Maison / Science / D'énormes gènes de colle d'araignée se sont révélés extrêmement difficiles à séquencer, pourraient conduire à la lutte biologique contre les ravageurs et plus encore – Newstrotteur

D'énormes gènes de colle d'araignée se sont révélés extrêmement difficiles à séquencer, pourraient conduire à la lutte biologique contre les ravageurs et plus encore – Newstrotteur

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Sarah Stellwagen, co-auteure de l'UMBC, et la co-auteure, Rebecca Renberg, du laboratoire de recherche de l'Armée, ont publié la toute première séquence complète de deux gènes permettant aux araignées de produire de la colle – une version modifiée et collante de la soie d'araignée qui maintient sa proie coincée son web. Les résultats sont apparus dans Gènes, génomes, génétique.

La méthode innovante qu’ils ont employée pourrait permettre à d’autres de séquencer davantage de gènes de la soie et de la colle, qui sont difficiles à séquencer en raison de leur longueur et de leur structure répétitive. Une meilleure compréhension de ces gènes pourrait rapprocher les scientifiques de la prochaine grande avancée dans le domaine des biomatériaux.

Solutions collantes

La soie d'araignée est ce qui caractérise les toiles d'araignées. Depuis des années, elle est présentée comme le prochain atout des biomatériaux en raison de sa résistance à la traction inhabituelle combinée à sa flexibilité. Il existe plus de 45 000 espèces d'araignées connues, chacune produisant entre un et sept types de soie. Cependant, malgré de nombreuses séquences partielles, on en sait moins sur la structure génétique complète de la soie d'araignée: seuls environ 20 gènes complets ont été séquences. "Vingt pas en comparaison de ce qui existe," dit Stellwagen.

De plus, la soie d'araignée s'est avérée difficile à produire en grande quantité. Les araignées convertissent des taches de soie en fibres solides et minces selon un processus complexe à l'intérieur de leur corps. Les scientifiques peuvent fabriquer le liquide, mais "nous ne pouvons pas reproduire le processus consistant à passer du liquide au solide à grande échelle industrielle", explique Stellwagen.

La colle d'araignée, cependant, est un liquide à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de l'araignée. Bien que la colle «présente ses propres défis», explique Stellwagen, cette différence pourrait rendre la colle d’araignée plus facile à produire dans un laboratoire que la soie.

Stellwagen considère que le contrôle des nuisibles organiques présente un grand potentiel pour les applications de colle à spider. Après tout, elle dit: "Ce truc a évolué pour capturer une proie d'insecte."

Par exemple, les agriculteurs pourraient pulvériser la colle le long du mur de la grange afin de protéger leur bétail des insectes qui piquent ou causent des maladies, puis le rincer sans se soucier de la pollution des cours d’eau par des pesticides dangereux. Ils pourraient également utiliser de la colle pour protéger leurs cultures des insectes nuisibles. Il pourrait également être appliqué dans les zones où prévalent les maladies transmises par les moustiques. "Ca pourrait aussi être amusant de jouer avec", dit Stellwagen.

Un "béhémoth d'un gène"

Avant les travaux de Stellwagen et Renberg, financés par le laboratoire de recherche de l'Army, le plus long gène séquencé de la soie comptait environ 20 000 paires de bases. Quand elle a commencé ce projet, Stellwagen s'attendait à séquencer rapidement les gènes de la colle, puis à passer à autre chose, en s'appuyant sur ce qu'elle avait appris de la séquence. Au lieu de cela, il a fallu deux ans à Renberg et à elle pour finaliser la séquence.

"Cela a fini par être ce monstre d'un gène qui est plus de deux fois plus grand que le plus grand gène de la soie," déclare Stellwagen. La journée a été longue et difficile. Elle a trouvé Renberg dans le laboratoire et elle a déclaré: "Je pense que notre gène a une longueur de 42 000 bases. Je pense que nous l'avons terminé." Et à la fin, cela prenait le risque d'une technique de pointe qui donnait finalement la séquence complète.

Non seulement le gène était exceptionnellement long, mais, à l'instar des gènes de la soie d'araignée, il comporte de nombreuses répétitions de la même séquence de bases – A, T, G et C – au milieu. Les techniques modernes de séquençage (appelées "séquençage de prochaine génération") fonctionnent en générant des séquences d'ADN pour tous les gènes d'un organisme, mais en morceaux. Ensuite, comme pour résoudre un casse-tête, les scientifiques doivent faire correspondre les extrémités qui se chevauchent des courtes sections pour déterminer la séquence complète.

Cependant, si votre gène est répétitif, vous avez besoin d'une seule séquence, ou "lecture", qui s'étend d'avant la région répétitive au-delà de la fin pour savoir combien de répétitions il y a. Si votre section répétitive est longue, comme c'est le cas dans les gènes de la colle étudiés par Stellwagen et Renberg, les chances que vous obteniez la lecture dont vous avez besoin avec les méthodes de la prochaine génération est mince.

Heureusement, les techniques de séquençage de "troisième génération" sont maintenant disponibles. Le séquençage de troisième génération produit des lectures plus longues, mais moins nombreuses. Ce n'est qu'en répétant l'expérience plusieurs fois que vous avez une chance d'obtenir les lectures nécessaires pour déterminer le nombre de répétitions et enfin définir la séquence complète du gène. "C'est un défi", déclare Stellwagen. "Vous prenez une aiguille dans une botte de foin."

Mais cela a fonctionné. Après deux ans passés à l'ordinateur et n'ayant pas obtenu de résultats positifs, Stellwagen et Renberg ont finalement obtenu les lectures nécessaires pour définir la séquence complète du gène.

Stellwagen pense déjà à l'avenir. "Maintenant que nous avons un protocole pour découvrir des gènes de soie complets, à quoi ressemblent les soies d'autres espèces?" elle demande.

"Je suis super excité de pouvoir enfin résoudre le problème, parce que c'était tellement difficile", a déclaré Stellwagen. Même s’il s’agissait d’un défi beaucoup plus important que prévu, "Nous avons finalement beaucoup appris et je suis heureux de le communiquer à la prochaine personne qui tente de résoudre un gène ridicule."

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