La révolution CRISPR

Progrès de l’édition du génome végétal et animal promettant de transformer le panorama agricole du 21e siècle.

La révolution CRISPR

Progrès de l’édition du génome végétal et animal promettant de transformer le panorama agricole du 21e siècle.

Enroulée dans les chromosomes de chaque cellule d’un organisme vivant se trouve la molécule à double hélice appelée acide désoxyribonucléique, ou ADN. Elle ne mesure que 20 ångström ou 2 nanomètres de diamètre mais contient une longue série de “lettres” chimiques qui définissent un code d’instructions pour chaque partie et chaque processus nécessaire au soutien de la vie.

Ce génome contient beaucoup de lettres ; environ 2 milliards pour un plant de maïs et près de 3 milliards pour un humain. Il faudrait 50 ans à une dactylo tapant 60 mots à la minute, 8 heures par jour, pour en mettre autant sur papier.

Et il produit ce qui semble être, de prime abord, un texte très ennuyeux. Il n’y a que quatre lettres ; elles représentent la cytosine, la guanine, l’adénine et la thymine, les quatre nucléobases qui, dans diverses combinaisons de C, G, A et T, décrivent les gènes et autres facteurs déterminant les caractéristiques d’une plante ou d’un animal.

Mais pour les scientifiques, ces chaînes de lettres décrivent parfois un puzzle digne d’un roman policier. C’est une telle énigme qui a donné un nouvel outil précis pour l’édition du génome, appelé CRISPR-Cas, et pouvant avoir d’importantes répercussions sur l’agriculture du 21e siècle.

Une solution d’une protéine Cas et une section d’ANR guide amorcent le processus CRISPR.

« Ce qui rend la technologie CRISPR si puissante et révolutionnaire est sa précision, dit Kan Wang, professeur d’agronomie à l’Université Iowa State et codirectrice du Centre de bio-ingénierie des cultures. Elle donne une nouvelle efficacité à la phytosélection. L’élevage conventionnel nous oblige à lancer des fléchettes en espérant atteindre la cible, dit-elle. Avec CRISPR, nous pouvons nous approcher du jeu et toucher directement le but. »

Palindromes. L’histoire remonte à 1987, alors que des chercheurs japonais étudiaient une région du génome d’une bactérie, E. coli. Ils ont trouvé—sans pouvoir l’expliquer—cinq répétitions identiques de séquences d’ADN, séparées par des séquences “d’espacement” d’ADN non identiques. D’autres recherches sur des bactéries, comme celles utilisées dans le fromage et le yogourt, identifièrent aussi des répétitions régulièrement espacées de séquences d’ADN. Ajoutant au mystère, ils notèrent que ces répétitions formaient des palindromes—les lettres ayant le même sens, épelées de gauche à droite ou de droite à gauche.

Les scientifiques appelèrent ce phénomène “CRISPR” (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Certains gènes adjacents reçurent la désignation “Cas” pour indiquer les gènes associés à CRISPR. Les chercheurs ont franchi une autre étape en réalisant que les “lettres” d’espacement représentaient de courtes séquences génétiques associées à des virus. Ils savaient que certaines bactéries se protègent contre les intrusions virales en mettant en place des “ciseaux” moléculaires qui découpent le code génétique de leurs envahisseurs viraux.

Une deuxième étude confirma que CRISPR-Cas est un système immunitaire bactérien. Les bactéries qui survivent à une infection virale saisissent des séquences de l’envahisseur et les stockent dans leur locus CRISPR. Les bactéries résistent alors à toute attaque subséquente de ce virus.

En 2012, les revues scientifiques ont publié des articles décrivant la prochaine étape—comment le système CRISPR-Cas pourrait servir à éditer un génome. Une protéine du gène Cas9 fournit les ciseaux moléculaires tandis qu’une courte séquence d’ARN guide indique la séquence d’ADN à couper. Ces documents ont indiqué que l’outil CRISPR-Cas pouvait être programmé pour reconnaître et éditer toute séquence d’ADN de n’importe quel animal ou plante.

Madame Wang souligne bien que CRISPR-Cas devient un outil très puissant en l’associant aux connaissances acquises lors du séquençage du génome d’importantes cultures. « Ainsi, représentez-vous le génome du maïs comme un texte, et CRISPR comme un traitement de texte. Vous placez le curseur là où vous voulez faire un changement, pour supprimer des lettres, en modifier l’ordre ou même ajouter un mot. Le système CRISPR-Cas peut aider à améliorer à peu près tout aspect d’une culture, du rendement à la résistance aux maladies.

Kan Wang, chercheuse de l’université Iowa State.

Maïs cireux. L’outil d’édition du génome peut aussi aider à accélérer le développement des plantes ayant un trait souhaité. En fait, le premier produit agricole commercial de CRISPR à atteindre la ferme sera probablement un hybride de maïs cireux Pioneer qui est en bonne voie de développement.

« Nous avons cru que le maïs cireux serait un choix idéal pour notre programme de sélection avancée CRISPR-Cas », dit Nandini Krishnamurthy, directrice de la recherche chez Corteva Agriscience, la division Agricole de DowDuPont.

Les hybrides cireux développés par sélection conventionnelle existent depuis des décennies. Ils présentent une délétion partielle naturelle du gène cireux responsable de la production d’amylose. Par conséquent, presque tout l’amidon du grain est l’amylopectine, un amidon aux propriétés souhaitables utilisé dans les aliments et dans les papiers, les textiles et les adhésifs. Puisque le développement hybride cireux implique une délétion simple du gène, souligne Mme Krishnamurthy, cela cadre bien avec l’approche CRISPR-Cas. « Le maïs cireux étant un produit à identité préservée à volume relativement petit, cela correspondait parfaitement à cette nouvelle technologie. »

En utilisant CRISPR-Cas pour effectuer la délétion dans les lignées élites actuelles, l’entreprise a pu accélérer le développement en évitant des générations de rétrocroisement.

« Cela permet également d’éviter les baisses de rendement, ajoute-t-elle. En utilisant la sélection conventionnelle pour le croisement avec une plante de qualité inférieure, on tend à importer des gènes indésirables. »

Le système CRISPR-Cas peut aussi aider à réduire le bagage qui accompagne les aliments ordinaires.

À l’université Pennsylvania State, les chercheurs ont utilisé CRISPR pour effectuer une petite délétion dans un gène, interrompant ainsi le développement de la mélanine.

Kristin Whitworth, Randall Prather et Kevin Wells, chercheurs de l’université du
Missouri, ont utilisé le système CRISPR-Cas pour produire des porcs résistant au virus du SDRP.

C’est la mélanine qui fait brunir les champignons blancs tranchés ou meurtris. Et les adeptes de la tomate attendent impatiemment les résultats des efforts de CRISPR-Cas pour redonner à la tomate commerciale sa délicieuse saveur d’antan.

Les chercheurs de l’Université de Floride ont identifié 13 substances volatiles clés et localisé la position des gènes qui produisent ces composés. Des recherches antérieures indiquent que CRISPR-Cas peut être efficace dans l’édition du génome de la tomate.

Prévenir le SDRP. Des chercheurs de l’Université du Missouri ont utilisé CRISPR-Cas pour modifier quelques lettres du génome du porc et fait une grande découverte—des porcelets résistants à cette maladie dévastatrice qu’est le syndrome dysgénésique et respiratoire du porc (SDRP).

« Pour se propager, le SDRP doit s’aider de la protéine CD163, explique Randall Prather, professeur du Missouri. Nous avons pu élever une portée de porcs qui ne produisent pas cette protéine, et quand ils ont été exposés au SDRP, ils n’ont pas développé la maladie. » Les chercheurs du Missouri, ainsi que des scientifiques de l’Université du Kansas et un partenaire commercial, Genus plc, ont publié leurs études. Le concept pourrait avoir un impact notoire sur la manière dont les maladies sont traitées dans d’autres espèces animales.

« L’un des objectifs est de produire des animaux n’ayant pas à être vaccinés contre la maladie», explique M. Prather. CRISPR servira à produire des animaux qui nécessitent moins de gestion et sont plus efficaces. »

Régulation. L’impact de CRISPR-Cas sur l’agriculture peut dépendre de sa règlementation. Les cultures ont le feu vert ; comme il n’y a pas de gènes “extérieurs”, elles ne sont pas transgéniques. Le ministère de l’Agriculture des États-Unis a annoncé qu’il ne réglementera pas les cultures modifiées génétiquement. Selon un communiqué de l’agence, « La modification du génome peut introduire de nouveaux caractères plus rapidement et avec plus de précision, ce qui économise des années à amener les nouvelles variétés aux agriculteurs ».

C’est bien différent pour le bétail. La Food and Drug Administration a autorité aux États-Unis. Sa position est que si même une seule lettre du génome est modifiée, l’animal devra suivre le même processus long et coûteux qu’une nouvelle approbation de médicament.

Comme nous le souligne M. Prather, quand les scientifiques utilisent CRISPR pour changer une lettre du génome, ils savent exactement où se produit ce changement. « Mais dans toute fécondation normale, il y a entre cent et deux cents mutations aléatoires quelque part dans le génome, et nous ne savons pas où elles se trouvent, dit-il. Je ne comprends donc pas la base scientifique de la nécessité de règlementer le changement du génome intentionnel, mais de ne pas règlementer les centaines d’autres qui surviennent au hasard. »

Les agriculteurs se joignent à l’effort pour expliquer les avantages de cette nouvelle technologie, espérant éviter tout malentendu de la part des consommateurs. « L’édition responsable des gènes fournira de bonnes options pour les gens, les porcs et la planète, dit Randy Spronk, producteur de soja, de maïs et de porcs du Minnesota. Nous devons devancer la discussion. Si nous voulons avoir accès à l’innovation, nous devons
être transparents afin de conserver notre licence sociétale. »

Membre d’un groupe de discussion à CRISPRcon, un sommet annuel de l’industrie, M. Spronk a expliqué comment le SDRP était dévastateur—non seulement du point de vue de la maladie et des décès du porc, mais aussi du stress pour les familles agricoles et les travailleurs des porcheries.

« C’est vraiment une question de viabilité, ajoute-t-il. CRISPR n’est qu’un autre pas dans la sélection que les agriculteurs font depuis des milliers d’années. »

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