Modifications génétiques : le système CRISPR… la suite

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 42 de juin 2016. Le texte du bulletin de veille est disponible sur le domaine spécialisé « Biotechnologie moderne et OGM » d’Agri-Réseau.

Les derniers numéros de cette cellule de veille1A présentaient des développements des méthodes d’édition du génome avec l’outil CRISPR/Cas91B. Ce système continue d’évoluer de façon constante. Comme le mentionne l’État des lieux sur la situation du genome editing en Allemagne2, ces techniques de modification du génome sont aujourd’hui utilisées par les scientifiques du monde entier. Elles ont déjà été appliquées avec succès en biotechnologie industrielle ou pour la culture sélective des plantes. Ces techniques de génie génétique peuvent également s’appliquer à l’animal et à l’homme, et ouvrent des perspectives intéressantes pour le traitement de maladies génétiques. Certains groupes de recherche testent déjà les applications cliniques possibles. Toutefois, le transfert à la pratique clinique n’est pas encore envisagé. Pendant ce temps, une discussion sur les risques de l’utilisation de ces techniques et sur les aspects éthiques est commencée.

Les plantes produites à l’aide de CRISPR/Cas9 sont-elles des OGM?

Actuellement, à l’échelle internationale, il n’est pas clairement établi si les plantes produites par les nouvelles techniques de génie génétique, dont CRISPR/Cas9, doivent être définies comme des OGM au sens des différentes réglementations en la matière puisqu’elles ne sont pas différenciables des plantes cultivées de manière conventionnelle3.

En octobre 2007, la Commission européenne avait mis en place un groupe de travail sur la question des nouvelles technologies d’édition du génome4. Elle avait également organisé un atelier, en septembre 20115, au cours duquel on comparait les systèmes réglementaires de l’Argentine, de l’Australie, du Canada, de l’Union européenne, du Japon et de l’Afrique du Sud. Les techniques d’édition du génome alors considérées étaient, par exemple, la mutagenèse dirigée par oligonucléotides, la cisgénèse, les nucléases à doigt de zinc et la technique TALEN (Transcription Activator-like Effector Nuclease), puisque CRISPR/Cas9 n’était pas encore d’actualité. L’European Food Safety Autority (EFSA) avait considéré que la cisgénèse et la technique de nucléase à doigt de zinc se trouvaient sous les mêmes réglementations que les OGM6,7. Du côté de l’Union européenne, on considère souvent que quelque chose est génétiquement modifié si la modification ne se produit pas par multiplication ou par recombinaison naturelles3.

Jusqu’à maintenant, le Département de l’agriculture américain avait conclu que, si on ne pouvait distinguer une modification d’une mutation d’origine naturelle, il n’était pas nécessaire que la plante fasse l’objet d’une réglementation spécifique. Ainsi, plusieurs plantes réalisées avec des techniques d’édition du génome ont été approuvées, dont le canola Cibus SU™8, qui présente une tolérance accrue aux herbicides à base de sulfonylurés et mis au point par mutagénèse dirigée par oligonucléotides. En Europe, le canola Cibus SU™ fait l’objet d’un flou réglementaire9. À la fin de 2013, Santé Canada l’a pour sa part approuvé10.

Devrait-il en être autrement pour les plantes conçues avec le système CRISPR/Cas9? Le Conseil suédois de l’agriculture a, en novembre 2015, indiqué que, selon son interprétation, les plantes dont le génome a été modifié par l’utilisation de la technologie CRISPR/Cas9 ne tombent pas sous la définition européenne des OGM. Même son de cloche pour l’Académie nationale des sciences Leopoldina, pour l’Académie allemande des technologies Acatech et pour l’Union des académies scientifiques allemandes, qui suggèrent que l’évaluation des risques soit basée sur les caractéristiques spécifiques des nouvelles plantes, et non sur leur méthode de production. Aux États-Unis, en avril 2016, un premier champignon modifié par CRISPR/Cas9 a été déréglementé afin qu’il soit autorisé à la commercialisation11. Ce champignon blanc commun (Agaricus bisporus) résistant au brunissement est donc la première plante modifiée génétiquement par ce système à être autorisée. Le fait que ce champignon modifié génétiquement ne contient aucun ADN étranger est à la base de cette décision.

CRISPR/Cas9 évolue…

Pendant que les agences réglementaires évaluent si les plantes produites avec la technologie CRISPR/Cas9 sont des OGM, la Fondation Gairdner annonçait, à la fin mars 2016, les lauréats des Prix Canada Gairdner 201612. Ces prix reconnaissent des découvertes importantes en sciences biomédicales. Parmi les lauréats se retrouvent ceux qui ont établi et caractérisé le système de défense immunitaire bactérien CRISPR/Cas, le Dr Rodolphe Barrangou, de l’Université d’État de la Caroline du Nord, et le Dr Philippe Horvath, scientifique principal chez Dupont, de même que ceux qui ont mis au point le système CRISPR/Cas comme outil d’édition génomique pour les cellules eucaryotes, la Dre Emmanuelle Charpentier, de l’Institut Max Planck de biologie des infections, la Dre Jennifer Doudna, de l’Université de Berkeley, et le Dr Feng Zhang, de l’Institut des technologies du Massachusetts (MIT).

Sylvain Moineau, professeur au Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique de la Faculté des sciences et génie de l’Université Laval, a contribué à mettre en lumière le fonctionnement de ce moyen de défense bactérien. Il travaillait alors avec des collaborateurs français et américains sur la bactérie Streptococcus thermophilus qui est utilisée pour la fermentation du yogourt et du fromage.

Par ailleurs, la compagnie DuPont Pioneer annonçait, dans une lettre publique diffusée le 18 avril 201613, que des hybrides de maïs cireux seront les premiers produits agricoles mis au point par l’application de CRISPR/Cas à être commercialisés par la compagnie. Cette nouvelle génération d’hybrides élites de maïs cireux devrait être disponible pour les producteurs américains d’ici cinq ans, au terme des essais sur le terrain et des examens réglementaires.

Également en avril 2016, des chercheurs du Centre Helmholtz et de l’Institut Max Planck, de l’Université d’Umea, en Suède, ont découvert un mécanisme de défense immunitaire de certaines bactéries encore plus simple que CRISPR/Cas9 : le CRISPR/Cpf114. Leurs travaux font l’objet d’une publication dans la revue Nature15. Le système CRISPR/Cas9 permet aux bactéries de se défendre contre les virus : l’enzyme Cas9 découpe l’ADN viral à une position déterminée par deux molécules d’ARN, nommées « CRISPR RNA » (crRNA) et « tracrRNA ». Certaines bactéries utilisent une autre enzyme, appelée Cpf1, afin de sectionner l’ADN étranger. Cpf1 possède une caractéristique unique jusqu’à présent dans la famille d’enzymes Cas : elle coupe aussi bien l’ARN que l’ADN. De plus, le système CRISPR/Cpf1 est plus simple que le système CRISPR/Cas9 : il ne nécessite aucune molécule supplémentaire pour transformer le pre-crRNA en crRNA. En outre, l’enzyme Cpf1 n’est guidée jusqu’à sa cible que par le crRNA, sans l’aide d’une molécule de tracrRNA. CRISPR/Cpf1 serait ainsi le système le plus minimaliste de cette famille décrit jusqu’à présent. Cependant, il n’est pas encore établi si CRISPR/Cpf1 présente un réel avantage par rapport à CRISPR/Cas9 en tant qu’outil pour la modification génétique. À cet effet, les chercheurs continuent à étudier les autres systèmes de défense immunitaire des bactéries16.

En parallèle, en avril 2016, des chercheurs de l’Université Harvard publiaient dans Nature un article sur une technique à base du système CRISPR qui corrige efficacement les mutations ponctuelles sans cliver l’ADN et en éditant des « lettres » simples du code de l’ADN17. Pour leur part, en mai 2016, des chercheurs de l’Université de Californie publiaient dans Science18 les résultats de leurs travaux sur une technique basée sur CRISPR/Cas9 pour orienter la recombinaison des chromosomes, permettant une cartographie génétique à haute résolution des caractères phénotypiques de la levure Saccharomyces cerevisisae.

Le 8 juin 2016, la National Academy Press américaine publiait un rapport sur les technologies d’édition du génome intitulé Gene Drives on the Horizon : Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values19. Selon ce rapport, les organismes modifiés par ces technologies ne sont pas prêts à être libérés dans l’environnement et nécessitent d’autres essais en laboratoire et aux champs en conditions confinées. Une analyse plus complète de ce rapport sera publiée dans le prochain bulletin de la cellule de veille OGM.

L’édition de génome chez les animaux

En utilisant la technique TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease), les chercheurs de Recombinetics, une société de biotechnologie basée au Minnesota qui met au point des technologies génétiques pour l’agriculture et la biomédecine, ont inséré un allèle du gène POLLED dans le génome de fibroblastes d’embryons de bovins. Ils ont ensuite utilisé le transfert nucléaire de cellules somatiques pour cloner les lignées de cellules GM et implanter les embryons dans la vache/mère porteuse. Cinq veaux sont nés, dont deux sont encore en vie, Spotigy et Buri, qui sont maintenant âgé de 10 mois. Aucun des veaux n’avait de bourgeons de corne, ce qui suggère que la manipulation génétique a fonctionné, selon une lettre publiée le 6 mai 2016 dans Nature Biotechnology20. En introduisant cet allèle qui élimine le « trait cornu », les chercheurs permettraient d’éviter l’écornage des vaches laitières, une opération réalisée pour la sécurité des animaux et pour celle de leurs maîtres. Le « sans corne » (connu sous le nom polled) est un trait commun chez les bovins de boucherie, mais rare chez les bovins laitiers. La sélection classique pourrait théoriquement concevoir des bovins laitiers sans cornes, mais il faudrait des décennies, avec des caractéristiques de la production laitière potentiellement compromises dans le processus. Selon les chercheurs, pour une question de bien-être animal, ces veaux représentent une nouvelle voie à suivre, faisant appel aux technologies d’édition de gènes, comme le TALEN, dans la suite sans cesse croissante des outils CRISPR/Cas pour l’élevage de bovins laitiers sans cornes. Cette avenue est d’autant plus prometteuse que les chercheurs n’ont noté aucun effet secondaire pour l’animal.

Références :

  1. Voir l’article « L’outil CRISPR/Cas9 ouvre la voie à la modification génétique de population sauvage », Cellule de veille OGM, no 39, décembre 2015; et l’article « La transgénèse 2.0 avec CRISPR/Cas9 : multiples modifications génétiques et édition du génome sans laisser de trace », Cellule de veille OGM, no 40, février 2016. B. Voir la vidéo du fonctionnement du système CRISPR/Cas9 réalisé par le McGovern Institute for Brain Research at MIT. [En ligne].
  2. Grojsman, (2016). État des lieux sur la situation du « genome editing » en Allemagne. Service pour la science et la technologie de l’Ambassade de France à Berlin. 6 pages. Février. [En ligne].
  3. JONES, H. D. (2015). Regulatory uncertainty over genome editing. Nature Plants (1): 3 pages. Article no 14011 | DOI: 10.1038/NPLANTS.2014.11.
  4. European Commission. New plant breeding techniques. [En ligne].
  5. JRC-IPTS. Comparative regulatory approaches for new plant breeding techniques – Workshop Proceedings. [En ligne].
  6. http://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/scientific_output/files/main_documents/2561.pdf
  7. http://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/scientific_output/files/main_documents/2943.pdf
  8. http://www.cibus.com/products.php
  9. Fladung, M. (2016). Cibus’ herbicide-resistant canola in European limbo. Nature Biotechnology 34(5) :473-474.
  10. http://www.hc-sc.gc.ca/fn-an/gmf-agm/appro/canola-5715-fra.php
  11. Waltz, E. (2016). Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation. Nature 532 (7599) :293. In Focus News. April, 21. [En ligne].
  12. http://www.gairdner.org/sites/default/files/press/2016_canada_gairdner_awards_media_release_-_final_-_embargoed_-_march_23_-_745_am_est_fr-ca.pdf.
  13. DuPont Pioneer Announces Intentions to Commercialize First CRISPR-Cas Product. 18 avril 2016, Johnston, Iowa. [En ligne].
  14. Cpf1: CRISPR-enzyme scissors cutting both RNA and DNA. Communiqué de presse de la Société Max Planck. 20 avril 2016. [En ligne].
  15. Fonfara, I. et al., (2016) The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA. Nature 532 : 517–521. [En ligne].
  16. Adapté de «  Modifications génétiques : le système CRISPR-Cpf1 modifie l’ARN aussi bien que l’ADN ». Portail pour la Science de l’Ambassade de France en Allemagne. 20 mai 2016, [En ligne].
  17. KOMOR, A.C. et al. (2016). Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage. Nature 533 : 420–424.
  18. Sadhu, M. J. et al. (2016). CRISPR-directed mitotic recombination enables genetic mapping without crosses. Science 05 May 2016. DOI: 10.1126/science.aaf5124
  19. The National Academies of Sciences, Engineering and Medicine (2016). Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values. Expert Report. June 8th. [En ligne].
  20. Carlson, D. F. et al. (2016). Production of hornless dairy cattle from genome-edited cell lines. Nature Biotechnology 34 : 479–481.

 

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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