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)