Gene Drive

La technique de « gene drive » (forçage génétique) résulte d’un usage particulier de la biologie synthétique. Elle permet notamment d’introduire une modification génétique dans une population naturelle et de la transmettre à tous les individus de la population. Ainsi, par exemple, pourrait-on peut-être un jour lutter contre les moustiques transmetteurs de la malaria. Cependant le « gene drive » lance aussi de grands défis en termes de sécurité, effets sur l’environnement, questions éthiques et sociétales.

Genedrive

La technique de « gene drive » a pour but de modifier une propriété ou d’en introduire une nouvelle, de manière rapide et précise, dans une population tout entière. Le principe en est simple : une modification génétique voulue est introduite dans un organisme conjointement à un mécanisme de copie génétique. Ce mécanisme permet le transfert de la modification souhaitée dans les deux copies du gène. Par conséquent tous les descendants de l’organisme reçoivent la modification et celle-ci se propage dans la population au cours des générations.

> Comment fonctionne un « gene drive » ?

Hérédité sans et avec « gene drive »
Hérédité sans et avec « gene drive » (Immagine: angepasst von Marius Walter)
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Hérédité sans et avec « gene drive »
Hérédité sans et avec « gene drive » (Immagine: angepasst von Marius Walter)

Dans les conditions d’une transmission mendélienne classique une modification génétique (indiquée en rouge) se transmet à la moitié de la descendance de l’individu (schéma de gauche). En présence de « gene drive », la modification se transmet à tous les individus de la descendance et peut ainsi se propager rapidement (schéma de droite)

Des « gene drives » naturels se sont développés chez divers organismes tels que levures, plantes, vers, insectes, poissons et rongeurs, d’où l’idée, il y a plus de 50 ans déjà, d’utiliser ce phénomène pour modifier, de manière ciblée, des propriétés dans une population. Or, le développement de « gene drives » synthétiques a piétiné pendant longtemps. La découverte récente de la technique d’édition génomique CRISPR/Cas9 a donné un nouvel essor à cette recherche et les premières études de faisabilité de « gene drive » au moyen de la technique CRISPR/Cas9 ont vu le jour, notamment chez les levures1, les drosophiles2 et les moustiques3.

On peut envisager plusieurs applications

La technique de « gene drive » a de multiples applications possibles. Cependant deux conditions doivent être réunies :

  1. L’espèce doit avoir une reproduction sexuée. Ainsi le « gene drive » ne s’applique pas aux bactéries et aux virus et que difficilement aux plantes dont le mode de reproduction est principalement végétatif;
  2. Les générations doivent être de courte durée, ainsi, par exemple, la technique n’est pas propice aux espèces de mammifères de grande taille dont le cycle des générations est relativement long.

Des applications possibles se discutent dans les domaines suivants en particulier:

  • Lutte contre les maladies
    Au centre des discussions figure le contrôle d’insectes transmetteurs de maladies comme les moustiques du genre Anopheles (vecteurs de la malaria) ou le moustique-tigre (vecteur de la dengue et de la fièvre Zika). De la malaria seule décèdent plus de 400'000 individus chaque année, la plupart étant des enfants africains4. Avec le « gene drive », les populations d’Anopheles pourraient être fortement diminuées ou même totalement éliminées en désactivant un gène nécessaire à la reproduction par exemple. Une autre approche consiste à rendre les moustiques résistants à l’agent pathogène de la malaria, afin qu’ils cessent de transmettre la maladie.

  • Agriculture
    La technique pourrait être introduite afin de contrôler les insectes ravageurs. Une autre possibilité d’emploi pourrait être la lutte contre les mauvaises herbes devenues résistantes aux herbicides, les gènes de résistance étant désactivés au moyen d’un « gene drive ».

  • Protection de l’environnement
    Des « gene drives » pourraient être introduits afin de protéger des espèces menacées d’extinction par des maladies telles que la malaria des oiseaux par exemple. De même la technique pourrait-elle permettre de contrôler des espèces invasives comme les rats. En effet, sur différentes îles, les rats qui y ont été introduits menacent les espèces d’oiseaux endémiques.

En quoi est-ce de la biologie synthétique ?

La technique de « gene drive » est un outil de la biologie synthétique. Elle utilise les méthodes les plus actuelles de la biologie moléculaire combinées à la modellisation informatique afin de modifier un système biologique de manière ciblée et contrôlée.

> Qu’est-ce que la biologie synthétique?

Défis

Les recherches ont montré que, dans une population, des résistances contre le « gene drive » apparaissent rapidement5 et empêchent l’extension de la modification génétique à l’ensemble de la population. Afin de ralentir le développement de résistances, les chercheurs tentent par exemple de combiner plusieurs constructions de « gene drives». A vrai dire, de nombreux experts doutent de la possibilité que le « gene drive » atteigne jamais l’effet souhaité dans les populations naturelles.

Le « gene drive » comporte des risques. Actuellement les travaux de recherche ne sont réalisés qu’en milieu clos (laboratoire) ou semi-clos (en cages par exemple). Néanmoins, même effectués dans ces conditions, ces travaux requièrent des mesures de sécurité bien définies étant donné que, lors d’une dissémination non intentionnelle, un « gene drive » pourrait se propager rapidement (biosécurité). En Suisse et en Europe, les travaux de recherche utilisant les techniques de « gene drive » sont soumis à de sévères prescriptions en matière de protection de l’homme et de l’environnement. En Suisse, celles-ci exigent des mesures de sécurité spécifiques qui sont contrôlées par les autorités fédérales et cantonales.

Un autre risque est celui d’un usage abusif du « gene drive » à des fins militaires ou terroristes (biosûreté). Ainsi, par exemple, des moustiques pourraient être modifiés de manière à transmettre un poison pour l’homme.

Avant que des « gene drives » puissent être disséminés dans la nature, leurs conséquences écologiques doivent être étudiées attentivement. Il se pose par exemple la question de savoir quelle influence l’élimination ou la réduction d’une population de moustiques peut avoir sur un écosystème. Cependant, pour être valable, l’évaluation des risques doit se faire par comparaison avec des stratégies existantes, comme l’usage des insecticides par exemple. Les premiers essais en plein air auraient probablement lieu sur des îles isolées ; il ne faut pas s’attendre à des essais dans des environnements naturels non protégés dans un proche avenir.

Les développements scientifiques et méthodologiques du « gene drive » soulèvent aussi des questions éthiques et sociétales. Chacune des applications potentielles de ces technologies implique une évaluation des risques tenant compte des dommages éventuels pour l’homme et l’environnement ainsi que des chances de bénéfices. L’homme a-t-il le droit de modifier volontairement le patrimoine génétique d’une espèce à jamais, ou même de la supprimer ? Qui poursuit quel but avec cette technologie ? Et, en fin de compte, qui décide si et où un « gene drive » peut être introduit ou bien pas ?

> avis d'expertes et experts sur les « gene drives »

> aspects éthiques de la biologie synthétique

Activités en Suisse

Anna Lindholm étudie à l’Université de Zurich des « gene drives » survenant naturellement chez la souris. Une telle recherche peut livrer des observations intéressantes quant aux conséquences que pourraient avoir des « gene drives » synthétiques dans des populations naturelles.
A notre connaissance, aucune recherche impliquant des « gene drives » synthétiques n’est en cours actuellement.

Littérature

1 DiCarlo et al. (2015) Safeguarding CRISPR-Cas9 gene drives in yeast. Nature Biotechnology 33, 1250–55.Lien

2 Gantz and Bier (2015) The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations. Science 348 (6233): 442-4. Lien

3 Gantz et al. (2015) Highly efficient Cas9-mediated gene drive for population modification of the malaria vector mosquito Anopheles stephensi. PNAS 112 (49) E6736-43. Lien

4 World Health Organization WHO (2017) World Malaria Report 2017. Lien

5 Callaway (2017) Gene drives meet the resistance. Nature News. Lien

Informations additionelles

National Academy of Sciences (2016) Gene drives on the horizon. Lien

Esvelt et al (2014) Concerning RNA-guided gene drives for the alteration of wild populations. eLife 3:e03401. Lien

Oye et al (2014) Regulating gene drives. Science 345 (6197) : 626-8. Lien

Piaggio et al (2016) Is it time for synthetic biodiversity conservation? Trends Ecol Evolut 32 (2) 97-107. Lien

Tagungsbericht (2018) Gene Drives - eine Technik für die Manipulation wilder Populationen
  • 2018

Tagungsbericht "Gene Drive - eine Technik für die Manipulation wilder Populationen"

Zusammenfassung einer Tagung der Foren Genforschung und Biodiversität vom 18. September 2017 in Ittigen b. Bern
CRISPR Cas9 DNA Schraubenschlüssel

Comment fonctionne un gene drive?

Le mécanisme moléculaire du "gene drive" expliqué simplement.
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