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par Servan Le Janne | 13 septembre 2017

Le gène du rêve

George Church ne porte pas de lunettes. Vu du fond du Coolidge Corner Theatre où il est venu donner confé­rence ce mercredi 5 juillet 2017, c’est le seul détail qui le distingue de John Hammond, le père de Juras­sic Park. Comme le person­nage du film de Steven Spiel­berg, ce profes­seur de géné­tique et biolo­giste à l’uni­ver­sité de Harvard arbore un sourire bonhomme mangé par une épaisse barbe blanche. Quand il s’as­soit et se tourne enfin fran­che­ment vers le public du cinéma de Brook­line, dans le Massa­chu­setts, ses yeux brillent cepen­dant d’un bleu diffé­rent. Le visage et les cheveux sont aussi plus longs. Mais « il y a quelques ressem­blances surpre­nantes », admet le scien­ti­fique améri­cain.

George Church
Crédits : Church Lab/Harvard Univer­sity

En fait, George Church ne parle pas de son allure de paléon­to­logue en chemise marine à manche courte et panta­lon vert-de-gris. C’est de sa méthode dont il est ques­tion. « Nous n’avons pas encore ramené à la vie une espèce dispa­rue mais nous sommes main­te­nant assez bons pour lire l’ADN ancien », se vante-t-il en intro­duc­tion d’une projec­tion du fameux long-métrage sur les dino­saures. Après avoir annoncé la possi­bi­lité de ressus­ci­ter l’homme de Nean­der­tal en 2013, le cher­cheur travaille aujourd’­hui à la créa­tion d’un « embryon hybride entre l’élé­phant et le mammouth ». Dans moins de dix ans, il espère par ailleurs réécrire entiè­re­ment le génome humain. Autant d’es­poirs cares­sés grâce à une méthode : CrispR-Cas9. CrispR-Cas9 permet de modi­fier un orga­nisme vivant en inter­ve­nant sur son génome pour lui confé­rer des carac­té­ris­tiques qu’il ne possède pas.

Dans un article publié le 30 août 2017 par la revue Nature, un groupe de scien­ti­fiques japo­nais annonce être parvenu à chan­ger la couleur d’une fleur à l’aide de cette tech­nique. Elle se distingue néan­moins de la trans­ge­nèse, « qui consiste à insé­rer un gène addi­tion­nel dans un génome, en espé­rant qu’il confère un carac­tère nouveau à la cellule ou à l’or­ga­nisme, mais sans cibler déli­bé­ré­ment son empla­ce­ment d’in­ser­tion précis », souligne le profes­seur de géné­tique molé­cu­laire Bernard Dujon. Au contraire, CrispR-Cas9 offre une finesse inédite à un procédé employé depuis des décen­nies. Désor­mais, on peut « inac­ti­ver, ajou­ter ou enle­ver des gènes, notam­ment ceux à l’ori­gine de mala­dies géné­tiques simples », expose la micro­bio­lo­giste française à l’ori­gine de la décou­verte, Emma­nuelle Char­pen­tier. Trois ans après la publi­ca­tion de ses travaux avec la biochi­miste améri­caine Jenni­fer Doudna, en 2012, le maga­zine Science a reconnu que la décou­verte était « capi­tale ». Car elle ouvre de vastes pers­pec­tives.

En juin 2016, l’Ins­ti­tut Natio­nal améri­cain de la Santé (NIH) a auto­risé un premier essai destiné à créer en labo­ra­toire des cellules immu­ni­taires géné­tique­ment modi­fiées afin de combattre trois types de cancers. Un an plus tard, une équipe de cher­cheurs chinois de l’uni­ver­sité de Canton a annoncé avoir « corrigé » une muta­tion géné­tique respon­sable d’ané­mie sur des embryons humains issus d’une cellule. De son côté, George Church assure pouvoir trans­plan­ter des organes de porcs à l’homme d’ici deux ans. « Cela fait long­temps qu’on y pense, car les reins de l’ani­mal par exemple sont physio­lo­gique­ment proches des nôtres et qu’il y a une pénu­rie de donneurs », explique Chris­tine Pour­cel-Vergnaud, cher­cheuse à l’Ins­ti­tut de biolo­gie inté­gra­tive de la cellule, à Paris. « Mais notre orga­nisme risque de reje­ter l’or­gane étran­ger, où d’être affecté par les virus qu’ils produi­raient. Grâce au système CrispR-Cas9, Church a éliminé ces virus poten­tiel­le­ment dange­reux. » En étudiant l’ADN d’un mammouth congelé, le biolo­giste améri­cain espère être capable de déter­mi­ner les gènes à instil­ler dans un embryon d’élé­phant pour lui appor­ter les carac­té­ris­tiques du mammi­fère disparu. Trans­planté dans l’uté­rus d’une femelle, celui-ci devrait selon toute logique déve­lop­per de la laine sur le dos une fois mis au monde. Ainsi, George Church se rappro­che­rait un peu plus de John Hammond. À ceci près qu’il n’au­rait pas néces­sai­re­ment besoin d’être comme lui rompu au busi­ness. « Son véri­table talent était de lever des fonds », dit de Hammond un autre person­nage, Ian Malcolm, dans le livre qui a inspiré le film. CrispR-Cas9 est peu coûteux. « Les outils molé­cu­laires utili­sés existent à l’état natu­rel ou proviennent de simples assem­blages d’élé­ments natu­rels », affirme Bernard Dujon.

Le mammouth ressus­cité
Crédits : Ulyces.co

L’al­pha­bet de l’ADN

La première fois que Rodolphe Barran­gou a vu les CrispR, il ne savait pas quoi en faire. En 2005, le micro­bio­lo­giste améri­cain passé par l’uni­ver­sité pari­sienne René-Descartes travaille pour l’en­tre­prise agroa­li­men­taire danoise Danisco. Dans une bacté­rie utili­sée pour la fabri­ca­tion de lait et de fromage, le Strep­to­coc­cus ther­mo­phi­lus, il repère des séquences d’ADN qui se répètent. Iden­ti­fiées pour la première fois par des cher­cheurs japo­nais de l’uni­ver­sité d’Osaka en 1987, ces morceaux de génome ont pris le nom de CrispR en 1995, quand l’uni­ver­si­taire espa­gnol Fran­cisco Mojica a décrit plus préci­sé­ment leur compo­si­tion. Espa­cées les unes des autres, ces séquences comportent les mêmes éléments de base dispo­sés alter­na­ti­ve­ment à l’en­droit et à l’en­vers. Chacun étant dési­gné par sa première lettre, A, C, G, T, le mot ainsi formé est iden­tique qu’on le lise dans un sens ou dans l’autre : un palin­drome. D’où le nom CrispR, pour Clus­te­red Regu­larly Inters­pa­ced Short Palin­dro­mic Repeats (en français, « courtes répé­ti­tions palin­dro­miques grou­pées et régu­liè­re­ment espa­cées »). Pas à pas, Rodolphe Barran­gou apprend à déchif­frer la combi­nai­son. Les traces d’in­fec­tion trou­vées dans des frag­ments d’ADN de CrispR montrent que la séquence fonc­tionne à la manière d’une mémoire immu­ni­taire. Ainsi, les bacté­ries qui en sont dotées se vaccinent contre des virus. La décou­verte est d’au­tant plus promet­teuse que CrispR n’est pas seule­ment présent dans les yaourts mais dans beau­coup d’autres micro-orga­nismes. « La séquence ne fait rien seule », explique Chris­tine Pour­cel-Vergnaud. « Les protéines Cas qui sont asso­ciées à la struc­ture géné­tique réalisent une série d’ac­tions pour proté­ger la cellule. » Les progrès dans le séquençage du génome aidant, les CrispR sont débusqués un peu partout. Logés dans l’ADN de nombreux proca­ryotes (bacté­ries et archées), ils opèrent comme un méca­nisme de défense à condi­tion d’êtres couplés à des protéines. L’une d’elles, Cas9, est parti­cu­liè­re­ment effi­cace. À l’aide d’une molé­cule à une branche, l’ARN, elle peut couper l’ADN à l’en­droit ciblé. C’est pourquoi, CrispR-Cas9 est souvent présenté comme une paire de ciseaux. « Après 2005, beau­coup de cher­cheurs s’in­té­ressent au fonc­tion­ne­ment du système », indique Chris­tine Pour­cel-Vergnaud. La micro­bio­lo­giste Jill Banfield, de l’uni­ver­sité de Cali­for­nie à Berke­ley, fait partie de ceux-là. Faute d’ex­per­tise en ARN, elle traverse le campus pour aller trou­ver une autre cher­cheuse dans son bureau qui surplombe la baie de San Fran­cisco, Jenni­fer Doudna. Origi­naire de Hawaï, Doudna a révélé la struc­ture en trois dimen­sions des molé­cules d’ARN lorsqu’elle était post­doc­to­rante à Harvard. C’est dire si le sujet l’in­té­resse. Mais il devient carré­ment obsé­dant lorsque, en 2011, une biolo­giste brune lui en parle sur un ton mysté­rieux et avec un léger accent français.

En 2011, au cours d’une confé­rence orga­ni­sée par l’Ame­ri­can Society for Micro­bio­logy à San Juan, sur l’île de Porto Rico, Emma­nuelle Char­pen­tier invite Jenni­fer Doudna à discu­ter à l’ex­té­rieur. La cher­cheuse française de l’uni­ver­sité d’Umea, en Suède, parle d’une protéine asso­ciée à CrispR, Csn1, qui recher­che­rait des séquences d’ADN des virus pour les couper comme des ciseaux micro­sco­piques. « De la manière avec laquelle elle l’a dit, un fris­son m’a parcouru le dos », se souvient l’Amé­ri­caine. « Quand elle a évoqué “le mysté­rieux Csn1”, j’ai senti qu’il allait se passer quelque chose d’in­té­res­sant. » Rebap­ti­sée Cas9, la protéine vaudra bien­tôt aux deux femmes une avalanche de récom­penses. Isolé par un élève post­doc­to­rant de Jenni­fer Doudna, Martin Jinek, le méca­nisme CrispR-Cas9 devient un outil program­mable. Il peut non seule­ment couper les morceaux d’ADN infec­tés mais aussi modi­fier un gène à loisir. « On a la possi­bi­lité de chan­ger au sein de n’im­porte quelle espèce toute lettre dans l’al­pha­bet de l’ADN qui nous permet d’écrire notre système géné­tique », s’en­thou­siasme le cher­cheur en biolo­gie français Pierre Corvol.

Crédits : your­ge­nome.org

Des animaux et des hommes

Quand Emma­nuelle Char­pen­tier souffle le nom du « mysté­rieux Csn1 » à l’oreille de Jenni­fer Doudna, en 2011, elle ne trahit en réalité aucun secret. Depuis 2005, une véri­table course-pour­suite s’est enga­gée pour prou­ver le rôle exercé par le couple qu’il forme avec CrispR. En mai 2012, le biochi­miste litua­nien Virgi­nijus Šikš­nys pense arri­ver en tête en soumet­tant un article à la revue Procee­dings of the Natio­nal Academy of Sciences (PNAS). Un peu plus d’un mois plus tard, alors que des ques­tions lui sont envoyées par des pairs, les conclu­sions de Jenni­fer Doudna et Emma­nuelle Char­pen­tier sont publiées dans le maga­zine Science. George Church, quant à lui, est plus inté­ressé par les appli­ca­tions de la méthode sur l’homme. C’est pourquoi il attend février 2013 avant de faire paraître son travail en colla­bo­ra­tion avec le neuros­cien­ti­fique du MIT Feng Zhang. Une expé­rience simi­laire est rendue publique à la même période par Jenni­fer Doudna. Elle a même pris de l’avance dans l’ex­ploi­ta­tion poten­tielle de la méthode en dépo­sant une demande de brevet sept mois aupa­ra­vant. Pour rattra­per le temps perdu, Feng Zhang se sert d’une procé­dure accé­lé­rée coûtant entre 2 000 et 4 000 dollars. Un peu plus d’un an après la paru­tion des diffé­rents travaux, Doudna reçoit un e-mail annonçant que le brevet sur CrispR-Cas9 a été décerné à Zhang et ses deux insti­tu­tions de ratta­che­ment, le MIT et le Broad Insti­tute.

La réalité est encore plus complexe

Cet impair n’em­pêche pas Doudna et Char­pen­tier d’ac­cu­mu­ler les distinc­tions ni de pour­suivre leurs recherches. Bien sûr, les indus­triels qui souhai­te­ront vendre une plante modi­fiée avec CrispR-Cas9 seront suppo­sés payer les déten­teurs du brevet comme les compa­gnies phar­ma­ceu­tiques exploi­tant une hypo­thé­tique théra­pie génique devront acquit­ter de rede­vances. Cela dit, des méthodes plus effi­caces sont à l’étude.

Le 30 août 2017, un « éditeur de base d’ADN de quatrième géné­ra­tion » baptisé Addgene a été présenté dans la revue Science. D’après ses créa­teurs, il est moins suscep­tible d’en­traî­ner des muta­tions non-dési­rées que CrispR-Cas9. Lors d’es­sais avec les fameux micro-ciseaux, « des coupures à des endroits non prévus ont été consta­tées », observe Chris­tine Pour­cel-Vergnaud. « La protéine Cas9 est allée couper ailleurs dans un petit pour­cen­tage de cellules. Dans certains cas, le génome avait été atteint de manière non-spéci­fique, créant des muta­tions. » Or, si la tech­no­lo­gie soulève des espoirs de guéri­sons de mala­dies incu­rables ou de cancers, « chez un humain, on ne pour­rait pas se permettre de créer des muta­tions non-dési­rées », tranche la cher­cheuse. Il existe en effet un risque que de telles muta­tions soient cancé­ro­gènes.

Rédi­gée en 1997 afin de neutra­li­ser ce genre de dérives, la Conven­tion inter­na­tio­nale d’Oviedo inter­dit la mani­pu­la­tion du génome des cellules germi­nales humaines dans le cadre de la procréa­tion médi­ca­le­ment assis­tée. Des tests ont en revanche cours sur les animaux. En novembre 2015, le cher­cheur de l’uni­ver­sité de Cali­for­nie Anthony James a signé un article dans la revue PNAS préco­ni­sant d’in­té­grer un gène dans le génome d’un mous­tique pour éviter qu’il ne trans­mette le palu­disme. Le mois suivant, une idée semblable pouvait être lue dans Nature biotech­no­logy sous la plume de deux cher­cheurs de l’Im­pe­rial College de Londres, Andrea Crisanti et Tony Nolan. Aujourd’­hui, ceux-ci expé­ri­mentent leur méthode sur des insectes dans une serre. « Aucun ne doit pouvoir s’échap­per », aver­tit Nolan. Le cas londo­nien est loin d’être isolé. « Beau­coup de labo­ra­toires font des tests », remarque Chris­tine Pour­cel-Vergnaud. Dès 2011, Jenni­fer Doudna a crée l’en­tre­prise Cari­bou, dont est issue une autre société, Intel­lia Thera­peu­tics. Les deux enti­tés ont reçu des fonds du géant de l’in­dus­trie phar­ma­ceu­tique Novar­tis. En Suisse, Emma­nuelle Char­pen­tier a cofondé CrispR Thera­peu­tics tandis que Zhang, Church et quelques autres ont donné nais­sance à Editas Mede­cine. Au total, les quatre groupes ont recueilli 158 millions de dollars. Comme John Hammond, le fonda­teur imagi­naire de Juras­sic Park, ces cher­cheurs démontrent « un vrai talent pour lever des fonds ». Et leurs desseins soulèvent autant d’es­poirs que de craintes.

Crédits : Univer­sal Pictures

Couver­ture : CrispR-Cas9 au travail. (Ulyces.co)


 

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