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Brève sur l’édition de génomes 2 : quelques faits rapides

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Un deuxième billet rapide après « Tout se qui est possible sera-t-il fait ?« , basé sur un article dans Nature que je viens de voir qui fait un tour succint de la question :

Genome editing: 7 facts about a revolutionary technology. What everyone should know about cut-and-paste genetics. Nature News

1. Jusqu’ici, une seule étude de l’édition de génome humain dans des cellules germinales (permettant potentiellement de développer un embryon) a été publiée dans un article scientifique :

Liang et al 2015 CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes Protein & Cell 6: 363-372

Dans cet article, les embryons n’étaient pas viables, mais on a envie de dire « pas encore ».

2. Les législations sur la question sont très différentes selon les pays. Notamment Nature dit qu’ils n’y a que « des réglèments inapplicables » en Chine, Japon, Irelande et Inde ; et que de nombreux scientifiques demandent une législation internationale. Sur laquelle j’ai personnellement des doutes, alors qu’il y a encore des pays qui ne reconnaissent pas le copyright (voir Convention de Berne).

3. Avec CRISPR/Cas9, il est facile de modifier des génomes, et les « biohackers » plus ou moins amateurs s’y intéressent (article dans Nature d’août). Contrairement aux techniques précédentes de génétique moléculaire, et c’est ce qui fait une partie de son potentiel révolutionaire, cette technique n’est pas réservée à quelques laboratoires très équipés avec du personnel très bien formé.

Mise à jour : vu dans cette excellente interview de Doudna et Charpentier (voir point 7), la companie Addgene vend des kits de CRISPR/Cas9.

4. D’autres enzymes que Cas9 sont en train d’être découvertes, ce qui va encore faciliter les choses (techniquement) ou les compliquer (pour réguler).

5. Les expériences les plus avancées ont lieu chez des cochons : super-musclés, mini, ou sur-édités. Pourquoi les cochons ? Notamment dans l’espoir de construire des donneurs d’organes animaux humain-compatibles. En attendant, ils pensent vendre les mini cochons comme animaux domestiques.

6. Les grosses multinationales et les millardaires s’y intéressent : la Gates Foundation, Google ou DuPont investissent dans CRISPR/Cas9.

7. Il y a une guerre de brevets entre Jennifer Doudna (University of California, Berkeley) et Emmanuelle Charpentier (Max Planck Institute) d’un coté, généralement créditées de l’invention du système, et Feng Zhang de MIT & Harvard de l’autre, qui a fait marcher le système dans des cellules humaines.

Et puis un 8ème point qui n’était pas encore connu quand l’article de Nature a été publié : la conférence sur l’édition de génomes a conclu que « Gene-editing technology should not be used to modify human embryos that are intended for use in establishing a pregnancy » (Nature news) : l’édition de génomes ne devrait pas être utilisée pour modifier des embryons humains prévus pour être utilisés pour une grossesse. Mais des cellules humaines chez une personne (thérapie génique), oui, et des embryons humains à fins non reproductives apparemment oui aussi.

Tout se qui est possible sera-t-il fait ? Brève sur l’édition de génomes humains #GeneEditSummit

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Il y a une conférence en cours sur les aspects éthiques de l’édition de gènes et génomes humains. Ca a notamment été couvert par Le Monde (payant). La conférence a été organisée parce que la technique CRISPR/Cas9 (voir ici et ici) et ses dérivés permettent des modifications aisées des génomes. Et si c’est possible chez la souris ou le cochon, c’est possible chez l’humain (voir ici et ici).

Je ne vais pas écrire longuement sur le sujet maintenant, mais juste noter le tweet suivant de Paul Knoepfler, chercheur et blogueur sur les cellules souches (on a parlé de son blog ipscell ici) :

Philip Campbell est l’éditeur en chef de Nature, le journal scientifique le plus prestigieux de la planète. Et ce qu’il nous dit c’est que (1) des scientifiques font des expériences d’édition de lignée germinale (spermatozoïdes et ovules) humains, (2) ils soumettent les résults à Nature, (3) Nature refuse, (4) parce qu’ils n’ont pas suivi les règles éthiques du journal.

Il parait difficile d’en conclure autre chose que « si c’est faisable, ça sera fait ». Et que nos commentaires éthiques n’y changeront pas grand chose. Mais peut-être suis-je trop pessimiste. En tous cas, ça me parait un problème autrement plus urgent que les sempiternelles bisbilles autour des OGM en agriculture.

Voir aussi ce tweet par exemple, George Church étant un généticien très connu et favorable au laissez faire en la matière :

Je recommande de regarder les « top tweets » si vous êtes intéressés : https://twitter.com/hashtag/GeneEditSummit

Dialogues #OGM : Jan van der Meer, Professeur en microbiologie environnementale

EscherichiaColi NIAID.jpg
« EscherichiaColi NIAID » by Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH – NIAID: These high-resolution (300 dpi) images may be downloaded directly from this site. All the images, except specified ones from the World Health Organization (WHO), are in the public domain. For the public domain images, there is no copyright, no permission required, and no charge for their use.. Licensed under Public domain via Wikimedia Commons.

(Ce dialogue s’inscrit dans une série, voir introduction dans ce billet.)

Marc Robinson-Rechavi (MRR): Salut, et merci d’avoir accepté ce dialogue. Et d’autant plus merci de conduire le dialogue en français, qui n’est pas ta langue maternelle. Est-ce que tu peux s’il-te-plaît nous résumer en 3 phrases ta formation et ta carrière scientifique ?

Jan van der Meer (JvdM): J’ai fait mes études en sciences environnementales aux Pays-Bas, puis une thèse en microbiologie. Ensuite j’ai fait un postdoc au Dairy Research Institute (aussi aux Pays-Bas), ou j’ai travaillé sur les bactéries lactiques. Après, je suis parti pour la Suisse ou j’ai commencé un groupe de recherche en microbiologie moléculaire et environnementale à l’Institut de la recherche aquatique (Eawag) à Zurich. En 2004, j’ai commencé à l’Université de Lausanne.

MRR: D’où viens-tu en ce qui concerne les OGM ? Quelle était ta position de départ, et où en es-tu aujourd’hui ?

JvdM: Une partie de ma recherche était en biorémediation, une application des bactéries pour rendre inoffensifs des polluants dans l’environnement. Déjà dans les années 1990, on a parlé de l’application des “superbugs”, bactéries génétiquement modifiées pour dégrader toute sorte de polluants au même temps. Ca a provoqué plusieurs études notamment pour essayer de limiter leur survie, mais après les gens ont réalisé que dans la plupart des cas ce type de bactéries de toute manière ne survivent pas trop bien. L’idée a persisté et on parle à nouveau des constructions des bactéries dans la cadre de la biologie synthétique. Donc, je suis parti plutôt positif mais suis devenu plus “réaliste”.
Un autre part de ma recherche concerne la création des “biosenseurs” ; des bactéries qui montrent la présence des polluants en produisant des couleurs et de la bioluminescence, dont on pense qu’elles seront très utile en pratique (voir cet article par exemple).

MRR: Alors par “super bug”, toi tu n’entends pas bactérie résistante aux antibiotiques ? C’est le sens que je vois le plus souvent.

JvdM: Non, à l’époque un superbug était une bactérie capable de dégrader différents polluants. Maintenant il y a un autre sens au mot.

MRR: Alors au départ c’était des super héros, et maintenant c’est des super vilains. 😉
Dans ta description de ta recherche passée, tu dis qu’on s’est rendu compte que les bactéries modifiées survivaient mal ou pas hors du labo. Est-ce que tu penses que c’est une généralité ? A quel niveau sont les risques potentiels de “contamination” ?

JvdM: Je pense que c’était plutôt du au fait que les chercheurs n’ont pas compris quels sont les facteurs qui déterminent la survie des bactéries en culture pure, ré-introduits dans un environnement complexe qui contient déjà beaucoup d’autres microbes. Un autre résultat important des études à l’époque était qu’il n’y a pas de “zero risk” : il y aura toujours certaines bactéries qui s’échappent et survivent.

MRR: Alors tu parles de risque, plus tôt tu parlais de “réalisme”. Quels sont ces risques, et par rapport à quoi dirais-tu que tu as perdu ton optimisme peut-être naïf ?

JvdM: Les risques sont typiquement définis comme les dangers que posent une introduction des bactéries non-natives dans un écosystème. Par exemple, l’introduction d’un type de bactéries pourrait causer un important changement dans la composition de la communauté native, dont le résultat est un changement de fonction de cette communauté. Un autre danger (dans le cas d’un organisme potentiellement pathogène) pourrait-être sa survie et le risque d’une infection ou maladie chez des animaux, plantes ou êtres-humaines.

Je suis devenu plus “réaliste” dans le sens de ce que peuvent offrir la science et la technologie. On a tous des rêves, mais seulement une partie se concrétise.

MRR: Est-ce que ces risques sont augmentés par la technologie OGM ?

JvdM: Non, je ne crois pas. C’est difficile de créer des microbes encore plus dangereux par rapport aux organismes qui existent déjà.

MRR: Plus dangereux, tu veux dire pathogènes ? Tu inclus les risques pour l’environnement ? Certains pourraient arguer que le même pathogène, mais résistant à un antibiotique, est forcément “plus dangereux”, non ?

JvdM: Pathogènes – oui. Parce que c’est ça qui est souvent évoqué. Malheureusement pour nous, les pathogénes aussi dans la nature développent rapidement des résistances contre les antibiotiques, qui est plutôt du au phénomène du transfert horizontal de gènes et une application globale des antibiotiques (qui crée des environnements sélectifs pour la survie des microbes résistants).

MRR: Une question proche est celle de la biologie synthétique. Quel rapport avec les OGM ? Est-ce la même chose ou y a-t-il une différence ?

JvdM: La biologie synthétique est vu souvent comme une “extension” de la technique OGM, mais elle est différente à la base. La biologie synthétique propose de comprendre la vie en re-créant les fonctions du vivant. L’OGM était une technique pour modifier le contenu des gènes. La biologie synthétique est beaucoup plus puissante et ses technologies sont capables de dessiner et de produire des génomes artificiels.

MRR: Y a-t-il déjà des succès ou des erreurs de la biologie synthétique ? Tu peux me donner un exemple ?

JvdM: Il y a des résultats (scientifiquement) impressionnants, mais je ne sais pas si pour toi ça sont des succès ! Personnellement, je trouve la synthèse artifielle d’un génome bactérien et d’un chromosome de levure fascinants et de grands accomplissements. Egalement, la création d’un code génétique différent et de ribosome dits orthogonals sont extrèmement intéressants. Du point de vue applications il y a plusieurs exemples de voies métaboliques assemblées dans un seul microbe pour pouvoir produire des substances autrement difficile à générer (voir cet article).

MRR: Alors en biologie synthétique on crée des choses qui n’existaient pas en biologie, alors qu’en OGM on se “contente” de déplacer des choses existantes. C’est en cela que finalement les OGM ne changent pas grand chose aux risques et à leur évaluation à ton sens ?

JvdM: Dans le monde des microbes, on pourra dire que éventuellement tous les gènes finiront par être déplacés entre différents espèces. Donc, les changements qu’on effectue en OGM souvent se trouvent quelque part dans la nature (voir par exemple cet article). Les introductions du matériel génétique d’un insecte dans une plante est probablement moins naturel. Par contre les risques associés à une technique viennent plutôt d’une application après – par exemple, une introduction à large échelle des plantes OGM.

MRR: Je vois que dès ton postdoc tu avais un rapport avec la biologie appliquée à l’agriculture. Comment vois-tu les relations entre biotechnologies et agriculture ?

JvdM: Peut-être il faut plutôt parler d’une industrialisation de l’agriculture? Les produits de l’agriculture sont utilisés dans certains biotechnologies, et certains (bio)technologies peuvent être appliqueés dans l’agriculture. Dans mon domaine de recherche, on est très axé sur la synthèse des produits chimiques de base à base des matériel des plantes, pour finalement pouvoir remplacer l’utilisation du pétrole. Il y a aussi la question des biocarburants et de trouver des méthodes pour pouvoir garantir une disponibilité des carburants à la base du matériel des plantes, digéré par des enzymes microbiennes.

MRR: Donc ton labo produit des OGM, avec un aspect quand même assez appliqué. Quelles sont vos relations au milieu industriel ?

JvdM: Disons c’est plutôt difficile de convaincre des industries de reprendre des inventions du labo, mais dans un cas précis une de nos bactéries sera produit en forme industriel. La on parle d’une bactérie capable de détecter l’arsenic dans l’eau potable, que le partenaire industriel incorpora dans un kit de détection commercial.

MRR: Comme tu le sais, j’étais à la thèse de ton étudiant qui a développé ce système, et j’ai été frappé par les questions de l’audience à la soutenance publique. Les gens semblaient avoir davantage peur de bactéries OGM que de l’arsenic. Comment réagis-tu à cette défiance par rapport à vos travaux ?

JvdM: Je peux te raconter une autre histoire. Pour un projet de recherche on était autorisés à contaminer la mer avec 10 mètres cubes de pétrole brut, mais c’était impossible d’obtenir une autorisation officielle d’utiliser 50 millilitres de culture d’une bactérie OGM capable de mesurer des substances toxiques dans l’eau marine. Heureusement, les gens qui sont affectés par la contamination d’arsenic n’ont pas de problèmes à utiliser nos bactéries inoffensives. D’ailleurs, l’application des tests se fait dans des systèmes “fermés”, qui est obligé par la reglèmentation.

MRR: Mais ça te peine, ça t’énerve, ça ne te touche pas ?

JvdM: Non. Je crois de me rappeller que notre test d’arsenic était mentionné en Allemagne par Greenpeace comme un exemple positif de l’OGM.

MRR: Mieux que le riz doré !

MRR: Une technologie émergente est les systèmes CRISPR. Cela change-t-il les règles du jeu ? Tu peux nous en dire 2 mots stp ?

JvdM: La technologie CRISPR changera certainement les possibilités d’ingénérie dans les eukaryotes, ou auparavant c’était très difficile de créer des mutations dirigés. CRISPRs sont des systèmes naturels des prokaryotes, mais adaptés aux eukaryotes.

MRR: Alors quel serait ton mot de la fin pour le moment ? Ton message “take home” sur biologie et OGM ?

JvdM: Oubliez les OGM, il y a des problèmes plus urgent que ça. Exemple: pourquoi l’eau en bouteille est-elle plus cher que des carburants?

Page web du Prof van der Meer : http://www.unil.ch/dmf/home/menuinst/research-units/van-der-meer.html

Créer des super virus au labo est-il vraiment une bonne idée ? (non)

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Récemment, des chercheurs de l’université de Wisconsin-Madison ont publié un article dans lequel ils rapportent avoir modifié un virus de la grippe pour le rendre aussi dangereux et aussi contagieux que celui de la célèbre épidémie de 1918 (la « grippe espagnole »).

Cet effort a provoqué beaucoup de réactions négatives dans la communauté scientifique (article du Guardian, billet de blog du biologiste évolutif Jerry Coyne, billet de blog du microbiologiste « Mike the mad biologist » ; tout ça en anglais). En gros, la plupart des collègues pensent que dans ce cas précis les risques l’emportent nettement sur les bénéfices.

Bénéfice potentiel : mieux comprendre comment une souche de grippe devient si dangereuse.

Risques potentiels : (1) déclencher une épidémie très grave, et (2) si jamais il y a un problème même mineur ça peut détruire la confiance dans la microbiologie, voire la biologie, durablement. Faut bien dire que le risque 1 semble bien le plus grave, de loin.

J’ai noté un commentaire sur twitter (que je ne retrouve plus) de @tomroud, qui disait qu’après ça, va expliquer rationnellement les OGM sans passer pour un savant fou. En effet.

Ce qui est étrange c’est que le NIH (INSERM américain), d’habitude très à cheval sur l’éthique et tout ça, ait financé des expériences pareilles.

Conclusion : je ne sais pas, c’est un monde fou.

(juste avant que je ne publie ce billet, j’ai vu que c’était couvert dans Le Monde édition abonnés)

Cellules souches à l’acide : promesses thérapeutiques et leçons sur la méthode scientifique

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[si vous lisez ce billet, voyez aussi les problèmes plus récents notés dans cet autre]

Nouvelle fracassante en biologie cette semaine ! Des chercheurs rapportent qu’ils peuvent transformer des cellules spécialisées de souris nouvelles-nées en cellules souches, simplement en les exposant à de l’acide.

Obokata et al. (2014) Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency. Nature 505, 641–647
Obokata et al. (2014) Bidirectional developmental potential in reprogrammed cells with acquired pluripotency. Nature 505, 676–680
Smith (2014) Cell biology: Potency unchained. Nature 505, 622–623 (commentaire)
(articles tous d’accès payant, hélas hélas)

Une cellule souche, c’est une cellule qui a le potentiel de se développer en tout type de cellule spécialisée. C’est très important thérapeutiquement, parce qu’il y a le potentiel de renouveller des parties abimées de notre corps.

Dans un premier temps, on ne savait les obtenir qu’à partir d’embryons, ce qui posait des problèmes éthiques. Plus récemment, on a découvert le moyen de reprogrammer les cellules spécialisées en les traitant avec les facteurs de transcription typiques des cellules souches (Prix Nobel 2012). Késako ? Toutes nos cellules ont le même ADN. Si elles sont spécialisées, c’est qu’un certain ensemble de gènes s’exprime (est actif), alors que d’autres non. Ce qui fait une cellule souche, plutôt que de muscle ou de peau ou de nerf, c’est le choix des gènes exprimés ou non. Ce qui fait exprimer ou non chaque gène, c’est le contrôle par des protéines spécialisées dans la régulation des gènes, les facteurs de transcription. Donc si on met les bons facteurs de transcription, on peut diriger la cellule vers l’état que l’on veut. Mais c’est cher et difficile.

Dans la nouvelle étude, ils ont découvert qu’en stressant les cellules spécialisées, ils en conduisent à se dédifférencier en cellules souches. Or, stresser une cellule c’est facile : de la chaleur, de l’acide, pas assez de nutriments, plein de choses marchent. Ce qui marche le mieux ici, c’est un léger acide. Beaucoup plus simple que le dosage exact de plein de protéines spécifiques. Donc potentiellement applicable pour développer des cellules souches spécifiques à chaque patient qui en a besoin.

Voilà pour les promesses thérapeutiques. Et les lessons sur la méthode scientifique ? Tournons-nous vers le blog journalistique sur le site boston.com.

D’abord pour s’amuser, quelques citations qui illustrent l’ampleur de la découverte :

The result is “shocking,” “astounding,” “revolutionary,” and “weird,” said scientists not accustomed to using such exuberant words to describe new research findings

“It’s just a wonderful result; it’s almost like alchemy,” said Douglas Melton, co-director of the Harvard Stem Cell Institute.

Ensuite, noter dans ce billet de blog et les autres réactions sérieuses que j’ai lues ces derniers jours la phrase « If the finding is replicated by other scientists, it also promises to yield fresh insights ». Si le résultat est reproduit. Nous nous méfions toujours du syndrome de l’étude unique, contrairement aux militants pseudo-scientfiques toujours prêts à bondir sur une étude isolée qui montre que le climat ne change pas, les OGM c’est poison, les vaccins c’est poison, le sexe guérit le cancer (ou presque) et je ne sais quoi. Citation de Dr. George Q. Daley, director of the stem cell transplantation program at Boston Children’s Hospital

“It’s a startling result that makes you stand up and go, ‘Wow!’” Daley said. “With an equal dose of amazement and skepticism.”

Enfin, l’histoire de cette découverte est très intéressante. Le dernier auteur (en biologie, place du chef, celui qui a lancé et coordonné le travail), Charles Vacanti, a rapporté dès 2001 des cellules souches isolées en maltraitant mécaniquement des cellules spécialisées. A l’époque, il pensait juste isoler des cellules déjà présentes en petite quantité. Tel Galilé et Bozo le clown, on s’est moqué de lui. Alors il a laissé tomber un moment, puis repris avec un étudiant japonais (premier auteur des papiers, en biologie place de celui qui a fait le gros du travail). Ils ont commencé à tester l’idée que le stress était clé, en essayant différentes expériences.

Vous avez remarqué ? Vacanti, il a pas écrit un livre décriant l’establishment et donné plein d’iinterviews pour décrier la censure du complot en blouses blanches soutenues par le lobby Big Pharma. Non, il a réfléchi, reformulé son hypothèse, et avec un étudiant ils ont fait plein d’expériences supplémentaires. Ils ont d’abord réussi à faire des presque cellules souches, à durée de vie courte, puis des vraies cellules souches. Yaaaah !

Et alors truc incroyable, quand au lieu de crier au martyre vous faites les expériences et vous montrez que vous avez raison, y a pas des gorilles qui débarquent au labo pour tout casser, mais vous avez deux articles dans Nature et le gars qui a eu le Nobel avec la technique que vous rendez obsolète qui dit que c’est super excitant.

On vit quand même une époque formidable en biologie. C’est pas excitant ça ?