La transgénèse 2.0 avec CRISPR/Cas9 : multiples modifications génétiques et édition du génome sans laisser de traces

Article rédigé par France Brunelle, conseillère scientifique expert en biotechnologie, de la Direction de l’appui à la recherche et à l’innovation, au Sous-ministériat aux politiques alimentaires, au ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation

Publié dans la cellule de veille OGM no 40 de février 2016. Le texte du bulletin de veille est disponible sur le domaine spécialisé « Biotechnologie moderne et OGM » d’Agri-Réseau.

Outre la possibilité de modifier le génome de n’importe quelle espèce, plus facilement et à moindre coût qu’avec les techniques précédentes, le système CRISPR/Cas92 a permis le développement d’approches inédites en ingénierie génétique dont les retombées sont loin de se limiter à la sphère universitaire.

CRISPR et l’ingénierie génétique porcine : des enjeux biomédicaux et agroalimentaires

Des chercheurs de l’université Harvard3 ont utilisé CRISPR/Cas9 pour inactiver les 62 copies d’un gène nécessaire à la transmission de rétrovirus dans des cellules hépatiques porcines en culture. Cette modification permet de réduire drastiquement la transmission du virus à des cellules humaines in vitro. La présence chez le porc de ces rétrovirus endogènes potentiellement transmissibles à l’homme est l’un des obstacles au développement de techniques visant à utiliser des organes de porcs pour des greffes chez l’humain. La preuve de concept in vitro de la modification de toutes les copies d’un gène constitue donc un progrès remarquable, même si l’efficacité de cette technique dans l’organisme reste à démontrer.

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) a été détecté aux États-Unis pour la première fois en 1987. Il constitue une des plus importantes maladies sur le plan économique pour l’industrie du porc en Amérique du Nord. Les vaccins produits jusqu’ici ne permettent pas de bien contrôler la maladie. Une équipe de chercheurs de l’Université du Missouri et de la Kansas State University4 a travaillé sur la conception d’une espèce de porcs dont la génétique est modifiée à l’aide de la technologie CRISPR/Cas9. Dans les dernières années, les recherches ont suggéré que chez le porc, le récepteur CD163 permettrait l’entrée du virus SRRP. L’équipe avait donc formulé l’hypothèse qu’un porc génétiquement modifié pour ne pas avoir de récepteur CD163 serait immunisé contre le SRRP. Ainsi, les chercheurs ont conçu des porcs avec différentes mutations de l’ADN correspondant au récepteur CD163 (allant de courtes mutations au retrait global du gène). Après avoir injecté le virus SRRP par voie musculaire et nasale aux porcs, l’équipe a montré que les porcs sans récepteur CD163 n’avaient aucun symptôme de la maladie, et on ne notait aucun autre changement dans leur développement.

CRISPR et l’inactivation de copies multiples de gènes chez des plantes cultivées

En agronomie, le système CRISPR/Cas9 est utilisé depuis quelques années déjà dans plusieurs pays, pour modifier génétiquement Arabidopsis thaliana5, un modèle majeur en biologie végétale, ainsi que des variétés de riz, de tabac, de blé, de sorgho, de maïs, de tomate, d’orange, etc. La modification simultanée de plusieurs copies de gènes avec CRISPR/Cas9 est particulièrement intéressante, car de nombreuses espèces cultivées ont connu des épisodes de duplication du génome et possèdent plusieurs copies de chaque gène. Une équipe de chercheurs de l’académie chinoise des sciences6 a réussi, à l’aide de l’outil CRISPR/Cas9, à inactiver simultanément les différentes copies d’un gène de susceptibilité au mildiou présent trois fois dans le génome d’une variété de blé, ce qui fait six modifications au total (un allèle paternel et un allèle maternel pour chaque gène).

Cette stratégie d’inactivation des gènes de susceptibilité à certaines pathologies permettrait de limiter l’utilisation de fongicides et de pesticides. Si une telle approche n’est pas nouvelle, la facilité relative et la rapidité avec laquelle l’outil CRISPR/Cas9 permet sa mise en place encouragent fortement son développement.

Édition du génome et obtention de plantes « éditées » identiques à des plantes naturelles

L’édition de gènes offre la possibilité de modifier des traits essentiels pour stimuler les rendements et la qualité nutritionnelle des cultures vivrières, et pour rendre les plantes plus résistantes aux parasites ou aux conditions climatiques extrêmes.

Des chercheurs chinois et britanniques ont publié en 2015 des résultats démontrant qu’il est possible, pour des espèces de riz7 et d’orge8, de modifier des gènes grâce à CRISPR/Cas9, d’introduire cet outil au moyen d’un transgène qui ne s’intègre pas au génome et de le voir disparaître dans les générations suivantes. Les plantes « éditées » ainsi produites transmettent la modification génétique à leur descendance et ne présentent aucune trace génétique de cette intervention. Elles ne diffèrent pas des plantes présentant une variation naturelle dans l’un de leurs gènes et soulèvent donc des questions majeures en ce qui a trait à l’applicabilité de certaines réglementations.

Les agences réglementaires doivent se pencher sur la question de savoir si les plantes « éditées », c’est-à-dire celles qui ont été modifiées avec CRISPR/Cas9, doivent être soumises aux mêmes réglementations que les organismes génétiquement modifiés.

Références :

  1. Adapté du Bulletin de veille Science, Technologie et Innovation de Mission pour la Science et la Technologie de l’Ambassade de France aux États-Unis, publié le vendredi 18 décembre 2015, [En ligne], (associée au titre de l’article).
  2. Voir l’article « L’outil CRISPR/Cas9 ouvre la voie à la modification génétique de population sauvage », Cellule de veille OGM, no39, décembre 2015.
  3. YANG, L., et al. (2015). Genome-wide inactivation of porcine endogenous retroviruses (PERVs), Science 350 (6264): 1101-1104.
  4. Whitworth, K.M., et al. (2016). Gene-edited pigs are protected from porcine reproductive and respiratory syndrome virus. Nature Biotechnology 34(1) :20-22.
  5. Jiang,, et al. (2013). Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-mediated targeted gene modification in Arabidopsis, tobacco, sorghum and rice. Nucleic Acids Research 41(20) : e188.
  6. WANG, Y., et (2014). Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology 32, p. 947-951.
  7. XU, R-F, et al. (2015). Generation of inheritable and “transgene clean” targeted genome-modified rice in later generations using the CRISPR/Cas9 system. Nature Scientific Reports 5 (article no 11491), [En ligne].
  8. Lawrenson,, et al. (2015). Induction of targeted, heritable mutations in barley and Brassica oleracea using RNA-guided Cas9 nuclease. Genome Biology 16(258) :13 pages, [En ligne].

 

brunellef_photoDre France Brunelle détient un baccalauréat et une maîtrise en biochimie avec une spécialisation dans le domaine alimentaire, médical et du génie génétique. Elle a obtenu son doctorat en biotechnologie végétale à l’Université Laval, à Québec.

Dre Brunelle est conseillère scientifique expert en biotechnologie à la Direction de l’appui à la recherche et à l’innovation au ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec. Elle travaille comme spécialiste particulièrement dans quatre domaines : biotechnologie moderne, bioproduits industriels, nanotechnologies, et négociations internationales/interministérielles sur l’Accès aux ressources génétiques et le partage des avantages résultant de leur utilisation. Elle explore entre autres, depuis maintenant plus de dix ans, les avantages et les défis liés à l’introduction des cultures issues du génie génétique dans le domaine bioalimentaire.

Dre Brunelle a participé à plusieurs comités interdisciplinaires travaillant sur ces questions dont le comité d’éthique de la recherche de l’Université Laval et le comité technique sur les technologies de restriction de l’utilisation génétique de la Commission de l’éthique en science et en technologie du Québec.

Dre Brunelle coordonne également comme chercheure associée l’Observatoire Transgène à l’Université Laval.

Elle est auteure de plusieurs articles dans le domaine de la transgénèse végétale et co-auteure de chapitres de livres sur ce sujet.

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