Des chercheurs israéliens créent des enzymes « comme des Legos »

Des scientifiques israéliens affirment avoir mis au point une nouvelle méthode permettant de construire des enzymes « comme des Legos », dans l’espoir qu’elles puissent un jour être utilisés pour fabriquer de nouveaux médicaments.

Cette découverte permet de créer de nouvelles enzymes à une échelle si rapide que l’équipe de l’Institut des sciences Weizmann à l’origine de la recherche a réussi à créer un million d’enzymes dans une seule éprouvette, parmi lesquelles 3 000 présentaient un potentiel de développement.

Les enzymes sont des protéines qui accélèrent les processus chimiques, comme un bouton d’avance rapide sur un magnétophone. C’est pourquoi les chercheurs à l’origine de cette découverte affirment que leurs travaux pourraient « transformer l’industrie chimique » et faire progresser la médecine.

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En développant le domaine de la création d’enzymes, les chercheurs espèrent simplifier la décomposition sans risque des polluants, des eaux usées et des déchets agricoles, pour les transformer ensuite en biocarburant ou en aliments pour animaux.

Le groupe d’étude, dirigé par le professeur Sarel Fleishman du département des sciences biomoléculaires de Weizmann, a publié ses conclusions jeudi dans la revue à comité de lecture Science.

Cela fait longtemps que les scientifiques créent de nouvelles enzymes, mais la technique de Fleishman le fait à une échelle sans précédent. « L’approche standard dans ce domaine consiste à créer des centaines de candidats pour remplir la fonction requise, à les passer au crible et à choisir ‘un gagnant’ », a expliqué Fleishman au Times of Israel.

Les chercheurs du Weizmann Institute of Science (de gauche à droite), le professeur Sarel Fleishman, Rosalie Lipsh-Sokolik et le docteur Olga Khersonsky. (Crédit : Autorisation de l’Institut Weizmann des sciences)

« Ce que nous avons fait, c’est décomposer les enzymes en fragments, sachant que chaque fragment est une partie d’une seule protéine. De là, nous avons pu créer de nouvelles enzymes sur ordinateur de manière modulaire – en assemblant les fragments comme si on jouait aux Lego. »

Une technique d’intelligence artificielle développée dans le laboratoire de Fleishman permet « d’apprendre » quelle fonction remplissent différentes combinaisons de fragments et de déterminer quels fragments assembler afin de générer une enzyme répondant à un objectif particulier.

Selon Fleishman, le perfectionnement de la fabrication de nouvelles enzymes pourrait accélérer la fabrication de nouveaux médicaments. « Afin de produire des molécules spécifiques pour les médicaments, les enzymes prennent des molécules sources et les transforment chimiquement en la substance souhaitée pour un usage médical », a-t-il expliqué.

« L’idée ici est d’optimiser des enzymes spécifiques pour obtenir exactement les réactions souhaitées et élargir la gamme des médicaments que nous pouvons fabriquer », a-t-il ajouté.

« De même, pour les médicaments existants qui sont actuellement créés non pas par des enzymes mais par des processus polluants et inefficaces, les nouvelles enzymes constitueraient une approche nettement plus respectueuse de l’environnement. »

La recherche a été lancée lorsque Rosalie Lipsh-Sokolik, doctorante dans le laboratoire de Fleishman, a commencé ses expériences avec une famille de plusieurs dizaines d’enzymes qui décomposent le xylane, un composant commun des parois cellulaires végétales.

« Si nous parvenons à stimuler l’activité de ces enzymes, elles pourraient alors être utilisées pour décomposer des composés végétaux tels que le xylane et la cellulose en sucres, qui pourraient à leur tour contribuer à la production de biocarburants », a déclaré Lipsh-Sokolik. « Au lieu de se débarrasser des déchets agricoles, par exemple, nous devrions pouvoir les transformer en source d’énergie. »

Selon Fleishman, la nouvelle méthode de Weizmann, qu’il a baptisée CADENZ – abréviation de Combinatorial Assembly and Design of Enzymes (assemblage et conception combinatoire d’enzymes) – a permis de produire plus d’enzymes potentiellement exploitables en une seule expérience que les méthodes standard ne sont capables d’en produire en dix ans.

« La première fois que nous avons examiné les résultats de cette expérience, nous avons été stupéfaits », a-t-il déclaré. « Le nombre de différentes enzymes actives que nous avons obtenues était ahurissant ».