Les ciseaux génétiques : L'enthousiasme et les inquiétudes Start-up 06 février 2023

Par Félicité VINCENT

Les avancées du génie génétique ont permis de faire de remarquables progrès dans la connaissance du «vivant » en quelques décennies. Elles ont apporté des solutions largement adoptées pour le traitement ou la prévention de maladies invalidantes voire mortelles (diabète, anémies, pathologies inflammatoires chroniques, infections). Par conséquent certaines applications de la biologie moléculaire pour la rationalisation  de l’agriculture ou de la sylviculture avec des plantes génétiquement modifiées (maïs, soja, coton, tomate, pomme de terre, peuplier, eucalyptus, papayer) sont controversées, notamment en Europe.

Le développement de certaines méthodes de mutagenèse ciblée et l’émergence de la technique d’édition génomique basée sur les ciseaux moléculaires CRISP-CAS offrent de nouvelles perspectives pour traiter par thérapie génique des pathologies complexes comme par exemple le cancer ou les maladies génétiques incurables, pour sélectionner des plantes résistantes à la sécheresse ou à des maladies) et même éradiquer des espèces indésirables comme des insectes vecteurs de maladies, des rongeurs envahissants…

Toutes ces procédés tel qu'ils soient par les promesses des possibles applications (connues ou futures) de ces méthodes nouvelles de modification du génome des êtres vivants – voire de leur descendance, les modalités ou/et finalités de leur utilisation ne sont pas dénuées de risques à court, moyen ou long terme.

Un peu d’histoire

Nous constatons que depuis leur apparition sur terre il y a près de 4,3 milliards d’années, les êtres vivants n’ont cessé d’être modifiés.

Ainsi donc par des processus naturels lents, d’abord : et de génération en génération ils ont acquis et transmis des caractéristiques biologiques nouvelles qui, sur un temps (très) long, a permis l’apparition de nombreuses variétés et espèces dont l’incommensurable diversité est le gage de la pérennité du monde vivant auquel nous appartenons.

Avec la découverte de l’agriculture il y a plus de 10 000 ans, l’homme a commencé à modifier des plantes et des animaux de façon empirique.

- C'est en choisissant les variétés végétales les plus performantes (en quantité ou/et en qualité) puis et en utilisant leurs graines ou leurs fruits pour (ensemencer) la culture suivante

-en sélectionnant les reproducteurs les plus intéressants (pour un ou plusieurs de leurs caractères) chez les différentes espèces animales domestiquées pour leur viande, leur lait, leurs œufs, leur pelage ou leur force de travail.

C’est au XIXe siècle que la génétique devient une discipline scientifique dont les bases on été posées avec la théorie de l’évolution de Darwin en 1859 et les lois de Mendel sur la transmission des caractères héréditaires en 1865. C'est à partir  de 1944 pour que qu’Oswald Avery constate le stockage de l’information génétique sur l’ADN.

C'est avec le progrès des connaissances sur la structure de l’ADN et le rôle des gènes dans les fonctions cellulaires des organismes vivants, qu'un corpus de techniques permettant de modifier l’ADN a vu le jour à partir des années 1960.

La première transgénèse, qui consistait à insérer un gène viral dans une bactérie a été réalisée par Paul Berg en 1972. Avec ses innombrables applications en recherche académique, que cette technique a permis de produire

- Par exemple des protéines thérapeutiques : insuline, hormone de croissance, érythropoïétine, interféron, anticorps monoclonaux, vaccins etc.

-des OGM végétaux résistants aux maladies ou aux herbicides (pyrale du Maïs, glyphosate ou plus performants (riz enrichi en vitamine A, peuplier à forte croissance).

En revanche les essais thérapie génique ou clonage d’animaux utilisant cette technologiques ont donné des résultats mitigés voire décevant à cause de l’insertion “au hasard” du gène transféré au génome « receveur ».

Edition génomique et modification ciblée de l’ADN

L’édition génomique est une technique du génie génétique qui consiste à agir sur le génome d’une cellule avec une grande précision. Les premiers systèmes d’édition génomique ((TALEN, Doigts de Zinc) ont recours à des enzymes appelées nucléases qui coupent l’ADN à un endroit prédéfini du génome. Par le fait de la très grande spécificité des enzymes naturelles, leur répertoire est limité ce qui a nécessité développement d’une ingénierie complexe pour disposer de nouvelles méga nucléases et intervenir sur une grande variété de gènes.

Le CRISPR-CAS comment ça marche t-il ?

Ils sont découverts en 2012, les nouveaux ciseaux moléculaires Crisp Cas9 permettent couper l’ADN en un endroit précisément choisi grâce une enzyme associée une sonde ARN va détecter spécifiquement la zone d’intérêt du gène sur lequel se fait «l’intervention» en modifiant une séquence codante déjà présente sur le génome ou en ajoutant une séquence d’ADN supplémentaire. C'est donc ce nouvel outil simple, rapide, efficace et peu coûteux peut être utilisé dans n’importe quelle cellule.

Application à la thérapie génique chez l’homme

Ainsi naît le concept de thérapie génique, réparation ou modification du génome pour traiter une maladie, est apparu dès les années 1960. C'est donc les premiers essais sont menés de 1990 à 2000 ont été décevant et il faudra attendre les travaux de l’équipe d’Alain Fisher en France sur des enfants génétiquement immuno déficients pour confirmer l’efficacité d’un transfert de gène pour restaurer la fonctionnalité altérée et guérir les « bébés bulles » ainsi soignés. Cet essai a également montré les limites du protocole par transgénèse : faute de pouvoir contrôler l’emplacement du gène réparateur dans le génome, il s’est intégré dans des zones sensibles et a provoqué des effets secondaires (leucémie) chez de quatre des vingt enfants traités lors de cet essai. Il y a de nombreux travaux qui ont ensuite été menés pour améliorer la réparation ou la modification d’un génome par une intervention en un lieu précis de sa séquence grâce aux techniques d’édition génomique.

Des résultats encourageants…

Avec les premiers essais/test de thérapie génique utilisant l’édition génomique ont été réalisés qu'à partir de la fin des années 2010 sur des patients souffrant de maladies génétiques,

-C'est en 2018 sur un personne atteinte de la maladie de Hunter, une pathologie dégénérative causé par un déficit enzymatique,

en 2019 sur patients souffrants de maladies du sang héréditaires (bêta-thalassémie, drépanocytose), causées par des anomalies de l’hémoglobine,

-en 2020 chez un malade atteint de cécité d’origine génétique (amaurose congénitale de Leber) due à la perte de photosensibilité des cellules rétiniennes.

D’autres essais d’application de l’édition génomique avec sont en cours pour traitement plusieurs autres maladies génétiques comme la mucoviscidose la myopathie de Duchenne ou l’hémophilie B par exemple.

C'est l’édition génomique avec le système CRISPR-CAS9 qui ouvre de nouvelles approches thérapeutiques en cancérologie et en infectiologie.

- C'est dans le domaine du cancer, l’édition génomique avec CRISPR/Cas9 peut être utilisée pour renforcer des cellules du système immunitaires, des lymphocytes T, en leur ajoutant le gène d’un récepteur (Chimeric Antigen Receptor – CAR) qui leur permet de reconnaître spécifiquement les cellules tumorales et de les éliminer.

-Il y a des travaux qui sont en cours pour traiter le Sida en utilisant l’édition génomique pour inactiver des gènes humains qui permettent l’infection par le VIH.

Dans la quasi-totalité des essais c’est par une intervention sur le génome que des cellules du malade qui sont modifiées ex vivo pour lui être réinjectées ensuite. Il faudra encore du temps pour s’affranchir de ces contraintes.

- Qui permet d'intervenir sur l’ADN in vivo, ce qui est possible mais beaucoup plus complexe,

- Qui permet de passer de traitements personnalisés autologues à une médecine de précision plus générique qui n’utilise pas forcément/nécessairement les cellules du patient à soigner,

-pour cibler l’épi génome qui influe sur l’expression des gènes

…Et des limites éthiques

Toutes ces techniques de modification du génome peuvent être utilisées sur des cellules somatiques peuvent aussi, théoriquement, être appliquées aux cellules germinales ou à l’embryon (ce qui a été fait chez l’animal) ce qui pose d’évidentes questions d’éthique compte tenu du risque de dérives eugéniques.

C'est depuis 1994 que la loi française interdit explicitement toute transformation des caractères génétiques dans le but de modifier la descendance de la personne. La convention internationales d’Oviedo signée par 35 pays dont la France, précise qu’« une intervention ayant pour objet de modifier le génome humain ne peut être entreprise que pour des raisons préventives, diagnostiques ou thérapeutiques et seulement si elle n’a pas pour but d’introduire une modification dans le génome de la descendance ».

De toute évidence, il est à noter que les dispositifs réglementaires sont très différents suivant les pays.

- C'est suite à la naissance en Chine de jumelles au génome modifié pour les rendre résistantes au SIDA (2018) la Chine a annoncé le renforcement de sa réglementation sur les modifications intentionnelles des gènes chez l’être humain.

-Les États-Unis n’ont pas de loi interdisant la recherche sur l’embryon mais ces recherches ne sont pas approuvées par la FDA et ne peuvent pas être financées par des fonds fédéraux. C'est en 2017 qu'un rapport de l’académie des sciences sur l’édition génomique énonce que pour l’édition génomique avec des cellules germinales « caution does not mean prohibition » et recommande que des essais thérapeutiques puissent être autorisés dans des conditions incontestables et sous une surveillance stricte dans des cas exceptionnels en l’absence d’alternatives thérapeutiques.

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