Interview : CRISPR, les merveilles que peuvent faire quatre lettres

Interview : CRISPR, les merveilles que peuvent faire quatre lettres

« Pour la première fois, il est facile et abordable de modifier le génome d'une plante »

Que ce soit dans le domaine de la santé ou de la production alimentaire, CRISPR s'est révélé être la solution à de nombreux défis actuels. Mais tant que l'utilisation de la technologie sera confinée aux laboratoires, la guérison des maladies génétiques et la production d'une plus grande quantité de nourriture, dont le besoin se fait cruellement sentir, seront bridées. L'attribution du prix Nobel de chimie aux deux chercheuses qui ont découvert cet outil est-elle le coup de pouce dont l'édition du génome a besoin pour être acceptée ? C'est ce qu'espère Paula Duque, chercheuse à l'Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC), au Portugal .

Interview : Margarida Paredes, Centro de Informação de Biotecnologia (CiB)

Photo : Joaquim Miranda

Pensez-vous que l'attribution du prix Nobel de chimie aux personnes qui ont « inventé » CRISPR-Cas9 contribuera à ce que l'édition du génome soit acceptée de manière transversale ?

C'est difficile à prévoir, car les préjugés sont nombreux et très ancrés, mais depuis que le prix a été décerné à Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna pour le développement d'une méthode d'édition du génome, on n'a jamais autant parlé du potentiel de CRISPR-Cas9. Cela contribue certainement au moins à la vulgarisation et à la connaissance de la technologie, ce qui est en soi positif.

Commençons-nous une nouvelle ère dans le domaine du génie génétique ?

Je pense que nous avons déjà commencé, même avant cette découverte. CRISPR n'est pas le seul outil qui permette d'éditer les génomes, il y en a d'autres, bien que ce soit en fait le plus simple, le plus rapide, le moins cher et le plus ciblé et, dans ce sens, oui, on peut considérer que nous assistons à une nouvelle ère du génie génétique.

Pour commencer, en quoi consiste l'édition du génome ?

L'édition du génome est une sorte de génie génétique. Apparue au milieu des années 1990, elle nous permet d'ajouter, de retirer ou de remplacer des morceaux de séquences génétiques après avoir coupé l'ADN à un certain endroit. En d'autres termes, elle nous permet d'intervenir spécifiquement à l'endroit où nous voulons le faire. Alors que jusqu'alors, par exemple avec la technologie utilisée pour les OGM traditionnels (les organismes génétiquement modifiés), nous pouvions modifier le génome en y insérant un gène étranger, mais souvent sans savoir très bien où ce gène « atterrirait » – avec l'inconvénient qu'il est difficile de contrôler la perturbation d'autres informations génétiques –, avec l'édition du génome, la modification est effectuée de manière beaucoup plus ciblée. CRISPR est une méthode améliorée d'édition du génome. Il permet de modifier l'ADN de manière tellement contrôlée que vous pouvez même changer une seule lettre du code génétique.

Une lettre de nombreuses séquences et des combinaisons de quatre lettres différentes. Pouvez-vous nous expliquer ?

Le génome est l'ensemble des informations génétiques d'un organisme et il est codé dans l'ADN. L'ADN est constitué d'énormes séquences de quatre lettres différentes : A, C, T et G, qui correspondent respectivement aux bases azotées Adénine, Cytosine, Thymine et Guanine. Chaque gène est un segment plus ou moins grand d'une séquence de ces lettres combinées.

Ainsi, le principal avantage de CRISPR par rapport aux autres technologies est la précision avec laquelle un gène est inséré dans le génome d'un organisme ?

Oui, ce que nous pouvons cibler, de manière très précise, c'est une de ces lettres et la modifier, changeant ainsi le code génétique. Mais ce n'est pas le seul avantage. Outre la précision, c'est une technologie plus facile, plus rapide et moins coûteuse. Elle représente une avancée majeure dans les technologies d'édition du génome.

Cela signifie-t-il qu'avant CRISPR ou d'autres techniques d'édition du génome, le génie génétique était un peu « aveugle » ?

Pas aveugle, mais les modifications apportées au génome n'ont pas été aussi ciblées. On appelle génie génétique tout ce qui modifie le génome. Dès les années 1970, des morceaux d'ADN étrangers à l'organisme pouvaient être insérés dans des zones cibles du génome. La recombinaison homologue a permis l'échange d'informations génétiques entre deux molécules d'ADN identiques ou très similaires. Plus tard, avec l'apparition de l'édition du génome, nous avons commencé à faire de la modification génétique de manière plus dirigée, en créant des nucléases artificielles, c'est-à-dire des enzymes qui vont couper l'ADN à des endroits très spécifiques (ce qu'on appelle les ciseaux moléculaires). Récemment, avec la découverte de CRISPR, qui est une amélioration des techniques d'édition du génome, nous pouvons plus facilement modifier les gènes de manière encore plus ciblée, c'est-à-dire que nous pouvons aller à la lettre que nous voulons changer.

CRISPR est l'outil d'édition du génome le plus populaire, mais ce n'est pas le seul. Quels sont les autres outils disponibles ? Permettent-ils tous le même résultat ?

Oui, c'est vrai, ce n'est pas la seule. Des technologies similaires existaient déjà, telles que les nucléases à doigt de zinc (ZFN) et les TALEN, dans lesquelles ces ciseaux moléculaires sont essentiellement associés à des protéines qui se lient à l'ADN et dirigent donc l'activité de coupe vers des endroits spécifiques du génome. Avec plus ou moins de difficulté et d'efficacité, oui, les outils d'édition du génome permettent tous d'obtenir le même résultat : modifier l'ADN de manière ciblée.

CRISPR permet, pour la première fois, d'éditer facilement le génome de la plante. Pourquoi était-il si difficile de modifier le génome des plantes ?

Il est vrai que l'édition du génome des plantes commence seulement à se faire facilement maintenant avec CRISPR, car c'est un outil beaucoup plus efficace et accessible. Auparavant, la seule technologie utilisée dans les plantes était celle qui génère ce qu'on appelle les OGM – les Organismes Génétiquement Modifiés. Il s'agit d'un outil de génie génétique, mais il ne permet pas de modifier précisément le génome. CRISPR a été très facile à adapter aux plantes, de sorte que nous pouvons maintenant, par exemple, remplacer un T par un A et développer une plante plus résistante à un parasite ou au manque d'eau...

Cela signifie-t-il que nous pourrions produire des avocats en Algarve sans trop dépenser d'eau ? Les plantations qui s'y trouvent consomment 3,5 millions de litres d'eau par jour provenant de l'aquifère, ce qui nuit aux autres cultures...

Le potentiel de l'édition du génome pour l'amélioration des plantes est immense et presque tout peut être réalisé. Si nous connaissons bien les mécanismes de base utilisés par les plantes en général et l'avocatier en particulier dans la gestion des ressources en eau, nous pouvons définir une stratégie de modification de l'expression des gènes qui se traduira par une moindre consommation d'eau. Cela illustre l'importance de la recherche fondamentale : sans elle, il n'y a pas de recherche appliquée ni de biotechnologie.

Pourquoi la modification génétique effectuée dans la plante en éditant le génome n'est-elle pas détectable ?

Parce qu'il n'y a pas d'ADN qui est inséré à partir d'un autre organisme et que la modification apportée par l'édition génétique pourrait souvent se produire spontanément dans la nature sans intervention humaine. C'est pourquoi les craintes concernant cette technologie n'ont pas de sens. L'amélioration du génome des plantes est ce que nous faisons depuis l'apparition de l'agriculture au Néolithique. Nous avons fait et continuons à faire de l'amélioration par des techniques traditionnelles – nous croisons deux variétés ou deux espèces pour faire un hybride qui nous permet ensuite, dans les générations suivantes, de sélectionner la caractéristique qui nous intéresse le plus. Le blé d'aujourd'hui n'a rien à voir avec celui qui existait il y a dix mille ans, grâce aux processus naturels d'amélioration que l'homme a mis en œuvre.

Avec l'édition du génome, nous développons une plante avec des caractéristiques qui pourraient en fait être la conséquence d'une amélioration naturelle. Le processus est tout simplement plus rapide et plus efficace.

Les chercheurs affirment que CRISPR peut être la solution à de nombreux problèmes. Dans le domaine de la santé, CRISPR a le potentiel de traiter et de guérir les maladies. Avez-vous les mêmes attentes ?

Les espoirs pour cette technologie sont nombreux et dans différents domaines car les expériences montrent qu'elle a un potentiel énorme pour aider à résoudre de nombreux problèmes de la société actuelle, y compris certaines maladies. En principe, toute maladie héréditaire dont l'altération génétique, la mutation, est connue, peut être traitée avec cette technologie. Actuellement, les scientifiques et les entreprises unissent leurs efforts et leurs connaissances dans le cadre d'essais cliniques afin qu'il soit possible de traiter certaines maladies grâce à cette technique de manipulation du génome. De la cécité héréditaire aux maladies du sang. Après trois décennies de recherche, la thérapie génique a montré qu'elle pouvait guérir les maladies génétiques.

Pouvez-vous être plus précise ?

Des expériences sur des souris ou des cellules humaines en culture ont montré que la technologie CRISPR peut être utilisée avec succès pour traiter de multiples maladies, telles que l'hémophilie ou la drépanocytose, qui affectent la capacité du sang à coaguler ou à transporter l'oxygène, la dystrophie musculaire, pour laquelle aucun traitement n'est disponible, la mucoviscidose, qui provoque de graves problèmes respiratoires, le SCID (Severe Combined Immune Deficiency), une immunodéficience primaire dans laquelle les patients ont un faible taux de cellules T et B, pour ne citer que quelques exemples... En tout cas, malgré l'énorme potentiel en médecine, aucun traitement n'a encore été approuvé à l'aide de cet outil d'édition du génome.

Et comment l'agriculture bénéficie-t-elle de l'édition du génome ?

Comme je l'ai dit, cette technologie nous permet de générer des plantes qui survivent mieux à plusieurs facteurs environnementaux, tels que les parasites et les maladies, la salinité excessive du sol, le manque d'eau, etc. En ce qui concerne le manque d'eau, l'édition génétique peut nous permettre, par exemple, de développer des plantes qui ont la capacité de fermer leurs stomates plus rapidement en réponse à la sécheresse. Les stomates sont de petits pores dans les feuilles, à travers lesquels la plante perd de l'eau par la transpiration. Maintenant, si nous pouvons développer une variété, par exemple de maïs, qui répond au signe de manque d'eau en fermant ses stomates plus rapidement, la récolte de maïs poussera mieux malgré le fait qu'elle se trouve dans une zone touchée par la sécheresse. Il en va de même pour la salinité, le manque de nutriments, les parasites et les maladies et d'autres problèmes. En outre, la technologie peut permettre aux plantes de ne pas avoir besoin des doses de produits phytopharmaceutiques généralement utilisées dans la production conventionnelle.

C'est donc aussi une technologie respectueuse de l'environnement...

Absolument. Bien utilisée, la technologie peut être une grande alliée pour résoudre les grands problèmes actuels, notamment environnementaux. L'amélioration génétique des plantes par l'édition du génome peut non seulement sauver de nombreuses vies en faisant pousser davantage de cultures dans des conditions défavorables, mais elle peut également rendre l'agriculture plus durable et plus respectueuse de l'environnement, car l'agriculture pourra nécessiter moins de pesticides et d'herbicides ou moins d'engrais si nous arrivons à produire des plantes consommant moins de ressources naturelles du sol.

Je dirais que le premier et le plus important avantage de la technologie sera lié à la réduction des problèmes de faim dans le contexte actuel d'explosion démographique. La population mondiale croît à un rythme fou. Depuis les années 1960 jusqu'à aujourd'hui, la population mondiale a plus que doublé et, bien que l'on prévoie qu'elle commence à croître à un rythme plus lent, elle devrait également doubler au cours du XXIe siècle. Il faudra nourrir beaucoup plus de gens.

N'est-il pas excessif de dire que cette technologie peut résoudre le problème de la faim ?

Je ne pense pas que ce soit excessif. Bien utilisée, elle pourrait sauver des millions de vies. Ce n'est un secret pour personne que les régions du monde où les gens ont le plus faim sont celles où les conditions de culture permettant de produire des plantes vigoureuses et de qualité sont les plus mauvaises. Et dans ces scénarios, la biotechnologie peut faire des « miracles ».

Mais alors pourquoi y a-t-il tant de résistance à les accepter ?

En matière de santé, de traitement des maladies, l'opinion publique n'est pas opposée à l'utilisation de la biotechnologie, mais dans la production alimentaire, elle lui attribue un rôle démoniaque. Comprenez-vous cette contradiction ?

Non, car il n'y a aucune preuve scientifique qu'un organisme génétiquement modifié, même les OGM traditionnels, ait un impact négatif sur la santé humaine. Depuis des décennies, des expériences ont été menées avec insistance pour tenter de révéler certains aspects négatifs des transgéniques pour la santé humaine et il n'existe aucun résultat crédible pour en indiquer. Des allergies ? Il y a tant d'aliments dits naturels qui provoquent des allergies... Des cancers ? Il n'y a aucune preuve que cela puisse être vrai. Des effets néfastes sur l'environnement ? Si une plante est beaucoup mieux adaptée aux conditions défavorables de son environnement, il est naturel qu'elle puisse devenir prédominante et cela peut menacer la biodiversité végétale, mais ce scénario est évitable avec des règles de confinement et la génération de transgéniques qui ne fécondent pas les autres plantes.

Est-il donc facile d'éviter la perte de biodiversité ?

Oui. En tout cas, permettez-moi d'ajouter qu'en compensation, avec les nouvelles variétés créées grâce à la biotechnologie, nous avons réussi à générer une biodiversité végétale qui n'existait pas auparavant et nous disposons déjà de banques de diverses variétés de haricots, de blé, de maïs et d'autres cultures grâce à la biotechnologie. Il m'est donc difficile de comprendre pourquoi les gens ont si peur de la biotechnologie dans la production alimentaire, surtout quand cet outil appliqué aux plantes peut sauver tant de vies humaines. Nous ne devons pas oublier le fait que plus de personnes dans le monde meurent de faim que de n'importe quelle maladie. Et je trouve paradoxal que les gens craignent davantage que l'édition du génome soit utilisée sur les plantes que sur les humains, alors que les questions éthiques qui peuvent être soulevées chez les humains sont beaucoup plus graves que chez les plantes.

Que voulez-vous dire par là ?

Toute technologie est neutre en soi, elle n'est ni bonne ni mauvaise, mais son utilisation peut être très dangereuse. Chez l'homme, si elle se trouve entre de mauvaises mains, l'édition du génome pourrait être utilisée à des fins eugéniques, par exemple pour l'élimination des races, ce qui serait très inquiétant d'un point de vue éthique. Dans les plantes, des questions de cette nature ne sont pas soulevées.

L'édition du génome et les OGM sont toujours considérés comme la même méthodologie. Le sont-ils ? Qu'est-ce qui les distingue ?

Littéralement, un OGM est tout organisme qui a été manipulé par l'homme pour modifier le génome. Ainsi, à proprement parler, tout ce qui est de l'édition du génome produit des OGM, mais tous les OGM ne sont pas des éditions du génome. Les quelques espèces approuvées – il n'y en a qu'une seule en Europe (le maïs) et elles sont nombreuses aux États-Unis, au Brésil et dans d'autres pays, notamment le maïs, le colza, le soja et le cotonnier – ont été modifiées grâce au génie génétique traditionnel (modification non ciblée), c'est-à-dire qu'une séquence d'ADN étrangère à la plante a été insérée de manière plus ou moins aléatoire (et c'est pourquoi la modification est facilement identifiable). L'édition du génome des plantes, par exemple par CRISPR, nous ne la désignons pas comme un OGM pour la distinguer du génie génétique traditionnel, car elle se fait d'une manière très différente. Comme je l'ai déjà expliqué, elle est beaucoup plus dirigée et peut impliquer une modification minimale qui consiste uniquement à substituer une lettre dans la molécule d'ADN sans laisser de trace que la plante a été modifiée (et c'est pourquoi la modification est indétectable). Même pour cette raison, on s'attendrait à ce que l'opinion publique comprenne l'édition du génome comme un processus presque naturel et non comme un croque-mitaine.

En termes scientifiques réels, le grand avantage est de pouvoir rendre la modification génétique plus efficace et en même temps plus rapide, plus facile et moins chère, sans introduire de matériel génétique étranger à la plante (ce qui se produit dans la technologie des OGM). Le fait qu'il s'agisse d'une technologie moins coûteuse m'excite particulièrement car elle peut enlever le pouvoir absolu aux grandes multinationales en démocratisant la production de plantes éditées dans leur génome.

Paula Duque dirige actuellement le groupe de biologie végétale moléculaire à l'Institut des Sciences Gulbenkian (IGC) à Oeiras, au Portugal. Elle est titulaire d'un diplôme de biologie végétale et d'un doctorat en physiologie et biochimie de l'Université de Lisbonne. Elle a également étudié en Allemagne (Cologne), en Nouvelle-Zélande (Auckland) et, après son doctorat, aux États-Unis (New York), où elle a développé deux projets de recherche à l'Université Rockefeller et enseigné la biologie moléculaire au Queens College. Elle a publié plus de 30 articles scientifiques dans les revues internationales les plus prestigieuses dans son domaine de recherche. Elle a enseigné dans des programmes de troisième cycle en Europe et en Afrique et intervient régulièrement dans des conférences au Portugal et à l'étranger. Elle est membre de plusieurs comités scientifiques et éditoriaux internationaux et de l'Organisation Européenne de Biologie Moléculaire (EMBO).

L'article a été publié à l'origine dans CiB – Centro de Informação de Biotecnologia.

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* Source : Entrevista | As maravilhas que quatro letras podem fazer - Agroportal