CRISPR

la découverte du siècle !

Cette technique — découverte en 2013 par l'équipe des biochimistes, Jennifer Doudna de l'Université Berkeley et Emmanuelle Charpentier du Centre de recherche sur les maladies infectieuses de Helmholtz en Allemagne permet aux scientifiques du monde entier de modifier l'ADN de n'importe quel organisme vivant dans le but soit de guérir une maladie génétique, soit de concevoir des plantes plus productives ou même de réécrire le code génétique d'un éléphant pour recréer de toute pièce un mammouth.  Et ce, simplement et à faibles coûts !

Les deux chercheuses ont reçu en 2015 le Breakthrough Prize, sponsorisé, entre autres, par Mark Zuckerberg, récompensant une découverte révolutionnaire dans différents domaines technologiques. Une des caractéristiques les plus étonnantes de cette découverte, c'est que personne ne l'a réellement inventée. Les chercheuses sont « tombées » par hasard sur CRISPR en étudiant le code génétique des bactéries. C'est donc à une bactérie qu'il aurait peut-être fallu décerner le prix !

 Crispr le couteau suisse
des manipulations génétiques ! 

Dessin : Pierre Guité, Crispr ou La découverte du siècle par Sylvie Gendreau et Pierre Guité, Votre laboratoire créatif

Dessin : Pierre Guité, Crispr ou La découverte du siècle par Sylvie Gendreau et Pierre Guité, Votre laboratoire créatif

L'histoire remonte à plus de 25 ans. Elle doit son succès au hasard et à la curiosité.

Le premier qui a repéré l'existence de CRIPSR n'a pas compris ce dont il s'agissait. En 1987, Yoshizumi Ishino de l'Université d'Osaka a par hasard repéré dans l'ADN d'une bactérie la présence de « sandwichs » étranges constitués de segments répétitifs de code. Il a publié les résultats de ses observations sans comprendre leur signification.

Plus tard, en 2002, grâce aux méthodes de séquençage qui se sont entretemps améliorées, Ruud Jansem de l'Université d'Utrecht s'est aperçu que les segments répétitifs de code observés par Ishino se trouvaient dans l'ADN de plusieurs bactéries. Il leur a donné un nom : clustered regularly interspaced short palindromic repeats, d'où l'acronyme CRISPR.

Ce n'est que trois ans plus tard, en 2005, que les scientifiques remarquèrent une autre chose à la fois étrange et improbable, concernant les séquences CRISPR : elles ressemblaient au code génétique de virus. Eugene Koonin, un spécialiste de l'évolution, émit alors une hypothèse : les séquences CRISPR constituaient en réalité un système de défense contre les virus. Selon l'hypothèse de Koonin, les bactéries utilisent des enzymes pour absorber des fragments d'ADN des virus. Ils insèrent les fragments de l'ADN des virus dans leur séquence CRISPR. Plus tard, lorsqu'une nouvelle attaque virale se produit, les bactéries utilisent les séquences stockées dans CRISPR pour reconnaître le virus envahisseur et le supprimer.

L'hypothèse de Koonin fut validée avec succès dans l'industrie laitière. L'industrie laitière utilise abondamment les bactéries dans leur procédé de fermentation, dans la production de yaourt par exemple. Les tests s'avèrent fructueux. Les séquences CRISPR constituaient bel et bien un système de défense. Et les bactéries qui l'utilisaient devenaient résistantes aux attaques virales.

En 2007, Blake Wiedenheft, un post-doc, vint se joindre à l'équipe de Jennifer Doudna. L'objectif de son projet de recherche consistait à étudier la structure des enzymes en action dans les séquences CRISPR. À l'époque, il ne s'agissait que de mieux comprendre les mécanismes chimiques en cause. Ce qui n'était à l'origine qu'un banal projet de recherche motivé d'abord et avant tout par la curiosité s'avéra beaucoup plus intéressant.

Quels sont les mécanismes en jeu lorsqu'une attaque virale se produit au sein d'une bactérie ? Au moment de l'attaque, la bactérie se saisit d'une portion de l'ADN du virus. Elle le stocke et constitue ainsi une vitrine de tous les ennemis potentiels auxquels elle risque de faire face. Les enzymes qui travaillent avec CRISPR peuvent alors se référer à cette liste noire pour cibler avec précision tous les virus dont le code correspond. Le cas échéant, si une nouvelle attaque se produit, les enzymes se saisissent d'une molécule ARN et, avec les séquences stockées dans CRISPR, elles partent à la recherche du virus possédant des séquences correspondantes. Lorsque les enzymes finissent par repérer le virus en question, l'ARN se fixe à l'ADN du virus et les enzymes coupent l'ADN du virus afin de prévenir toute possibilité de reproduction.

En 2013, l'équipe de Doudna réalisa très vite que CRISPR pouvait se révéler un outil de programmation génétique très efficace. En effet, CRISPR était en mesure de repérer n'importe quelle séquence d'ADN et de la remplacer par une autre et ce avec une grande précision.

L'histoire de cette découverte se déroule sur une période de 25 ans environ. De nombreux chercheurs partout dans le monde y ont participé. Elle s'est produite grâce à la curiosité soutenue de ces chercheurs et à leur liberté d'action qui leur permettent de mener des projets qui de prime abord ne se justifient que par un désir de connaître et de mieux comprendre, et bien sûr, de l'inventivité du vivant : Qui aurait imaginé qu'une simple bactérie était capable d'une telle créativité ?

C'est une histoire qui laisse une large place au hasard.

Qui veut tout prévoir et ne rien laisser au hasard reste immobile.
— Henri-Frédéric Amiel, Journal Intime datant de 1839 à 1881

Il s'agit d'un vieil adage qui prend plus que jamais son importance à l'époque actuelle. Être à l'affût. Observer. Laisser jouer sa curiosité. À l'instar de l'évolution : la nature, pour réussir, a misé sur le hasard en faisant jouer la variabilité. Tout comme la nature, pour réussir, et s'adapter, il faut une grande variabilité, se hasarder à toutes sortes d'expérimentations, tirer les leçons, et y mettre le temps.


Références :
Doudna, Jennifer. Genome Gambits. MIT Technology Review, Vol 118, No 3.
Zimmer, Carl. Breakthrough DNA Editor Borne of Bacteria. Quanta Magazine, February 6, 2015.

Lire le billet de Claudia Hodonou, Médecine du futur et antibiotiques intelligents