ces tentatives de recherche ont souvent frustré car elles ne pouvaient porter que quelques dizaines de milliers de paires de bases d’ADN, suffisamment pour n’insérer que de très petits gènes.
En 1992, le premier chromosome artificiel bactérien a été créé par Hiroaki Shizuya, chercheur au California Institute of Technology, en modifiant un plasmide appelé facteur F. Les plasmides du facteur F sont utilisés naturellement par les bactéries pour transférer l’ADN d’une cellule à une autre pendant les périodes de stress environnemental, afin d’augmenter la variabilité génétique et la probabilité de survie. Contrairement à ses prédécesseurs, le BAC pouvait porter de gros gènes avec des centaines de milliers de paires de bases d’ADN, ou plusieurs gènes à la fois.
Un certain nombre de grandes bibliothèques BAC sont maintenant gérées par des universités, des entreprises privées et des groupes gouvernementaux. En plus des gènes à l’étude, de nombreux BAC contiennent des outils qui facilitent la recherche. Par exemple, certains BAC contiennent des gènes qui bleuissent les bactéries ou les font briller, pour une identification plus facile. Certains contiennent des gènes qui rendent l’hôte résistant à certains anticorps. Les cultures peuvent être purifiées en les rinçant avec l’anticorps en question, tuant toutes les bactéries sauf celles qui portent le BAC.
Étant donné que les bactéries se reproduisent rapidement, le chromosome artificiel bactérien peut également être utilisé pour cloner de grandes quantités d’une séquence génétique particulière à étudier. Cela a permis une meilleure étude des génomes d’organismes qui se développent lentement ou de manière imprévisible dans des conditions de laboratoire. La capacité de cloner a accéléré la recherche sur le traitement des maladies en permettant une identification plus rapide de médicaments antiviraux et antibactériens efficaces. Elle a également permis une production plus efficace de séquences utilisées dans la modification génétique d’autres organismes, pour la recherche et l’industrie.