Originally published on the website of the French Transhumanist Association - Technoprog

S’il est bien une science du domaine des biotechnologies qui aujourd’hui est en pleine révolution, il s’agit de la génétique. La génétique est littéralement l’étude de nos gènes, c’est-à-dire une partie de  l’information que contient notre ADN. On parle maintenant de génomique, qui est l’étude du génome et pas seulement de gènes isolés. À la clé, comprendre comment fonctionne notre ADN pourrait nous permettre de le contrôler. Des cancers aux maladies auto-immunes, de nombreuses pathologies pourraient être maîtrisées voire éliminées lorsque les techniques de thérapies géniques deviendront assez performantes dans ce domaine.

La génétique est une science assez jeune. Le génome humain fut  par exemple entièrement séquencé  seulement en 2003. Comment expliquer alors l’explosion des potentialités dans ce domaine ? Celle-ci découle de la découverte des techniques de séquençage ADN et de méthodes de modification du génome comme CRISPR-Cas9. De même que la machine à vapeur et le chemin de fer ont permis à l’Angleterre de faire sa révolution industrielle, ces découvertes vont permettre aux biotechnologies d’observer une révolution génétique.

Si vous suivez l’actualité des biotechnologies, vous avez forcément entendu parler de la révolution CRIPSR-Cas 9. Celle-ci fait partie des découvertes en biologie qui ont su du jour au lendemain changer profondément notre manière d’aborder cette science. Les endonucléases par exemple, des enzymes capables de couper un gène à un endroit très précis, découvertes dans les années 70, sont aujourd’hui aussi communes dans un laboratoire de génétique qu’un ordinateur dans un bureau. La protéine Cas9, de la technique éponyme CRISPR-Cas9, est également une endonucléase, mais ses potentialités sont quant à elles bien plus intéressantes.

Un mécanisme révolutionnaire d’origine naturelle

La technique CRISPR-Cas9 peut paraitre complexe à comprendre. Pour simplifier, l’ADN est une longue macromolécule au sein nos cellules, constituée de nombreuses bases. Ces bases moléculaires peuvent être assimilées à des lettres permettant d’écrire de l’information. A pour adénine, T pour thymine, C pour cytosine et G pour guanine. L’ADN représente ainsi un livre de recettes immense où figure l’ensemble de nos gènes. Tous ces gènes constituent  différentes recettes permettant de synthétiser des protéines au sein d’une cellule.

Les CRISPR sont des portions singulières de l’ADN des bactéries. Elles permettent de « copier-coller » de l’ADN viral dans le génome bactérien, pour en garder un souvenir, tel un vaccin. De cette manière, si un jour un virus attaque la bactérie en y injectant son ADN, une portion « CRISPR » de l’ADN bactérien peut reconnaitre par homologie qu’un ADN viral a infecté la bactérie. Un mécanisme de défense efficace se met alors en place : la séquence CRISPR va présenter une copie de l’ADN viral à détruire à destination de l’endonucléase Cas9. Celle-ci est alors capable de reconnaître l’ADN viral et de le couper. Les protéines Cas9 sont ainsi de véritables ciseaux moléculaires d’une potentielle grande précision puisqu’elles peuvent couper l’ADN à la lettre près. Une fois l’ADN du virus sectionné, celui est inutilisable, et le virus ne peut plus se multiplier.

De plus, les protéines Cas9 ont cette particularité d’être re-programmables. Différentes séquences d’ADN viral venant de différents CRISPR peuvent être présentées à une même Cas9. Celle-ci sera donc apte à couper différentes séquences d’ADN. Cela est totalement inédit car jusqu’alors, les endonucléases ne pouvaient reconnaître qu’une unique séquence. (Par exemple, l’endonucléase EcoR1 peut exclusivement couper la séquence GAATTC). Cette programmation de la séquence cible à couper permet une infinité de possibilités. C’est comme si soudainement une personne qui ne savait lire que le français apprenait à lire n’importe quelle langue étrangère (ou séquence ADN).

S’inspirer de la nature pour améliorer la technique

Mais pourquoi cette découverte a-t-elle suscité l’intérêt au point d’espérer guérir de nombreuses maladies comme la mucoviscidose ou les myopathies ? Il s’agit du fait que même si Cas9 est une protéine d’origine bactérienne, celle-ci fonctionne également au sein de nos cellules. Et si dans un premier temps, l’objectif d’une thérapie génique à base de CRISPR-Cas9 pourrait être de cibler des gènes impliqués dans telle maladie héréditaire pour les supprimer, les chercheurs ont découvert comment aller encore plus loin. L’idée est la suivante : si on peut supprimer un gène indésirable, pourquoi ne pas chercher à remplacer celui-ci par un gène amélioré ?

La recombinaison homologue permet cela. En effet, si artificiellement on place un morceau d’ADN à côté de l’endroit où a été supprimé un gène défectueux par la protéine Cas9, la cellule peut combler la partie vacante par ce morceau d’ADN environnant. Seule condition, il faut que les extrémités de chaque brins d’ADN soient homologues : comme un serrure et sa clef associée, l’ADN à insérer doit être conçu pour s’imbriquer dans la séquence souhaitée. Cela est techniquement possible par génie génétique. Une fois ces techniques maitrisées, celle du ciblage par CRISPR, de l’élimination par Cas9, et enfin de la recombinaison par ADN homologue, les potentialités de thérapies géniques par technique CRISPR-Cas9 sont immenses.

Vous l’aurez compris, l’objectif de la technique CRISPR-Cas9 est de supprimer un gène défectueux, pouvant provoquer des maladies parfois mortelles, pour le remplacer par un gène normal, voire par un gène amélioré. Utilisons l’exemple du diabète de type 1 pour mieux comprendre les nouvelles potentialités qu’apporte la technique CRISPR-Cas9. Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune : notre propre système immunitaire cible des cellules particulières du pancréas, les îlots de Langerhans, capable de produire de l’insuline. L’insuline possède une fonction vitale au sein de l’organisme puisqu’elle est l’hormone qui permet de réguler le taux de glucose dans le sang. Dans le cas du diabète de type 1, le pancréas est détruit petit à petit, et l’organisme ne peut plus réguler la concentration de glucose dans le sang.

L’idée d’une thérapie CRISPR-Cas9 serait de supprimer le gène défectueux, celui qui a rendu le système immunitaire apte à attaquer le pancréas. Nous pourrions alors choisir de profiter de l’occasion pour, au lieu d’insérer uniquement un gène sain, insérer un gène qui rend apte le système immunitaire à détruire une autre cible. Une cible intéressante comme peut l’être le virus de l’hépatite A ou celui de la rage.

De même, nous pourrions tenter d’aller plus loin. Si l’idée principale est de supprimer un gène défectueux, il est légitime d’imaginer que nous pourrons à l’avenir supprimer un gène sain, comme celui qui est impliqué dans la synthèse d’insuline, qui ne présente à priori aucun dysfonctionnement. À la place, un gène amélioré, plus performant pour réguler le taux de glucose dans le sang, pourrait être inséré.

L’objectif final de la modification de gène par la technique CRISPR-Cas9 peut être d’inscrire dans nos gènes la résistance à de nombreux virus et bactéries, rendant ainsi les humains vaccinés de naissance. De même, ces humains pourraient transmettre directement cette résistance à leur descendance. Il est important cependant de rappeler qu’aujourd’hui la modification germinale chez l’homme, c’est-à-dire la modification génétique des ovules et des spermatozoïdes, est strictement interdite par la loi en France. L’évolution de la technique CRISPR-Cas9 est donc soumise à celle de la législation des questions bioéthiques.

Si l’engouement suscité par la maitrise de l’outil CRISPR-Cas9 fut immense, au point d’être cité en tant que découverte majeure de l’année 2015 par le magazine Science, où en est-on aujourd’hui en 2017 ? Les promesses tant attendues ont-elles porté leurs fruits ? Nous étudierons cela dans la suite de cet article qui paraîtra prochainement. Retrouver la vue, accepter une greffe, lutter contre les maladies héréditaires et même faire revivre des espèces aujourd’hui disparues, les potentialités de la technique CRISPR-Cas9 sont fascinantes.

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Sources

Smith HO, Nathans D, « Letter: A suggested nomenclature for bacterial host modification and restriction systems and their enzymes », J. Mol. Biol., vol. 81, no 3, décembre 1973, p. 419–23

Article from Science magazine: "  And Science's 2015 Breakthrough of the Year is ...  "