L'ADN, ou acide désoxyribonucléique, est le support de l'information génétique chez tous les organismes vivants. Cette molécule est une double hélice caractérisée par l'alternance de bases azotées purine (adénine, guanine) ou pyrimidine (cytosine, thymine). Les bases de chaque brin d'ADN sont localisées vers le centre de l'hélice et celles-ci se lient entre elles, rassemblant ainsi les deux brins d'ADN. L'adénine forme deux liaisons hydrogène avec la thymine (A:T), et la guanine, trois liaisons hydrogène avec la cytosine (G:C). Cette organisation vaut pour tous les êtres vivants, à une exception…
Découvert en 1977, le cyanophage S-2L est un bactériophage, c'est-à-dire un virus qui infecte les bactéries. Chez ce phage, l'adénine est complétement remplacée par une autre base, la 2-aminoadénine (représentée par la lettre Z). Celle-ci forme trois liaisons hydrogènes avec la thymine (Z :T), au lieu des deux entre l'adénine et la thymine. Ce nombre de liaisons supérieur augmente la stabilité de l'ADN à haute température et modifie sa conformation. L'ADN est donc plus difficilement reconnu par les protéines et petites molécules en cas de modification biochimique.
Des chercheurs ont élucidé la voie de biosynthèse de Z, d'origine enzymatique, grâce à l'identification d'un homologue d'une enzyme connue appelée adénylosuccinate synthétase, ou PurA, dans le génome du cyanophage S-2L. Une analyse phylogénétique de cette famille d'enzymes révèle un lien entre cet homologue, appelé PurZ, et l'enzyme PurA des archées. Un lien qui suggère que l'apparition de PurZ est ancienne et qu'elle apportait probablement un avantage évolutif.
Cette nouvelle paire de bases Z:T et la découverte de la voie de biosynthèse de la base Z montrent qu'on peut implanter de façon enzymatique de nouvelles bases dans le matériel génétique. Cela élargit le nombre de bases codantes dans l'ADN et ouvre donc la voie au développement de biopolymères génétiques synthétiques.
Ces travaux ont été réalisés grâce à la plateforme de cristallographie de l'Institut Pasteur.