Édition génomique

Historique

Au fil du temps, de nombreuses techniques ont été développées afin d’améliorer la génétique des organismes vivants, par exemple le croisement des plantes, la sélection génétique ou les OGM. L’édition génomique est une autre technique de modification de l’ADN qui se développe depuis les années 801. Elle a permis aux scientifiques d’améliorer leurs connaissances dans plusieurs domaines.

En 2012, l’arrivée du système CRISPR-Cas9, mis au point par deux chercheuses de l’Université de Californie à Berkeley, Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna2, a révolutionné l’édition génomique en la rendant plus abordable et plus facile d’utilisation. Depuis cette découverte, les scientifiques cherchent à appliquer cette technique dans divers domaines.

L’édition génomique

L’édition génomique consiste en l’ensemble des techniques servant à modifier une séquence de nucléotides de l’ADN d’une cellule. Les modifications permettent de réparer, d’éliminer ou d’ajouter un ou des gènes de manière sélective. Elles sont effectuées par des enzymes de restriction qui ont comme fonction de couper les acides nucléiques en plus petits fragments, d’où leur nom de « ciseaux moléculaires ». Par la suite, le double brin d’ADN modifié va se ressouder.

Les enzymes de restriction utilisées pour l’édition génomique sont des endonucléases. Elles sont regroupées sous quatre familles :

  1. les nucléases à doigt de zinc (ZFN, zinc finger nucleases),
  2. les nucléases effectrices de type activateur de transcription (TALEN, transcription activator-like effector nucleases),
  3. les méganucléases (EMRHE, engineered meganuclease re-engineered homin endonucleases),
  4. le système CRISPR-Cas9 (CRISPR, clustered regularly interspaced short palindromic repeats; Cas9, CRISPR-associated).

Le système CRISPR-Cas9

Le système CRISPR-Cas9 représente la famille d’endonucléases la plus populaire dans la communauté scientifique, car il est :

  • simple d’utilisation,
  • rapide,
  • peu coûteux.

Ce système est composé de l’enzyme de clivage Cas9 et d’une séquence d’ARN non codante nommée « CRISPR » (en français : courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées). La séquence d’ARN est homologue de celle de l’ADN qu’on veut extraire3. Elle agit donc comme dispositif de guidage4.

Le système CRISPR-Cas9 agit en quatre étapes :

  1. La séquence d’ARN non codante CRISPR cible de manière très spécifique la séquence de nucléotides à modifier en se plaçant sur la séquence d’ADN homologue.
  2. L’enzyme Cas9 est ensuite placée sur cette séquence d’ADN, ce qui définit la zone qui va être coupée.
  3. Cette enzyme coupe la séquence d’ADN, guidée par le système CRISPR. Cette séquence est alors coupée en deux.
  4. Selon la modification souhaitée, il est ensuite possible de retirer la séquence indésirable ou d’insérer une nouvelle séquence qui confère le caractère désiré.

Les recherches visant à raffiner l’édition génomique ne cessent de progresser et d’autres outils sont en cours de développement, comme CRISPR-Cpf15 et Crispr-Cas136.

L’édition génomique permet donc de changer des parties d’un gène, de supprimer certains gènes indésirables ou d’en ajouter qui confèrent un caractère désiré dans le but de modifier le génome d’une plante ou d’un animal. Avec l’édition génomique, le changement apporté au gène devient héréditaire. L’ADN du génome des générations prochaines contiendra alors la modification.

Applications

Dans le secteur agroalimentaire, l’édition génomique pourrait, entre autres, contribuer :

  • au bien-être animal,
  • au contrôle d’espèces nuisibles.

En effet, l’édition génomique pourrait être utilisée pour annuler la résistance de certains insectes aux insecticides et celle de mauvaises herbes aux herbicides. Elle pourrait conférer aux végétaux et aux animaux une résistance à certaines maladies. Dans les deux cas, l’utilisation de produits nocifs pour l’environnement s’en trouverait réduite.

Voici deux exemples de produits issus de l’édition génomique :

Canola SUTM7

Ce cultivar de canola présente une tolérance accrue aux herbicides à base de sulfonylurés et mis au point par mutagenèse dirigée par oligonucléotides. Il est approuvé aux États-Unis et au Canada8. Pour ce qui est de l’Europe, le Canola SUTM fait l’objet d’un flou réglementaire9.

Champignon blanc commun (Agaricus bisporus)

Ce champignon résistant au brunissement constitue la première plante modifiée génétiquement par le système CRISPR-Cas9 qui a été autorisée aux États-Unis10. Ce cultivar ne contient aucun ADN étranger.

Contrer le syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP)

Une équipe de chercheurs de l’Université du Missouri et de l’Université d’État du Kansas a modifié le génome de porcs à l’aide du système CRISPR-Cas9. En retirant le récepteur du virus du SRRP, il serait possible d’éviter aux porcs de contracter le virus. De ce fait, les porcs sans récepteur n’auraient aucun symptôme de la maladie et cette modification n’affecterait pas leur développement11.

Des porcs © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Veaux sans bourgeons de cornes

Afin d’éviter l’écornage des bovins laitiers, des chercheurs de Recombinetics, une société de biotechnologie du Minnesota, ont utilisé la technique TALEN (transcription activator-like effector nucleases). La modification consiste à insérer des allèles du gène Polled, responsable de l’absence de cornes dans le génome d’embryons de bovins. Cet essai a permis de donner naissance à cinq veaux acères sans aucun effet secondaire12.

Des veaux © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Poulets résistants à la grippe aviaire (H1N1)

Des scientifiques de l’Institut Roslin de l’Université d’Édimbourg en Écosse et de l’Imperial College London ont utilisé le système CRISPR pour supprimer en partie le gène ANP32, qui synthétise une protéine dont dépend le virus de la grippe H1N1. Les poulets issus de cette manipulation sont complètement résistants à la grippe aviaire13.

Des poulets © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Blé modifié pour du pain sans gluten

Les membres d’une équipe de l’Institute for Sustainable Agriculture de Cordoba en Espagne ont travaillé à la modification du blé afin de produire un pain sans gluten. En 2016, ils ont diminué le nombre de gliadines, des protéines présentes dans le blé et liées au gluten. En 2017, ils ont utilisé la technique CRISPR-Cas9 pour inactiver 35 des 45 gènes impliqués dans la synthèse des gliadines de manière qu’ils ne soient plus efficaces. Des tests sont actuellement effectués sur 30 patients atteints de la maladie cœliaque afin de valider l’efficacité de ce blé modifié14.

Du blés © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Résistance aux virus chez le concombre

Des chercheurs du Centre Volcani en Israël ont travaillé au développement d’une résistance aux virus chez le concombre. Le système CRISPR/Cas9/ARNsg a ainsi été utilisé pour introduire une résistance aux virus suivants :

  • l’ipomovirus Cucumber vein yellowing virus,
  • le potyvirus Zucchini yellow mosaic virus,
  • le Papaya ring spot mosaic virus-W.

Cette approche serait également utilisable avec d’autres cultures.15

Des concombres © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Amélioration du rendement en grains du maïs

Une équipe de chercheurs de DuPont Pioneer a évalué l’expression de l’ARNm ARGOS8 sur 400 lignées de maïs en vue de l’utiliser en hybridation pour la tolérance à la sécheresse. Plus précisément, le gène de maïs ARGOS8 régule négativement les réponses à l’éthylène. C’est à l’aide de la technique CRISPR-Cas que les chercheurs ont pu générer de nouvelles variantes de ce gène. Les maïs ARGOS8 modifiés possèdent un rendement en grains supérieur au cours de la floraison, et ce, même dans des conditions de stress16.

Du maïs © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Réduction de la transmission du rétrovirus endogène porcin pour les greffes humaines

À l’aide du système CRISPR-Cas9, des chercheurs de l’Université Harvard ont inactivé 62 copies d’un gène impliqué dans la transmission du rétrovirus à des cellules hépatiques porcines en culture. Cette stratégie d’inactivation permettrait de réduire considérablement la transmission du virus à des cellules humaines in vitro. La présence du rétrovirus constitue un obstacle pour la greffe d’organes de porcs chez l’humain. L’efficacité de cette technique in vivo. reste toutefois à démontrer17.

Inactivation de copies multiples de gènes chez les plantes cultivées

Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences18 ont utilisé le système CRISPR-Cas9 afin d’inactiver simultanément les différentes copies d’un gène de susceptibilité au mildiou présent dans le génome d’une variété de blé. Cette stratégie d’inactivation des gènes de susceptibilité à certaines pathologies permettrait de limiter l’utilisation de fongicides.

Enfin, le système CRISPR-Cas9 est déjà utilisé dans plusieurs pays pour modifier génétiquement Arabidopsis thaliana19, un modèle majeur en biologie végétale, ainsi que des variétés de riz, de tabac, de blé, de sorgho, de maïs, de tomates, d’oranges, etc.

Des cultures © Photo : Éric Labonté, MAPAQ

Moustiques résistants à la malaria

En 2019, des chercheurs californiens ont produit des moustiques modifiés génétiquement au moyen de la technique CRISPR-Cas9. Ces moustiques résistent au parasite à l’origine du paludisme et sont en mesure de transmettre cette modification à près de 98 % de leur descendance grâce à un mécanisme de copier-coller génétique (gene drive). Si ces moustiques modifiés étaient relâchés dans la nature, le gène de résistance pourrait se transmettre à la population de moustiques sauvages en une dizaine de générations (soit une saison chez ces espèces) et avoir une incidence majeure sur ce vecteur de contamination. Ce transfert pourrait ainsi conduire à l’immunisation, au fil des générations, de cette espèce de moustiques contre le parasite20.

Réglementation

L’avènement de l’édition génomique soulève des enjeux d’ordre réglementaire. En effet, les différents pays ne s’entendent pas pour ce qui est de déterminer si les produits issus du génie génomique doivent être considérés comme des OGM. Certaines réglementations font également la distinction entre l’application de l’édition génomique dans le règne végétal et son application dans le règne animal.

L’avènement de l’édition génomique soulève des enjeux d’ordre réglementaire. En effet, les différents pays ne s’entendent pas pour ce qui est de déterminer si les produits issus du génie génomique doivent être considérés comme des OGM. Certaines réglementations font également la distinction entre l’application de l’édition génomique dans le règne végétal et son application dans le règne animal.

Canada

Le Canada considère comme important d’encourager l’innovation et les avancées technologiques. Dans cet ordre d’idées, Environnement et Changement climatique Canada de même que Santé Canada s’associent afin d’évaluer le risque que peuvent représenter ces nouvelles technologies pour la santé et l’environnement. La décision de la mise en marché du produit ne dépend pas de la technologie utilisée, mais du résultat final21. Au Canada, les végétaux issus de l’édition génomique sont classés comme faisant partie des végétaux à caractère nouveau (VCN).

L’Agence canadienne d'inspection des aliments est responsable de la réglementation relative à la dissémination dans l’environnement des végétaux à caractère nouveau. Cette surveillance est sous l’autorité de la Loi sur la protection des végétaux, du Règlement sur la protection des végétaux, de la Loi sur les semences et du Règlement sur les semences (partie V)22.

États-Unis

Aux États-Unis, les produits modifiés par l’édition génomique ne sont pas considérés comme des OGM, donc ils ne sont pas soumis à la réglementation fédérale. Le United States Department of Agriculture7 a conclu que, si on ne peut distinguer une modification d’une mutation d’origine naturelle, il n’est pas nécessaire que la plante fasse l’objet d’une réglementation spécifique. Ainsi, plusieurs plantes obtenues avec la technique de l’édition génomique ont été approuvées, dont le canola Cibus SUTM7.

Europe

En Europe, la réglementation concernant l’utilisation de la technique de l’édition génomique est encore source de débat. Avant l’arrivée du système CRISPR-Cas9, les produits issus de cette technique étaient soumis aux mêmes réglementations que celles régissant les OGM. Toutefois, les modifications effectuées par ce système soulèvent des questionnements quant à leur identification en tant qu’OGM. En effet, les organismes modifiés par le système CRISPR-Cas9 ne sont pas différenciables des produits cultivés de manière conventionnelle23.

Suède

Pour ce qui est des plantes dont le génome a été modifié au moyen du système CRISPR-Cas9, selon le Conseil suédois de l’agriculture24, elles ne tombent pas sous la définition adoptée en Europe pour les OGM.

Argentine

L’Argentine a une réglementation bien établie au sujet de l’édition génomique. Le système réglementaire est en effet capable de déterminer, pour chaque produit issu de cette technique, s’il s’agit d’un OGM ou d’une nouvelle variété. Cette définition est basée sur le type de changement effectué dans le génome. Pour être commercialisé, un produit doit répondre à plusieurs exigences, dont une description complète sur son emballage de la technique utilisée et des manipulations effectuées25.

Australie et Nouvelle-Zélande

La Food Standards Australia New Zealand (FSANZ) est l’organisme responsable d’établir les normes alimentaires communes en Australie et en Nouvelle-Zélande. Cet organisme évalue actuellement l’utilisation de l’édition génomique dans les produits alimentaires26.

Inde

En Inde, les produits issus de l’édition génomique sont soumis à la même réglementation que celle qui concerne les OGM, soit les Rules for the Manufacture, Use, Import, Export and Storage of Hazardous Microorganisms, Genetically Engineered Organisms or Cells. Toutefois, les agences réglementaires analysent la position des autres pays afin de revoir leur propre réglementation concernant cette technique27.