Gyles Lewis
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Un forçage génétique est un type de technique de génie génétique qui modifie les gènes afin qu'ils ne suivent pas les règles typiques de l'hérédité. Les moteurs génétiques augmentent considérablement la probabilité qu'une suite particulière de gènes soit transmise à la prochaine génération, permettant aux gènes de se propager rapidement à travers une population et de remplacer la sélection naturelle. Grâce à CRISPR-Cas9, la technologie d'édition de gènes exploitée à partir de bactéries, les forages géniques deviennent plus faciles à construire pour les chercheurs.
Avec la technologie du forçage génétique, "vous pouvez modifier la trajectoire évolutive. Vous pouvez provoquer l'extinction", a déclaré Andrea Crisanti, généticien à l'Imperial College de Londres. Cela pourrait être un moyen efficace d'éradiquer les espèces nuisibles, telles que les moustiques responsables du paludisme. Mais les scientifiques travaillent toujours à déterminer les impacts écologiques et environnementaux potentiels plus larges de l'utilisation du forçage génétique pour éliminer une espèce entière.
Comment fonctionnent les forages génétiques?
Un forçage génétique se compose de trois éléments clés: le gène que vous souhaitez propager; l'enzyme Cas9 qui peut couper l'ADN; et CRISPR, une séquence d'ADN prommable qui identifie l'endroit où l'enzyme doit couper. Le matériel génétique qui code pour ces trois éléments est inséré dans l'ADN d'un animal, à la place du gène naturel que vous souhaitez remplacer dans les deux chromosomes.
Le pouvoir du forçage génétique est qu'il perturbe les lois de l'hérédité, a déclaré Crisanti. Dans l'hérédité normale, il y a 50% de chances qu'un gène particulier soit transmis du parent à la progéniture. La technologie Gene Drive transforme une chance de 50% en une garantie de près de 100%.
Lorsqu'un animal porteur du package de forçage génétique s'accouple avec un animal qui ne le fait pas, leur progéniture reçoit une copie d'ADN de l'un ou l'autre des parents: une version naturelle et une version génétique. Lorsque le sperme rencontre l'ovule et que les chromosomes des différents parents s'alignent pour la première fois, CRISPR dans l'ADN du forçage génétique est activé. Il reconnaît la copie du gène naturel dans le chromosome opposé et dirige l'enzyme Cas9 coupant l'ADN pour couper la copie naturelle avant le début du développement embryonnaire..
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Une fois que le gène naturel est endommagé, le mécanisme de réparation spécial de la cellule est déclenché. La machinerie de réparation restaure l'ADN manquant, mais elle utilise le chromosome intact, qui est celui qui porte le forçage génétique, comme modèle. Ainsi, lorsque la réparation est terminée, les deux chromosomes portent une copie du lecteur génétique. À partir de ce moment, deux copies du forçage génétique seront dans chaque cellule et l'animal transmettra le forçage génétique à la génération suivante..
Et ainsi le processus continue. Chaque fois que le lecteur est transmis, CRISPR coupe la version naturelle du gène, la machinerie de réparation cellulaire intervient et une copie du lecteur de gène devient deux. En quelques générations seulement, le nouveau gène devient omniprésent dans la population, remplaçant parfois totalement le gène naturel.
Les moustiques à entraînement génétique
En 2018, Crisanti et ses collègues ont publié une étude dans la revue Nature Biotechnology décrivant comment la technologie du forçage génétique pourrait provoquer l'effondrement de la population de Anopheles gambiae, l'espèce de moustique qui cause le paludisme. Le groupe a construit un forçage génétique qui modifierait un gène lié au sexe et perturberait la fertilité féminine. Le forçage génétique avec le gène de fertilité femelle endommagé s'est propagé à 100% de la population testée en aussi peu que sept générations. L'espèce n'a pas pu s'accoupler et la population s'est effondrée. Certains chercheurs pensent que c'est peut-être l'approche qui élimine enfin le paludisme - une maladie brutale responsable de 280 millions de maladies et de 405000 décès dans le monde en 2018, selon l'Organisation mondiale de la santé..
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L'approche du forçage génétique est un moyen unique et abordable d'éradiquer les moustiques responsables du paludisme, a déclaré Cristanti. D'autres approches telles que la gestion des insecticides et de l'environnement sont efficaces mais extrêmement coûteuses et bien au-delà des capacités économiques de nombreux pays, a-t-il déclaré. "Le lecteur génétique permet la propagation d'un trait génétique dans une population à partir de quelques individus, abordant le problème de la durabilité à sa racine."
Mais éliminer une espèce entière est un gros problème, et mettre en œuvre un forçage génétique dans la nature n'est pas une décision facile.
Les forages génétiques sont-ils dangereux?
Les scientifiques s'efforcent de prédire ce que l'élimination d'une espèce nuisible pourrait signifier pour le reste de l'écosystème.
L'éradication des moustiques responsables du paludisme à l'aide d'un forçage génétique semble être un plan à impact minimal. «Jusqu'à présent, les tests écologiques montrent que l'écosystème ne s'effondre pas», lorsqu'une espèce de moustique est éliminée, a déclaré Fred Gould, biologiste évolutionniste à la North Carolina State University..
Les effets écologiques d'autres projets de forçage génétique sont plus difficiles à discerner. Par exemple, les défenseurs de l'environnement et les généticiens travaillent sur un forçage génétique qui pourrait éliminer les rongeurs insulaires invasifs - un effort noble, étant donné que les rongeurs insulaires invasifs ont été liés à l'extinction de 75 espèces indigènes, selon une étude publiée en 2016 dans la revue Proceedings of l'Académie nationale des sciences.
Mais l'éradication des rongeurs avec un forçage génétique comporte des risques écologiques potentiellement plus importants que l'éradication d'un moustique. Si les rongeurs du forçage génétique s'échappaient de l'île et retournaient dans l'habitat naturel des rongeurs, comme l'Amérique du Nord, la pulsion pourrait éliminer les souris et les rats là où ils sont un élément essentiel de l'écosystème. L'absence des rongeurs pourrait entraîner un effondrement de l'écosystème.
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Pour cette raison, Gould et ses collègues ont travaillé sur une stratégie qui ne ciblerait que les souris vivant sur les îles. Des populations géographiquement distinctes portent souvent le même variant d'un gène, ou allèle, spécifique à leur population locale. Si les scientifiques peuvent identifier un allèle spécifique à la population qu'ils souhaitent éradiquer, ils peuvent alors créer un forçage génétique spécifique à cette population. La pulsion ne se propagerait qu'aux individus porteurs de cet allèle spécifique; cela ne fonctionnerait pas chez les individus sans cet allèle spécifique. Les chercheurs ont décrit cette méthode dans une étude de 2019 publiée dans la revue Scientific Reports.
En outre, plusieurs scientifiques étudient des plans de remédiation potentiels ou des stratégies pour supprimer le forçage génétique de l'environnement en cas de résultats indésirables. Par exemple, Crisanti et ses collègues ont publié une étude en 2017 dans la revue Plos Genetics décrivant comment des mutations génétiques résistantes au forçage génétique pourraient persister et éliminer le forçage génétique en quelques générations seulement. La mutation résistante au forçage génétique devrait être évitée pour que le forçage génétique persiste, ou cela pourrait être un moyen d'éliminer un forçage génétique indésirable.
Bien que le concept d'utilisation d'un forçage génétique pour protéger la santé humaine et rétablir l'équilibre écologique soit prometteur, la recherche sur les implications et l'efficacité de l'outil a du chemin à parcourir..
Ressources supplémentaires:
- Tenez-vous au courant des dernières nouvelles de CRISPR sur la page CRISPR News de.
- Regardez cette courte vidéo décrivant le fonctionnement d'un forçage génétique du Wyss Institute de l'Université Harvard.
- Voici une autre courte vidéo qui décrit les moyens potentiels de sauvegarder un forçage génétique, également du Wyss Institute de l'Université Harvard.