Récemment, les Prix Nobel ont été attribués, et parmi les heureux titulaires, deux chercheuses, la biologiste américaine Jennifer Doudna et la microbiologiste française Emmanuelle Charpentier ont reçu le Prix Nobel de chimie pour la mise au point de la méthode d'édition génétique CRISPR-Cas9.
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| Photographie des lauréates du Prix Nobel de chimie 2020, Jennifer Doudna (biologiste américaine) et Emmanuelle Charpentier (microbiologiste française). Elles ont mis au point la méthode d'édition génétique CRISPR-Cas9. |
Mais au fait, c'est quoi l'édition génétique ? Et CRISPR-Cas9 ?
Et pourquoi des biologistes obtiennent un Prix Nobel de chimie ?
Installez-vous, tout sera plus clair dans un moment..
Un petit rappel sur le Prix Nobel ?
Le Prix Nobel est l'un des prix les plus prestigieux et les plus connus du grand public. Il récompense chaque année des personnes ayant contribué à l'avancement et au bien-être de l'humanité, dans différents domaines:
- La paix ou la diplomatie,
- La littérature,
- La physique,
- La chimie,
- La médecine,
- L'économie depuis 1968.
Cette récompense prestigieuse a été voulue en premier lieu par Alfred Nobel, l'inventeur de la dynamite, et a été attribuée la première fois en 1901.
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| Une photographie d'Alfred Nobel (à gauche), montée à côté de la médaille à son effigie qui représente son fameux Prix. Ce prix récompense la diplomatie, la physique, la chimie, médecine, la littérature et l'économie. |
Si des biologistes obtiennent aujourd'hui un Prix Nobel de chimie, c'est pour des raisons historiques: la biologie, à l'époque d'Alfred Nobel, se résumait en grande partie à la botanique et la zoologie. On peut donc imaginer que pour Alfred Nobel, cette discipline ne contribuait pas vraiment à "l'avancement de l'Humanité".
Aujourd'hui, la biologie s'est bien développée, et a un peu "le cul entre deux chaises", coincée entre la chimie et la médecine.
On déplore aussi l'absence des mathématiques, de l'informatique et de la musique dans la liste des domaines récompensés.
A retenir
- Le Prix Nobel a été inventé en 1901 à la suite du testament d'Alfred Nobel, inventeur de la dynamite ;
- Ce prix récompense la diplomatie, la chimie, la physique, la médecine, la littérature, l'économie ;
- Pas de mathématiques, d'informatique ou de musique ici
- Les biologistes obtiennent des Prix Nobel de chimie ou de médecine
C'est quoi CRISPR-Cas9 ? D'où ça vient ?
CRISPR-Cas9 est un outil moléculaire qui permet de corriger, de réécrire une séquence d'ADN. Il est tellement précis qu'il permet, dans des conditions optimales, de corriger une seule lettre (une "paire de bases") d'une séquence d'ADN: à ce niveau de précision, on parle d'édition génétique.
Cet outil a été découvert dans des bactéries, il fait partie du "système immunitaire bactérien" qui leur permet de se défendre contre les virus.
A quoi ça ressemble, CRISPR-Cas9 ?
CRISPR-Cas9, c'est un peu comme un chasseur de prime :
- On a d'abord Cas9, le "chasseur de prime", une protéine qui va porter son "avis de recherche" et le comparer à l'ADN qu'il rencontre.
- On a ensuite CRISPR, l' "avis de recherche", qui est en fait un ARN, une molécule proche de l'ADN, qui porte la séquence génétique à reconnaître. Le nom CRISPR décrit la structure de la séquence qu'il porte, ce n'est pas ce qui nous intéresse ici.
A retenir
- CRISPR-Cas9 est un outil découvert chez des bactéries, il leur sert à se protéger des virus
- Cas9 est un "chasseur de primes" qui va chercher des séquences d'ADN,
- CRISPR est son "avis de recherche" qui permet d'identifier la séquence à cibler
Comment ça marche ?
Dans le noyau des cellules, Cas9 parcourt le génome à la recherche d'une séquence génétique qui correspond à celle portée par CRISPR.
Une fois qu'une séquence est reconnue, l'enzyme coupe les deux brins d'ADN au même endroit.
Enfin, la protéine se décroche de l'ADN et va chercher une autre séquence à couper.
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| Schéma
de l'anatomie de CRISPR-Cas9 et de son action sur l'ADN. L'ARN
contenant la séquence CRISPR (en bleu) reconnaît une séquence d'ADN (en
rouge) et Cas9 (la masse rose) coupe l'ADN. |
Donc c'est un outil qui coupe l'ADN à un endroit précis. Mais pourquoi on dit qu'il permet de corriger l'ADN ?
C'est vrai, à lui tout seul, CRISPR-Cas9 ne permet que de couper l'ADN. Alors pour pouvoir le corriger, les généticiens ont une astuce: ils utilisent la machinerie de la cellule à leur avantage.
Quand une séquence d'ADN est coupée dans le noyau, la machinerie de la cellule va vouloir recoller les morceaux, ce qui peut aboutir à des mutations aléatoires à cet endroit.
Pour éviter ces mutations, qui peuvent être dangereuses, on utilise des "pansements d'ADN" c'est-à-dire des séquences d'ADN un peu spéciales, qui vont permettre une bonne réparation de l'ADN et d'ajouter la mutation qui nous intéresse.
A chaque extrémité du pansement, on trouve une séquence qui correspond aux bords de l'ADN qui a été coupé par Cas9. Et au milieu, la mutation qui nous intéresse.
La machinerie de la cellule va prendre le pansement pour recoller les morceaux d'ADN qui ont été séparés par Cas9, sans erreur cette fois-ci. Et voilà, l'ADN a été modifié exactement comme on le voulait !
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| Schéma du processus d'édition génétique via CRISPR-Cas9. L'enzyme Cas9 (la masse rose "Cas9 nuclease") utilise la séquence CRISPR (le trait rouge "sgRNA") pour trouver la séquence génétique ciblée, puis coupe les l'ADN (étape "DSB"). Normalement la cellule répare comme elle peut l'ADN, ce qui peut causer des mutations ("indel" en bas à gauche), mais avec un pansement d'ADN ("HDR template" en bas à droite) l'ADN peut intégrer la modification sans problème. |
Voici une petite vidéo de l'INSERM qui explique le fonctionnement de CRISPR-Cas9:
A retenir
- CRISPR-Cas9 coupe l'ADN partout où il reconnait la séquence cible
- C'est la cellule elle-même qui intègre ensuite la séquence à ajouter
- Pour éviter les erreurs, la séquence d'intérêt est fournie avec des extrémités qui correspondent aux bords de l'endroit de la coupe
Pourquoi est-ce une avancée si extraordinaire ? Y a-t-il des alternatives ?
Il existe plusieurs alternatives à CRISPR-Cas9, qui utilisent soit des virus génétiquement modifiés, soit des ciseaux à ADN très spécialisés.
Par rapport à ces techniques, CRISPR-Cas9 a deux avantages.
D'abord sa grande précision puisqu'on peut couper l'ADN exactement où on veut, à la paire de bases près. Cette technique peut aussi très facilement changer de cible puisqu'il suffit de changer la séquence de l'ARN "avis de recherche" (CRISPR) au lieu de prendre une protéine complètement différente pour chaque séquence à cibler.
A retenir
- Il y a plusieurs alternatives à CRISPR-Cas9
- Ces alternatives sont soit moins précises, soit moins ajustables
A quoi ça sert ?
La modification génétique a énormément d'applications possibles: la recherche scientifique évidemment, mais aussi la production de médicaments par des bactéries ou des cellules en culture (insuline...), les organismes génétiquement modifiés (plantes ou animaux d'élevage), la lutte contre certaines maladies.
De nombreuses recherches sont en cours pour guérir des maladies génétiques, lutter contre le cancer ou enlever l'ADN de certains virus des cellules du corps, comme le VIH.
Bien sûr, tout cela pose énormément de questions éthiques.
Et l'éthique dans tout ça ?
Aujourd'hui, de nombreux pays ont réglementé l'utilisation d'embryons humains en laboratoire (limite de temps de culture, etc.), ce qui interdit aujourd'hui de guérir un embryon porteur d'une maladie génétique.
Les modifications "esthétiques", non-indispensables à la survie et au bien-être de l'individu, sont particulièrement visées par ces règles.
Malheureusement, tous les pays ne sont pas aussi stricts dans leurs interdictions, et on peut imaginer que ces méthodes soient bientôt utilisées dans certains pays du monde.
Je vous invite à regarder la vidéo de DirtyBiology qui en parle très bien.
Pour aller plus loin
Pour rester simple et accessible à tous, je n'ai pas pu parler de tout dans cet article.
Donc pour les curieux et les initiés, je mets ici quelques liens qui vous en apprendront plus.
Vecteurs viraux, Enzymes de restrictions et plasmides
Merci
Merci à tous d'avoir lu cet article, le sujet était particulièrement dense et complexe. J'espère que j'ai été clair pour tout le monde, si ce n'est pas le cas n'hésitez pas à le dire dans les commentaires, je répondrai volontiers à vos questions.
Sources
Images
Lauréates du prix Nobel de chimie 2020
https://img.lemde.fr/2020/10/07/7/0/3834/2556/688/0/60/0/d0c0ca3_b2ad6ba6808845d39288525454ef9415-b2ad6ba6808845d39288525454ef9415-0.jpg
Alfred Nobel
http://www.important7.com/wp-content/uploads/2018/06/Alfred-1.jpg
Schéma de l'action de CRISPR-Cas9
https://media.springernature.com/full/springer-static/image/art:10.1007%2Fs40199-019-00240-z/MediaObjects/40199_2019_240_Figa_HTML.png
Schéma de l'anatomie de CRISPR-Cas9
https://www.leem.org/sites/default/files/inline-images/4_CRISPR-Cas9_0.jpg
Vidéos
Fonctionnement de CRISPR-Cas9
https://www.youtube.com/watch?v=RplWR12npqM
DirtyBiology: l'eugénisme à la cool du futur
https://www.youtube.com/watch?v=cYAaHJ9WUXs
Sites Internet
Nom des chercheurs
https://www.lemonde.fr/societe/article/2020/10/09/qui-sont-les-laureats-et-les-laureates-des-prix-nobel-2020_6055475_3224.html
Vie, carrière des chercheurs
https://fr.wikipedia.org/wiki/Jennifer_Doudna
https://fr.wikipedia.org/wiki/Emmanuelle_Charpentier
Informations sur le Prix Nobel
https://fr.wikipedia.org/wiki/Prix_Nobel#R%C3%A8gles_d'attribution
Revue sur CRISPR-Cas9
https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biophys-062215-010822#_i2
Définition de endonucléase
https://fr.wikipedia.org/wiki/Endonucl%C3%A9ase
Définition de plasmide
https://fr.wikipedia.org/wiki/Plasmide
Définition d'enzyme de restriction
https://fr.wikipedia.org/wiki/Enzyme_de_restriction
Définition de vecteur viral
https://fr.wikipedia.org/wiki/Vecteur_viral
Définition ARN interférents
https://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%C3%A9rence_par_ARN
Définition de virus bactériophage
https://fr.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9riophage
Définition de thérapie cellulaire
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9rapie_cellulaire
Articles scientifiques
Revue sur CRISPR-Cas9
Fuguo Jiang & Jennifer A. Doudna "CRISPR-Cas9 Structures and Mechanisms", Annual Review of Biophysics 2017 46:1, 505-529
Utilisation en thérapie génique
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25713109/
, et al. "CRISPR-Cas9: a new and promising player in gene therapy".
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