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L’objectif principal du laboratoire est d’obtenir une compréhension extrêmement détaillée de microorganismes modèles qui permettrait ensuite, en développant de nouvelles méthodes d’ingénierie génomique, de les programmer pour accomplir diverses tâches. Les retombées potentielles de cette approche sont nombreuses, tant du point de vue de l’avancement des connaissances fondamentales que des applications possibles en médecine, décontamination environnementale, production d’énergies propres, etc. Plusieurs experts estiment que la biologie synthétique pourra répondre à de nombreux défis critiques auxquels l’humanité fait présentement face et ainsi profondément transformer le XXIe siècle.

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Source : www.news.mit.edu (Liang Tong et Yan Liang)

Nous poursuivons également des travaux en génomique, dans le but de mieux comprendre certaines maladies. Les méthodes que nous avons développées permettent de séquencer des génomes pratiquement complets à partir d’une seule cellule, sans qu’aucune étape de croissance en laboratoire ne soit requise. Ce type d’approche est appelé à transformer notre compréhension de plusieurs maladies comme le cancer ou les infections causées par des microorganismes ou virus difficilement cultivables en laboratoire.

1. Réduction du génome de Mesoplasma florum afin de l’utiliser comme châssis cellulaire en biologie synthétique

Mesoplasma florum est un microorganisme faisant partie des Mollicutes, des bactéries de petite taille ne possédant pas de paroi cellulaire. Le génome de la souche L1 a été complètement séquencé et il est relativement petit (794 223 paires de bases, comparativement à 4,6 Mb pour Escherichia coli K-12 MG1655). M. florum possède aussi de nombreuses caractéristiques qui la rendent intéressante comme base pour un châssis cellulaire réduit : son temps de doublement est rapide (~41 minutes à 34°C), ce qui permet d’obtenir une culture avec plus d’un milliard de cellules par millilitres en moins d’une nuit, elle n’a aucun pouvoir pathogène connu, et elle utilise un code génétique alternatif qui fait en sorte qu’en cas de transfert latéral de gènes de la bactérie vers une autre, les protéines ne pourront pas être exprimées correctement si la bactérie réceptrice n’utilise pas le même code génétique.

mesoplasma_florumPlusieurs approches parallèles sont utilisées dans notre laboratoire pour réduire le génome de M. florum. Tout d’abord, la combinaison des données d’une analyse génomique comparative avec celles d’une expérience de mutagénèse par transposon permet d’identifier les gènes essentiels et les gènes conservés chez cette bactérie. De façon concomitante, le génome complet de la bactérie a été cloné dans la levure, et un protocole de transplantation de génome a été mis au point. Cette méthode permettra d’utiliser les nombreux outils d’ingénierie de génome déjà mis au point dans la levure pour modifier et réduire le génome de M. florum.

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Source : onlinelibrary.wiley.com

Une compréhension plus vaste de M. florum sera aussi obtenue en effectuant une annotation expérimentale de son génome, de façon plus précise et plus complète que celle des modèles prédits. Cette annotation sera générée en utilisant les résultats d’expériences réalisées grâce à des technologies à haut débit tels que l’ADN-seq, l’ARN-Seq, le Chip-exo, la spectrométrie de masse, etc. Ces données exhaustives seront générées sous des conditions de croissance standardisées, afin d’augmenter la reproducibilité de la méthode.

Lorsque suffisamment de données seront récoltées, la réduction et la modification du génome de M. florum pourront se faire selon plusieurs approches, dont l’utilisation de transposons et du système CRISPR-Cas9, par exemple. Une bactérie réduite bien caractérisée facilitera et accélérera les travaux de biologie synthétique, tout en les rendant moins dispendieux et plus prévisibles. De plus, cette bactérie modifiée nous permettra de développer une plateforme de « débuggage » pour la programmation biologique.

2. Utilisation d’Escherichia coli comme modèle en biologie synthétique

Parallèlement à nos travaux sur M. florum, nous étudions aussi la bactérie Escherichia coli dans le but de réduire son génome et de l’utiliser comme châssis cellulaire en biologie synthétique. Bien qu’ayant un génome plus volumineux que M. florum, E. coli possède des avantages indéniables, dont celui de posséder une multitude d’outils génétiques et d’éléments bien caractérisés pour modifier son génome. Une comparaison des deux différents systèmes sera aussi possible.

Afin d’améliorer les outils disponibles chez E. coli, le laboratoire tente aussi d’élaborer des systèmes d’expression génétique inductibles fortement régulés, par la combinaison de différents motifs régulateurs. L’obtention de tels systèmescherichia-coli-14936189es rendrait possible un contrôle extrêmement efficace de l’expression génique dans les circuits géniques artificiels.

Encore chez E. coli, nous tentons d’ajouter les gènes nécessaires à la production de (2R, 3R)-butanediol et d’optimiser les voies métaboliques impliquées afin d’obtenir un niveau de production potentiellement viable économiquement.  Ce projet de génie métabolique vise à utiliser du lactosérum généré par l’industrie laitière québécoise comme source nutritive pour produire du butanediol, un composé chimique utilisé entre autres dans la synthèse de divers plastiques.

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Source : inhabitat.com

3. Microfluidique et séquençage de cellules uniques (« single cell »)microfluidique

Nous utilisons la microfluidique pour isoler les micro-organismes dans des gouttelettes d’agarose, puis pour les séquencer de façon individuelle. Cette nouvelle méthode de génomique à ultra haut débit permettra le séquençage d’une multitude d’organismes en parallèle, et l’exploration de la diversité génomique dans différents contextes expérimentaux, ou dans le cadre de diverses conditions pathologiques.

 

4. Conception et construction d’une plateforme robotique « open source » complète pour automatiser les opérations de laboratoire en biologie

Le projet « Biobot », en collaboration avec des étudiants de génie, vise à concevoir une plateforme robotique qui  permettrait aux personnes travaillant dans les laboratoires de se libérer d’activités répétitives et faciles à exécuter pour avoir plus de temps à analyser les résultats et faire avancer les connaissances. Cette plateforme aidera à la standardisation et à l’automatisation de divers protocoles de biologie moléculaire demandant la manipulation de grandes quantités d’échantillons, tels que la préparation de librairies de séquençage à grande échelle. Le projet Biobot a été présenté à la compétition iGEM 2015 à Boston, et a obtenu la mention » médaille d’or ».

5. Étude de systèmes de conjugaison

En collaboration avec le laboratoire du Pr Vincent Burrus, nous tentons de mieux comprendre les mécanismes de dissémination des résistances aux antibiotiques, une des plus graves menaces qui planent sur la santé et le bien-être des humains. Nous travaillons aussi sur le plasmide pVCR94 (de groupe d’incompatibilité IncA/C), qui a propagé la résistance multi-médicamenteuse chez Vibrio cholerae O1 El Tor au cours de l’épidémie de choléra de 1994 au Rwanda. Plus précisément, nous voulons comprendre l’impact de pVCR94 sur l’expression génique globale de V. cholerae, et disséquer le rôle de ses gènes individuels sur le réseau de régulation génique globale de cette bactérie. Ces résultats nous aideront éventuellement à mieux comprendre le processus de transfert horizontal de gènes, ainsi que des moyens pour l’améliorer ainsi que l’entraver selon des besoins et contextes spécifiques.

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Source : leavingbio.net

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Programmation Web Philippe Boissonneault