CRISPR va révolutionner la science de l'environnement de dix manières

CRISPR va révolutionner la science de l'environnement de dix manières

Jenna Gallegos*

Ma note : lisez... réjouissez-vous... revenez sur terre... pleurez si vous voulez : l'Europe s'est fermée à ces progrès...

La nouvelle technique d'édition des gènes CRISPR a fait la une des journaux pour son potentiel de traitement ou de prévention des maladies. Mais la médecine n'est pas la seule science pour laquelle CRISPR ouvre des portes. Ce puissant outil de génie génétique aide déjà les scientifiques à développer des technologies pour protéger ou réparer l’environnement des dommages causés par l’homme.

CRISPR : pas seulement couper et coller

Vous avez probablement entendu dire que CRISPR permet aux scientifiques de modifier les gènes de manière très spécifique, en coupant et en collant sur des sites ciblés. Mais cette capacité fondamentale fait de CRISPR un excellent outil pour toutes sortes d'objectifs d’ingénierie génétique complexe. En utilisant CRISPR, les scientifiques peuvent :

• Modifier plusieurs gènes simultanément.

• Apporter des protéines à des gènes particuliers afin d'affiner leur activité.

• Faites des changements « sans marqueur ». Les méthodes plus anciennes de génie génétique étaient tellement inefficaces qu'un gène appelé marqueur devait souvent être inséré pour identifier les cellules qui avaient été éditées avec succès.

Ces caractéristiques font de CRISPR un outil inestimable pour peaufiner les processus génétiques en plusieurs parties ou pour construire des voies métaboliques entièrement nouvelles. À l'ère CRISPR du génie génétique, les réponses aux défis environnementaux complexes deviendront beaucoup plus réalisables.

1. Biocarburants

Les plantes, les algues et les cyanobactéries transforment naturellement le dioxyde de carbone et la lumière solaire en sous-produits. Les sucres, les graisses ou les alcools produits sont tous des sources potentielles de combustibles alternatifs. Les scientifiques ont montré que CRISPR fonctionne chez certaines espèces de cyanobactéries, d'algues et de plusieurs cultures clés productrices de biocarburants.

Les bactéries peuvent également décomposer les parois des cellules végétales en biocarburants, et certaines espèces peuvent produire des précurseurs de combustibles à partir de déchets, tels que le méthane des décharges. CRISPR a été appliqué à des bactéries clés qui possèdent naturellement une partie des voies nécessaires à la production de biocarburants.

Faire en sorte que ces organismes se développent joyeusement tout en produisant des précurseurs de carburant n'est pas anodin. La précision et l'efficacité de CRISPR permettent le type d'ingénierie génétique complexe qui pourrait contribuer à faire des biocarburants une alternative viable.

Biocarburant issu de la recherche sur les algues. Image : Université du Michigan

2. Bioplastiques

Les carburants ne sont pas les seuls produits à base de pétrole qui pourraient un jour être remplacés par la biologie. Certaines levures et bactéries produisent naturellement des composés similaires aux plastiques. CRISPR pourrait aider à rendre ces composés plus abondants et plus faciles à extraire.

3. Bioremédiation

Les microbes pourraient également être modifiés pour aider à dégrader les plastiques. Certaines espèces de bactéries et de champignons ont évolué naturellement pour dégrader les composés présents dans les plastiques. CRISPR pourrait être utilisé pour augmenter l'activité des voies génétiques impliquées. Les scientifiques ont déjà commencé à appliquer CRISPR aux microbes qui sont de bons candidats pour la production et la dégradation des plastiques.

Il y a de nombreux autres types de bioremédiation pour lesquels CRISPR pourrait s'avérer utile. Par exemple, des microbes ou des plantes pourraient être conçus pour absorber plus efficacement les métaux lourds, nettoyer les déversements d'hydrocarbures ou améliorer le traitement des eaux usées.

4. Biodétection

La biodétection va de pair avec la bioremédiation. Dans la biodétection, les sondes ou les capteurs détectent la présence de certaines molécules.

Les plantes et les microbes agissent comme des biocapteurs naturels, réagissant aux produits chimiques dans leur environnement. Ces voies de détection et de réponse peuvent être remodelées.

Des travaux sont en cours pour créer des plantes qui détectent et signalent la présence d’armes biologiques et de pathogènes. De la même manière, les plantes ou autres organismes pourraient détecter des polluants environnementaux.

Une fois qu'un polluant est identifié, le biocapteur pourrait même déclencher une voie de bioremédiation. CRISPR a rendu ce type d'ingénierie de réseaux multi-gènes complexes dans les plantes beaucoup plus faisable.

5. Émissions de gaz à effet de serre

En plus de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, CRISPR pourrait aider à traiter les sources biologiques des émissions de gaz à effet de serre. La combustion de combustibles fossiles dégage beaucoup de dioxyde de carbone dans l'environnement. Mais le méthane atmosphérique, un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant, provient principalement, pense-t-on, des bactéries.

Certaines de ces bactéries proviennent de sources naturelles comme les zones humides, d'autres vivent dans le système digestif des vaches et dans les rizières inondées. En peaufinant la génétique des vaches ou de l'herbe qu'elles consomment, les élevages de bovins pourraient à l'avenir produire moins de rots par animal. Le riz peut également être transformé pour freiner la croissance bactérienne et aider à conserver plus de méthane dans le sol. CRISPR pourrait faciliter ces efforts en améliorant la rapidité et la précision du processus de génie génétique.

6. Réduction des pesticides

En utilisant CRISPR, les plantes peuvent être modifiées pour résister aux menaces telles que les insectes ou les maladies. Par exemple, CRISPR a déjà contribué à générer des concombres résistants à des virus et du riz résistant à des champignons. Dans certains cas, les pesticides sont le seul autre moyen d'empêcher ces menaces de détruire notre approvisionnement alimentaire.

7. Utilisation efficace de l'eau

On estime que l'agriculture utilise jusqu'à 70 % des ressources en eau douce du monde. Plusieurs études ont déjà montré que CRISPR peut aider à rendre les plantes plus efficaces en eau ou à mieux comprendre quels gènes sont importants pour la tolérance à la sécheresse.

8. Fixation d'azote

La lixiviation de l'azote est un autre problème environnemental qui concerne l'agriculture. Les plantes ne peuvent pas absorber directement la plupart des formes d'azote présentes dans le sol. Certaines plantes comme les haricots et les pois développent des associations avec des bactéries qui aident à rendre l'azote du sol plus disponible pour la plante. D'autres dépendent de l'azote ajouté sous forme de fumier ou d'engrais de synthèse.

L'excès d'azote ajouté peut s'écouler des champs et contaminer les sources d'eau, conduisant à des zones aquatiques mortes. De nombreux projets en cours utilisent CRISPR pour modifierr des plantes ou des bactéries afin d'améliorer la fixation de l'azote.

Le sol et les engrais sont entraînés par l'eau.

9. Espèces envahissantes

Les espèces animales ou végétales transportées d'une région à une autre peuvent causer des ravages sur les écosystèmes indigènes. Il y a plusieurs stratégies génétiques différentes pour éradiquer des espèces envahissantes. Celles-ci incluent le « forçage de gènes », grâce auquel un gène qui réduit l'aptitude se propage à travers la population. Des chercheurs ont déjà décrit plusieurs stratégies de forçage de gènes fondées sur CRISPR. CRISPR pourrait également être appliqué aux technologies « auto-limitantes », qui agissent comme une forme génétique de contrôle des naissances.

10. Déchets alimentaires

Il faut beaucoup d'eau douce et de combustibles fossiles pour produire et transporter les aliments. Lorsque la nourriture se gâte avant d'atteindre nos assiettes, les intrants nécessaires à leur production sont gaspillés.

Le génie génétique peut préserver la durée de conservation des aliments de plusieurs façons. Par exemple, les dommages causés par les insectes aident les bactéries et les champignons à se développer et à se propager à travers les produits. CRISPR pourrait indirectement réduire le gaspillage alimentaire en limitant les pertes de récoltes dues aux insectes et aux agents pathogènes.

CRISPR a déjà fait ses preuves dans la prévention du brunissement des champignons coupés ou meurtris. La même stratégie sera sans doute étendue prochainement à de nombreuses autres cultures.

Pour que CRISPR fasse des vagues dans la science de l'environnement, nous devrons nous attaquer aux ramifications éthiques de ces technologies. Les scientifiques travaillent dur pour modéliser les scénarios de risque et minimiser les problèmes potentiels. Comme pour toute nouvelle technologie, il sera important de discuter des risques et des bénéfices liés à l'utilisation de CRISPR pour résoudre des problèmes environnementaux.

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Source : https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2018/07/10-ways-crispr-will-revolutionize-environmental-science/