Expliqué : Le prix Nobel de chimie pour les ciseaux pour éditer les gènes

Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna partagent le Prix de chimie du CRISPR, qui permet aux scientifiques de 'couper-coller' à l'intérieur d'une séquence génétique. Cela a une variété d'utilisations potentielles, mais soulève également des problèmes éthiques.

Premièrement, les chercheurs créent artificiellement un ARN guide, qui aide à amener les ciseaux génétiques à l'endroit du génome où la coupe sera effectuée. Pour modifier un gène, ils conçoivent spécialement un petit modèle d'ADN. Lorsque la cellule répare la coupure, elle utilisera cette matrice d'ADN. Cela change le code dans le génome. (Johan Jarnestad/Académie royale des sciences de Suède)

Sa simplicité a souvent été comparée au mécanisme « Couper-Copier-Coller » dans n'importe quel traitement de texte (ou probablement, le mécanisme tout aussi courant « Rechercher-Remplacer »), tandis que ses utilisations peuvent potentiellement transformer les êtres humains et toutes les autres formes de vie. Il peut potentiellement éliminer les maladies génétiques et autres, multiplier la production agricole, corriger les malformations et même ouvrir les possibilités les plus controversées de produire des « bébés sur mesure » ​​et d'apporter la perfection cosmétique. En effet, tout ce qui est lié au fonctionnement des gènes peut être corrigé ou « édité ».

La technologie CRISPR (abréviation de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, plutôt inélégante) pour l'édition de gènes a suscité un enthousiasme considérable depuis son développement en 2012, à la fois pour la promesse qu'elle contient d'améliorer la qualité de vie, et les dangers de son utilisation abusive. Des centaines de scientifiques et de laboratoires ont depuis commencé à travailler sur la technologie pour une variété d'utilisations. Au cours des huit dernières années, la technologie a apporté une série de prix et d'honneurs à ses développeurs. Mercredi, il a culminé avec le prix Nobel de chimie pour les deux femmes qui ont tout commencé, la Française Emmanuelle Charpentier, 52 ans, et l'Américaine Jennifer Doudna, 56 ans.

C'est peut-être la seule fois dans l'histoire du prix Nobel que deux femmes ont été déclarées les seules gagnantes.

La technologie

L'édition ou la modification des séquences de gènes n'a rien de nouveau. Cela se produit depuis plusieurs décennies maintenant, en particulier dans le domaine de l'agriculture, où plusieurs cultures ont été génétiquement modifiées pour fournir des traits particuliers.

Mais ce que CRISPR a fait, c'est rendre l'édition de gènes très facile et simple, et en même temps extrêmement efficace. Et les possibilités sont presque infinies, a déclaré Debojyoti Chakraborty, qui travaille avec cette technologie au CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology, basé à New Delhi.

Essentiellement, la technologie fonctionne de manière simple : elle localise la zone spécifique de la séquence génétique qui a été diagnostiquée comme étant la cause du problème, la supprime et la remplace par une nouvelle séquence correcte qui ne cause plus la problème.

La technologie reproduit un mécanisme de défense naturel chez certaines bactéries qui utilise une méthode similaire pour se protéger des attaques de virus.

Une molécule d'ARN est programmée pour localiser la séquence problématique particulière sur le brin d'ADN, et une protéine spéciale appelée Cas9, qui est maintenant souvent décrite dans la littérature populaire comme « ciseaux génétiques », est utilisée pour casser et supprimer la séquence problématique. Un brin d'ADN, lorsqu'il est cassé, a une tendance naturelle à se réparer. Mais le mécanisme d'auto-réparation peut conduire à la repousse d'une séquence problématique. Les scientifiques interviennent au cours de ce processus d'auto-réparation en fournissant la séquence souhaitée de codes génétiques, qui remplace la séquence d'origine. C'est comme couper une partie d'une longue fermeture éclair quelque part entre les deux et remplacer cette partie par un nouveau segment.

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Parce que l'ensemble du processus est programmable, il a une efficacité remarquable, et a déjà apporté des résultats presque miraculeux. Il existe de nombreuses maladies et troubles, y compris certaines formes de cancer, qui sont causés par une mutation génétique indésirable. Ceux-ci peuvent tous être corrigés avec cette technologie. Il existe également de vastes applications ailleurs. Les séquences génétiques des organismes pathogènes peuvent être modifiées pour les rendre inefficaces. Les gènes des plantes peuvent être modifiés pour les faire résister aux parasites ou améliorer leur tolérance à la sécheresse ou à la température.

En termes d'implications, il s'agit probablement de la découverte la plus importante dans les sciences de la vie après la découverte de la structure en double hélice de la molécule d'ADN dans les années 1950, a déclaré Siddharth Tiwari de l'Institut national de biotechnologie agroalimentaire basé à Mohali qui a été utilisant la technologie CRISPR sur les gènes du bananier.

Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna, pour avoir découvert les ciseaux génétiques CRISPR/Cas9, qui peuvent être utilisés pour changer l'ADN des êtres vivants.

Les gagnants

Charpentier et Doudna travaillaient indépendamment lorsqu'ils sont tombés sur différents éléments d'information qui se sont ensuite réunis pour être développés dans cette technologie. Charpentier, une biologiste travaillant alors dans un laboratoire en Suède, avait besoin de l'expertise d'un biochimiste pour traiter les nouvelles informations qu'elle avait obtenues sur les séquences génétiques d'une bactérie particulière sur laquelle elle avait travaillé, appelée Streptococcus pyogenes.

Elle avait entendu parler des travaux de Doudna à l'Université de Californie à Berkeley, et les deux se sont rencontrés lors d'une conférence scientifique à Porto Rico en 2011, selon un récit publié sur le site Internet du prix Nobel. Chapentier a proposé une collaboration, à laquelle Doudna a accepté. Leurs groupes de recherche ont ensuite collaboré à longue distance au cours de l'année suivante. En l'espace d'un an, ils avaient réussi à mettre au point une technologie révolutionnaire d'édition de gènes.

Plusieurs autres scientifiques et groupes de recherche ont également apporté des contributions vitales au développement de cette technologie. Quelqu'un comme Virginijus Siksnys, un biochimiste travaillant à l'Université de Vilnius en Lituanie, est largement reconnu comme un co-inventeur de cette technologie. En effet, Siksnys a partagé le Prix Kavli 2018 en nanosciences avec Doudna et Chapentier pour cette technologie. Mais la contribution séminale des deux femmes est incontestée. Leurs réalisations ont été reconnues par plusieurs prix prestigieux au cours des dernières années, dont le Breakthrough Prize in Life Sciences en 2015 et le Wolf Prize in Medicine plus tôt cette année.

Il y a eu des murmures dans la communauté scientifique sur le fait que le prix Nobel de chimie soit allé aux biologistes. Mais apparemment, ce n'est pas un phénomène nouveau. Le rôle central de la chimie dans les sciences de la vie — au niveau moléculaire, la biologie est essentiellement la chimie — a fait en sorte qu'un nombre croissant de prix Nobel ont récemment été décernés pour des travaux dans le domaine de la biochimie. En fait, un document de recherche publié plus tôt cette année a souligné ce changement progressif dans la nature du prix de chimie. Selon Chemistry World, un magazine d'information publié par la Royal Society of Chemistry, sur les 189 scientifiques récompensés jusqu'à présent par le prix Nobel de chimie, 59 avaient travaillé dans le domaine de la biochimie. C'était plus que toute autre branche de la chimie.

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Préoccupations éthiques

En novembre 2018, un chercheur chinois à Shenzen a fait sensation internationale en affirmant qu'il avait modifié les gènes d'un embryon humain, ce qui a finalement abouti à la naissance de jumelles. Il s'agissait du premier cas documenté de « bébés sur mesure » ​​produit à l'aide des nouveaux outils d'édition de gènes tels que CRISPR, et a soulevé exactement le genre de préoccupations éthiques dont des scientifiques comme Doudna ont parlé.

Dans le cas des jumeaux chinois, les gènes ont été modifiés pour garantir qu'ils ne soient pas infectés par le VIH, le virus qui cause le SIDA. Ce trait spécial serait ensuite hérité par les générations suivantes. Les préoccupations ne portaient pas tant sur la raison pour laquelle la technologie était utilisée que sur l'éthique de la production de bébés avec des traits génétiques particuliers. Les scientifiques ont souligné que le problème dans ce cas, une infection potentielle au virus VIH, avait déjà d'autres solutions et traitements alternatifs. Ce qui a aggravé les choses, c'est que l'édition de gènes a probablement été effectuée sans aucune autorisation ou surveillance réglementaire. D'autres ont également souligné que si la technologie CRISPR était incroyablement précise, elle n'était pas précise à 100%, et il est possible que d'autres gènes soient également modifiés par erreur.

Doudna elle-même a fait campagne pour le développement de règles et de directives internationales pour l'utilisation de la technologie CRISPR, et a préconisé une pause générale de ce type d'applications jusqu'à ce moment-là.

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