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Les techniques modernes d'édition de gènes sont-elles capables de créer des versions génétiquement supérieures de l'homme ?

Les techniques modernes d'édition de gènes sont-elles capables de créer des versions génétiquement supérieures de l'homme ?


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Pouvons-nous modifier l'ADN d'un homme de petite taille et de faible masse musculaire, par exemple, pour celui de bodybuilders d'élite ?

Pouvons-nous modifier la séquence d'ADN qui arrête la calvitie et la chute des cheveux ? Qu'en est-il des gènes responsables du métabolisme osseux, des profils hormonaux et de l'ensemble du fondement endocrinien/des tissus durs de l'homme ?

Pouvons-nous altérer les gènes responsables de l'apparence et les altérer pour qu'ils rendent un personnel laid plus chaud ?

En gros, résumez ceci comme suit : « L'édition de gènes peut-elle créer des versions génétiquement avancées de nous-mêmes ? »

Plus laid, plus joli ? Plus court plus grand ? Plus faible à plus fort ? Plus lent à plus rapide ? Plus bête à plus intelligent ?


Non, cela reste de la science-fiction. Il y a eu des efforts expérimentaux pour corriger des maladies très simples, monogéniques. Certaines expériences semblent avoir aidé le patient, beaucoup ont été inefficaces et certaines ont tué le patient ou lui ont donné un cancer. La thérapie génique chez l'homme en est encore au stade expérimental très précoce. En plus de cela, les traits dont vous parlez sont presque certainement régis par plusieurs gènes, et les réseaux génétiques sont « incomplètement compris », pour le moins.


Frankenstein redux : La science moderne fait-elle un monstre ?

Les expériences actuelles en science et technologie pourraient-elles conduire à la création d'un monstre de Frankenstein des temps modernes ?

Une imposante bête gargantuesque à la peau jaunie, aux lèvres ratatinées et aux yeux enfoncés, se cachant dans l'ombre, attendant de tirer la vie de tous ceux qui croisent son chemin - c'est la création d'un homme qui a joué avec la science. Cela fait 200 ans que Mary Shelley a planté les graines qui sont devenues le roman Frankenstein et son avertissement menaçant sonne plus fort que jamais : n'interférez pas avec ce que vous ne comprenez pas.

Nous avons parcouru un long chemin depuis l'idée d'assembler des parties du corps en décomposition et de leur donner vie. On ne pense plus que les êtres vivants soient animés par "l'énergie animale" créée par l'âme. Pourtant, les scientifiques tentent toujours de recréer la vie sous différentes formes & plusieurs domaines se retrouvent goudronnés avec le pinceau &lsquoFrankenstein&rsquo.

Rien de plus que la biologie synthétique. En 1999, le biologiste synthétique de renommée mondiale Craig Venter a ouvert le bal en s'exclamant « Shelley aurait adoré ça ! » lorsqu'il a annoncé son intention de créer le premier génome biologique synthétique. Plus tard en 2009 le philosophe universitaire Henk van den Belt dans un article publié dans Nanoéthique, s'est demandé si la biologie synthétique pouvait être accusée de « jouer à Dieu sur les traces de Frankenstein » en tentant de manipuler la vie.

La biologie synthétique peut sembler l'exemple le plus évident, mais dès les années 50, un autre domaine expérimental majeur a également été critiqué pour avoir tenté de jouer le rôle de dieu - l'intelligence artificielle (IA). En 1950, Isaac Asimov a inventé le tristement célèbre "complexe de Frankenstein" dans son roman "Robot" avec l'une des premières prédictions d'un monstre robotique de Frankenstein. Plusieurs autres auteurs et réalisateurs de films grand public ont depuis emboîté le pas.

Alors pourquoi sommes-nous toujours obsédés par Frankenstein ? Parce que même avec l'éthique la plus stricte et les normes de soins les plus strictes, les choses peuvent et vont mal tourner. Avec les progrès de la science et de la technologie annoncés chaque jour, le potentiel de catastrophe semble plus proche que jamais.

À quel point devrions-nous nous inquiéter des domaines scientifiques qui tentent de créer une nouvelle vie ? Y a-t-il une réelle chance que quelqu'un puisse créer une version moderne de la créature qui a tant tourmenté l'existence de Victor Frankenstein ? Faisons une pause pour réfléchir à ce qui pourrait arriver si les choses tournaient mal.

La biologie de synthèse

Ce domaine a probablement reçu le poids des comparaisons de Frankenstein au fil des ans. Il y a eu d'innombrables histoires dans les médias d'expériences modernes de Frankenstein et de scientifiques essayant de créer et de manipuler artificiellement des organismes vivants. À quel point cette comparaison est-elle justifiée et devrions-nous réellement avoir peur ?

Dans l'ensemble, la biologie synthétique concerne l'ingénierie des sciences naturelles pour les rendre meilleures ou plus utiles. En fait, de nombreux praticiens dans ce domaine ne sont pas des scientifiques de la vie de formation, mais des ingénieurs qui ont traversé la région.

Contrairement à ce que les médias peuvent vous faire croire, dit Richard Hammond, responsable de la biologie synthétique chez Cambridge Consultants, la communauté synbio ne sont pas des scientifiques fous dans les laboratoires. L'intention de la plupart des personnes travaillant sur le terrain est plutôt d'améliorer les choses d'une manière ou d'une autre, commente-t-il. &ldquoIl y a des problèmes très réels et difficiles dans le monde que les gens essaient de résoudre.&rdquo

Pour ce faire, les biologistes synthétiques prennent des molécules naturelles et les réassemblent pour créer des systèmes qui agissent de manière non naturelle. La manipulation des organismes de cette manière peut être utilisée pour une multitude d'utilisations, du diagnostic à la création de micro-usines, sous la forme de cellules "programmées" qui produisent des médicaments et d'autres produits chimiques. Dans le passé, les biologistes synthétiques ont produit des outils de diagnostic pour des maladies telles que le VIH et les virus de l'hépatite.

Bien sûr, l'utilisation d'une technologie de ce type comporte des risques, mais ceux-ci ne sont pas différents de ceux posés par tout autre type de recherche scientifique. Parfois, les expériences ne se déroulent pas comme prévu, mais à condition qu'elles soient réalisées dans des circonstances contrôlées, cela ne devrait pas poser de problème.

&ldquoLe problème est que la peur domine la conversation&rdquo, déclare Rob Carlson, directeur de Bioeconomy Capital. &ldquoIl existe de nombreux pays dans le monde dans lesquels des histoires effrayantes sur la biologie synthétique ou sur les organismes génétiquement modifiés éclipsent complètement tout fait qui pourrait être disponible.&rdquo

L'une des préoccupations des scientifiques est le décalage potentiel entre la connaissance du fonctionnement réel des systèmes biologiques et la capacité d'y apporter des modifications. Les techniques d'édition de gènes dont dispose la science sont presque toutes dérivées de la nature, mais de petits changements dans la biochimie ont produit des outils de plus en plus puissants.

Découvert en 2012, le système Crispr-Cas9 permet une édition de précision de toutes sortes de cellules - bactéries, plantes et animaux - avec peu de risque que les modifications se produisent dans la mauvaise partie du génome. Il s'est avéré efficace dans des études de laboratoire pour traiter les maladies et les affections héréditaires en éliminant les mutations génétiques dans les génomes. Cela a inclus des études en laboratoire dans lesquelles les génomes de souris ont été modifiés avec succès pour corriger les mutations qui causent le trouble métabolique, la tyrosinémie héréditaire chez l'homme.

Cependant, avec cette confiance accrue dans les prouesses d'édition, il y a un risque, déclare Seth Goldstein, professeur agrégé d'informatique à l'Université Carnegie Mellon, particulièrement préoccupé par les récents rapports selon lesquels des scientifiques en Chine ont utilisé Crispr-Cas9 pour éditer des non- embryons humains viables pour les rendre résistants à l'infection par le VIH.

&ldquoLa nouvelle selon laquelle les Chinois ont récemment utilisé Crispr-Cas9 pour modifier un embryon humain est l'une des choses les plus effrayantes que j'ai lues ces derniers temps,&rdquo, dit-il. &ldquoNous pensons en savoir plus que nous et nous allons commencer à sélectionner pour nos enfants en fonction de choses que nous ne comprenons pas vraiment.&rdquo

Le résultat combiné de toutes ces préoccupations est que la recherche en biologie synthétique est soumise à d'énormes contraintes en termes de restrictions et de réglementations, qui non seulement empêchent les matières dangereuses de pénétrer dans l'environnement, mais empêchent également les applications potentiellement vitales d'atteindre le terrain. .

En 2012, des chercheurs de l'Université de Cambridge ont annoncé qu'ils avaient développé des biocapteurs à utiliser pour détecter l'arsenic dans les eaux souterraines, une bénédiction pour des pays comme le Bangladesh, où l'eau contaminée cause de graves problèmes à la population. Le biocapteur développé par le Dr Jim Ajioka et le Dr Jim Haseloff est bon marché, non toxique et facile à utiliser, mais le projet est au point mort car le capteur n'est pas approuvé en Europe.

"La Commission européenne bloque essentiellement son introduction car elle ne dispose pas de mécanismes appropriés pour traiter ce type d'innovation", explique Richard Kitney, professeur d'ingénierie des systèmes biomédicaux à l'Imperial College de Londres.

Des projets comme celui-ci ne se heurtent qu'à des blocages gouvernementaux. &ldquoBeaucoup d'ONG pensent que &lsquotthis pourrait être dangereux, alors nous ferions mieux de ne pas le faire&rsquo&rdquo, dit Kitney. &ldquoCe qu'ils ne font&rsquot, c'est de prendre en compte le risque de ne rien faire. Il y a littéralement des milliers de personnes au Bangladesh qui meurent ou sont gravement défigurées en buvant de l'arsenic dans les eaux souterraines.

Matière programmable

Pour le projet de recherche Symbrion, des chercheurs du Bristol Robotics Laboratory et d'autres groupes ont conçu des robots cubiques qui pourraient se déplacer et agir individuellement, mais lorsqu'ils sont programmés pour fonctionner ensemble, voire en se combinant en un robot plus grand et plus performant. L'idée est le premier pas vers la &lsquomatière programmable&rsquo.

Alan Winfield, chercheur en robotique cognitive au laboratoire, affirme que les robots de 10 cm étaient "d'une taille absurde", mais ils démontrent ce qui pourrait être réalisé avec des systèmes mécaniques qui coopèrent les uns avec les autres. &ldquoSi vous deviez imaginer réduire ces robots à des choses d'une fraction de la taille d'un morceau de sucre, et si vous en aviez des centaines,, alors vous obtenez quelque chose qui approche ce que vous pourriez appeler de la matière programmable,&rdquo, dit-il.

Il existe de nombreuses applications potentielles de cette technologie. En cas de catastrophe, des essaims de robots microscopiques pourraient être envoyés dans des bâtiments effondrés pour s'occuper des survivants blessés. Des essaims plus rétrécis pourraient être utilisés pour effectuer des procédures médicales à l'intérieur du corps humain en entrant par une incision de la taille d'un trou de serrure.

La miniaturisation, cependant, est le problème. &ldquoSi vous voulez avoir des robots qui ont littéralement la taille d'un grain de sable, ils peuvent certainement &rsquot être fabriqués dès maintenant, et ils peuvent probablement&rsquot être fabriqués même dans un avenir prévisible,&rdquo dit Winfield.

La matière programmable dans la fiction fournit un monstre potentiel : prenez le robot morphing T-1000 des films Terminator ou le nanobot sensible et génocidaire de Michael Crichton &lsquoswarms&rsquo dans son roman de 2002 &lsquoPrey&rsquo. Mais & #44 Winfield pense que ce type de risque est en grande partie hypothétique. Il serait simple d'introduire un kill switch pour amener les robots individuels à se séparer et à se mettre en veille, soutient-il. Cela suppose que le robot assemblé a sa propre volonté.

&ldquoPrendre tout un tas de cellules et les gélifier ensemble ne fait pas quelque chose d'intelligent,&rdquo, dit-il. &ldquoLa matière programmable s'apparente plus à une éponge qu'à une machine intelligente autonome.&rdquo

Si le coupe-circuit échoue, affamer simplement la créature la désarmerait presque certainement.

&ldquoLa plupart des robots,, y compris ceux de nos projets,, ont une batterie,, ce qui signifie qu'ils ont une durée de vie fixe,&rdquo, explique Winfield. &ldquoUne fois l'énergie épuisée,&rsquo&rsquo le robot cesse de fonctionner.&rdquo
Dans tous les cas, selon Winfield, la situation ne se présenterait que si quelqu'un concevait un système de robots auto-assemblés qui pourrait se répliquer. Ce serait ajouter encore plus de complexité à quelque chose qui est déjà difficile à miniaturiser.

Le plus proche que nous sommes susceptibles d'obtenir, même à moyen terme, est une sonde robotique envoyée sur Mars ou sur une autre planète aux côtés d'une imprimante 3D et d'une matière première qui lui permettrait de se réparer sur le terrain. C'est l'essence du concept d'exploration interstellaire de John von Neumann : chaque robot oblige les autres à s'aventurer plus loin. La capacité de rendre un groupe de machines autosuffisant reste dans un futur lointain. La clé sera de s'assurer qu'ils ne se reproduisent pas en une menace.

Intelligence artificielle

Elon Musk est le parrain de plusieurs entreprises technologiques ambitieuses - pas seulement des voitures électriques, mais aussi des vaisseaux spatiaux et un tube de voyage supersonique. Cependant, il s'inquiète de la perspective d'un monstre technologique : l'IA. Il a écrit sur Twitter en 2014 : &ldquoHope we&rsquore pas seulement le chargeur de démarrage biologique pour la superintelligence numérique. Malheureusement, c'est de plus en plus probable.&rdquo

Stephen Hawking a des craintes similaires. Dans une interview accordée à la BBC en 2014, il a déclaré que le développement complet de l'IA « pourrait sonner le glas de la race humaine ». Bien que les formes primitives d'IA développées jusqu'à présent se soient déjà révélées très utiles, Hawking dit qu'il craint les conséquences de la création de quelque chose qui peut égaler ou surpasser les humains. Aucun des exemples que nous avons aujourd'hui n'est même proche de pouvoir le faire.

Il existe de nombreux exemples de tentatives de création d'IA à partir du programme informatique AlphaGo de Google Go-playing jusqu'au chatbot Twitter pour adolescents de Microsoft, mais celles-ci ne sont pas vraiment à la hauteur de la véritable « intelligence » du genre de celles qui préoccupent Hawking et Musk. AlphaGo a des capacités limitées en dehors de la lecture de Go et les compétences de Tay se limitent à régurgiter les tweets d'autres utilisateurs de Twitter.

Mais que se passerait-il si une machine devenait vraiment intelligente et peut-être même sensible ?

Une préoccupation est qu'une telle machine pourrait entraîner une "singularité technologique" - un événement hypothétique dans lequel l'IA deviendrait capable de construire de manière autonome des machines toujours plus intelligentes et plus puissantes. Cela semble effrayant, mais de nombreuses personnes travaillant dans le domaine de la robotique soutiennent qu'une véritable IA, telle qu'elle pourrait provoquer une telle situation, est encore loin, si elle peut un jour être réalisée.

Les intérêts de recherche du professeur Robert Sparrow à l'Université Monash comprennent l'éthique appliquée. Il souligne que la plupart des arguments en faveur de l'obtention de la sensibilité machine ont à voir avec la comparaison des neurones du cerveau avec des transistors sur puces. La réalité, dit-il, est bien plus compliquée.

&ldquoSi vous regardez ce qui fait vibrer les êtres humains lorsque nous essayons de les réparer, lorsque quelqu'un consulte un psychiatre lorsqu'il est atteint d'une maladie mentale, nous ne savons absolument pas comment fonctionne le cerveau, et nos traitements sont ridiculement primitifs,&rdquo il dit. &ldquoSi quelqu'un me disait qu'il va construire un robot sensible dans les 20 prochaines années, je serais très surpris.&rdquo

Noel Sharkey, informaticien et codirecteur de la Foundation for Responsible Robotics, est également sceptique. &ldquoEn tant que scientifique, je ne pourrais jamais dire jamais,», dit-il lorsqu'il réfléchit à la question de savoir si nous atteindrons un jour la sensibilité de la machine. &ldquoJe ne pense pas&rsquot que nous ayons une quelconque prise sur la sensibilité. Cela semble être une chose assez différente d'un programme exécuté sur une machine non vivante.&rdquo

Cependant, Sparrow admet que la possibilité d'un robot sensible est très préoccupante.

&ldquoJe pense que c'est potentiellement extrêmement dangereux,&rdquo, dit-il. &ldquoCertaines des personnes qui croient que nous sommes sur le point de créer une conscience machine pensent elles-mêmes que cela rendra les êtres humains obsolètes, que nous serons rapidement dépassés par nos machines.&rdquo

Être contraint à la soumission par une race d'êtres supérieurs est une perspective troublante et étonnamment similaire aux propres peurs de Victor Frankenstein. Dans le roman, Victor refuse de faire un compagnon pour sa créature de peur que leurs enfants ne remplacent la race humaine, décrivant les enfants comme une race de diables et d'enfers qui pourraient faire de l'existence même de l'espèce humaine une condition précaire et plein de terreur.&rdquo

&ldquoSi vous cherchez un Frankenstein contemporain, c'est l'intelligence artificielle,&rdquo, dit Sparrow. &ldquoC'est là que les gens pensent qu'un jour il y a une chance que nous fassions quelque chose qui nous regardera en arrière, ou peut-être même décidera de nous anéantir.&rdquo

Dans le passé, Elon Musk a appelé à une surveillance réglementaire de la recherche sur l'IA pour s'assurer que personne ne fait quoi que ce soit d'insensé. C'est exactement ce que Noel Sharkey et d'autres de la Foundation for Responsible Robotics tentent de mettre en œuvre en commençant à un niveau beaucoup plus simple que la recherche d'une véritable IA. &ldquoNous devons être très prudents vis-à-vis du contrôle que nous cédons aux machines et toujours assurer une surveillance humaine,&rdquo, explique Sharkey.

&ldquoIl ne faudrait pas de machines super-intelligentes pour conquérir le monde. La stupidité naturelle des humains pourrait accorder trop de contrôle aux machines stupides, dit-il. &ldquoMais je crois en l'humanité et en notre capacité à rester en charge, à condition que nous commencions à mettre en place de bonnes politiques dès maintenant en réunissant toutes les parties prenantes pour discuter du bien commun.&rdquo

Shelley & rsquos avertissement

Dans l'adaptation cinématographique la plus récente du roman de Mary Shelley et de Victor Frankenstein, l'assistant Igor tente de rassurer une connaissance féminine effrayée avec les mots : "Chaque jour, la science et la technologie changent la façon dont nous vivons nos vies". Pourtant, il évite de déclarer comment les changements changent. pourrait affecter l'humanité.

À l'époque où Shelley écrivait Frankenstein, les Lumières - une époque de progrès rapides de la science et de la technologie - touchaient à leur fin. Son roman a souligné le problème de voir chaque progrès comme inévitablement une puissance pour le bien. Victor ne se rend compte que trop tard de ce qu'il cherchait à accomplir : « je l'avais désiré avec une ardeur qui dépassait de loin la modération mais maintenant que j'avais fini &la beauté du rêve s'évanouissait&& et l'horreur et le dégoût essoufflés remplissaient mon cœur».»

L'IA, la biologie synthétique et la matière programmable ont toutes le potentiel de changer nos vies, mais elles peuvent contenir l'essence de monstres que personne n'a voulu créer. La différence avec le roman est que les gens réfléchissent à la façon dont cela pourrait mal tourner - et comment l'empêcher. Faites juste attention à ceux qui prétendent que les résultats seront naturellement beaux.

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GM 2.0 ? 'L'édition de gènes' produit des OGM qui doivent être réglementés en tant qu'OGM

Il y a eu beaucoup d'actualités récemment sur l'éthique de l'édition de gènes chez l'homme.

Mais, jusqu'à présent largement inaperçu, la Commission européenne examine si l'édition de gènes de plantes et d'animaux, par exemple dans l'agriculture, doit être exemptée de réglementation ou même sortir du champ d'application de la législation de l'UE régissant les organismes génétiquement modifiés (OGM).

En d'autres termes, si les produits de l'édition de gènes doivent être étiquetés et réglementés en tant qu'OGM, ou autorisés à entrer dans la chaîne alimentaire sans être testés ni étiquetés.

Si vous croyez les affirmations des partisans, l'édition de gènes n'est rien de plus que le « coupage » de l'ADN des plantes et des animaux - rien d'inquiétant.

Mais la réalité est que l'édition de gènes est simplement GM 2.0, avec bon nombre des mêmes préoccupations et problèmes que les cultures GM que les Européens ont déjà rejetées.

Qu'est-ce que l'édition de gènes ?

L'édition de gènes est une forme de génie génétique. Il couvre une gamme de nouvelles techniques de laboratoire qui, tout comme les anciennes techniques de génie génétique, peuvent modifier le matériel génétique (généralement l'ADN) d'un organisme vivant, par exemple une plante ou un animal, sans sélection.

À bien des égards, ils sont similaires au génie génétique « traditionnel » que nous connaissons. La différence est que ces techniques peuvent modifier l'ADN de la plante ou de l'animal à un emplacement spécifique « ciblé », par rapport à l'insertion de gènes à des emplacements aléatoires caractéristiques des techniques précédentes.

Beaucoup de ces techniques peuvent être utilisées pour insérer des gènes d'une espèce non apparentée dans une plante ou un animal comme le fait le génie génétique traditionnel et les produits qui en résultent, avec leurs nouveaux gènes, seraient considérés comme des OGM. Mais toutes les applications de l'édition de gènes n'impliquent pas l'insertion de nouveaux gènes.

Le débat actuel concerne les applications de l'édition de gènes qui, au lieu d'insérer des gènes, réécrivent les gènes à l'aide d'une sorte de « machine à écrire à ADN ». La question est de savoir si les plantes et les animaux avec des gènes « modifiés » (sans nouveaux gènes insérés) devraient être réglementés en tant qu'OGM.

Les produits d'édition de gènes avec des gènes réécrits qui pourraient être importés, cultivés ou cultivés en Europe dans un avenir proche, y compris au Royaume-Uni, comprennent un colza tolérant aux herbicides, produit par une technique connue sous le nom de mutagenèse dirigée par oligonucléotides (ODM), et les bovins sans cornes, développés grâce à une technique connue sous le nom de « CRISPR ».

CRISPR est de plus en plus connu dans les milieux scientifiques car c'est une méthode particulièrement efficace d'édition de gènes.

Les risques de l'édition de gènes ?

Avec les cultures GM commerciales actuelles, l'une des principales préoccupations est que des effets inattendus peuvent résulter, et ont résulté, du processus de génie génétique, et que ceux-ci peuvent affecter la sécurité alimentaire et environnementale. Ces effets peuvent inclure des niveaux modifiés de toxines ou de composés nutritionnels et des changements dans la chimie des protéines, ce qui pourrait produire de nouveaux allergènes.

C'est pourquoi l'UE a mis en place des réglementations pour les organismes GM, les obligeant à subir une évaluation des risques environnementaux et sanitaires avant qu'ils ne soient cultivés ou élevés commercialement ou qu'ils n'entrent dans la chaîne alimentaire. Néanmoins, des doutes subsistent quant à l'efficacité de ces évaluations.

Le génie génétique « traditionnel » implique l'insertion aléatoire de gènes (ou de séquences génétiques) dans le génome d'un organisme. Les partisans nous disent que l'édition de gènes est beaucoup plus précise que les techniques de génie génétique que nous connaissons. Mais qu'entend-on exactement par « précis » ici ?

Les techniques d'édition de gènes peuvent peut-être être plus précises au niveau et au point où l'ADN est modifié, mais la manière dont cet ADN modifié pourrait affecter les interactions avec d'autres gènes et processus au sein de la cellule est largement inconnue. Il est important de noter que ces interactions de gène à gène au sein de la cellule se reflètent dans l'organisme dans son ensemble.

Les effets de l'ADN altéré sur la salubrité d'un aliment et la manière dont l'organisme interagit avec l'environnement sont loin d'être connus avec précision. Par conséquent, bien que l'édition de gènes puisse être plus précise à l'endroit prévu où l'ADN est modifié, il existe toujours un potentiel d'effets inattendus et imprévisibles.

De tels effets pourraient avoir des implications pour l'alimentation humaine, les aliments pour animaux et la sécurité environnementale s'ils augmentent les niveaux de composés toxiques, réduisent les niveaux de composés nutritionnels ou même produisent de nouveaux allergènes.

Altérations génétiques « hors cible »

Tout comme le génie génétique traditionnel, les techniques d'édition de gènes peuvent provoquer des altérations involontaires de l'ADN. Par exemple, plusieurs techniques d'édition de gènes utilisent des « ciseaux moléculaires » pour couper l'ADN dans le cadre du processus d'édition.

Ces ciseaux moléculaires ont parfois ce que l'on appelle des effets « hors cible ». Cela signifie que l'ADN est coupé à des endroits non voulus ainsi qu'aux endroits prévus, provoquant accidentellement des altérations génétiques supplémentaires.

D'autres techniques d'édition de gènes telles que l'ODM pourraient également éditer l'ADN au mauvais endroit. De plus, le gène nouvellement modifié pourrait interagir avec d'autres gènes de différentes manières, affectant la composition et la production de protéines, la chimie et le métabolisme.

De nombreuses techniques d'édition de gènes sont si nouvelles qu'il n'est pas encore possible d'évaluer pleinement le potentiel et les conséquences de changements involontaires. Il est important de noter que ce n'est pas parce que les organismes modifiés génétiquement ne contiennent pas d'ADN étranger qu'ils sont sûrs.

En outre, il existe de plus en plus de preuves d'effets « hors cible ». Le changement prévu (par exemple, la tolérance à un herbicide ou du bétail sans cornes) peut être clair à voir, mais les changements involontaires ne sont pas immédiatement apparents, et certainement pas apparents s'ils ne sont pas recherchés. C'est un cas de "ne regarde pas, ne trouve pas".

La loi est claire : l'édition de gènes reste du génie génétique

La question actuellement débattue dans l'UE est de savoir si de petites « modifications », c'est-à-dire des modifications, des insertions ou des suppressions, de segments d'ADN sans insertion de nouveaux gènes doivent également être considérées comme produisant un OGM, ou si elles ne relèvent pas du droit européen.

Au cœur de ce débat se trouve la question de savoir quelle est la distinction entre la sélection conventionnelle qui implique l'accouplement et les OGM. Tant dans le droit de l'UE (directive 2001/18) (Voir l'article 2, paragraphe 2, et les annexes, ci-dessous) et l'accord des Nations Unies sur les OGM - le protocole de Cartagena, conclu en vertu de la Convention sur la diversité biologique - les OGM impliquent de nouveaux arrangements de matériel génétique qui ne se produisent pas naturellement et des modifications du matériel génétique effectuées directement sans accouplement.

La directive contient des annexes qui définissent exactement quelles techniques de modification génétique relèvent ou non de la définition (reproduit intégralement ci-dessous). Cependant, l'édition de gènes n'est tout simplement pas mentionnée : la technologie n'existait pas en 2001 lorsque la loi a été écrite. Cela signifie que nous devons nous fier à la définition initiale :

« « Organisme génétiquement modifié (OGM) » : un organisme, à l'exception des êtres humains, dans lequel le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle »

De même, le Protocole de Cartagena, adopté en 2000, ne mentionne pas spécifiquement l'édition de gènes comme une technologie incluse dans sa définition. (version complète ci-dessous). Cependant, la technologie, encore une fois, est englobée par le sens simple des mots :

« « organisme vivant modifié » désigne tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne. « biotechnologie moderne » désigne l'application de : a. Techniques d'acide nucléique in vitro, y compris . "

En termes de directive, il est exact de dire que dans les organismes modifiés génétiquement « le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle ».

Pour ce qui est du Protocole de Cartagena, il est exact de dire qu'un organisme génétiquement modifié « possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenu grâce au . application de . Techniques d'acide nucléique in vitro".

Donc en fait - malgré les arguments juridiques abscons déployés par les défenseurs des OGM - la loi est parfaitement claire sur la question. Selon les définitions de l'UE et de Carthagène, l'édition de gènes produit des OGM.

Par conséquent, pour supprimer ou exempter l'édition de gènes de la réglementation, comme le souhaitent les défenseurs des OGM, l'UE devrait modifier la directive existante. S'il essayait d'interpréter la directive comme le souhaitent les défenseurs des OGM, la décision serait sûrement contestée devant la Cour européenne, par exemple par l'un des nombreux pays de l'UE opposés à l'utilisation d'OGM dans l'agriculture - où, à notre avis, elle devrait être invalidée.

Est-ce important si l'édition de gènes n'est pas classée comme une technique GM ?

Si les cultures et les animaux développés par des techniques d'édition de gènes sont officiellement considérés comme non GM, ou exemptés des lois de l'UE sur les OGM, alors ils entreront dans la chaîne alimentaire et dans l'environnement sans aucune réglementation ni étiquetage.

Cela signifie qu'il n'y aurait aucune évaluation de la sécurité alimentaire ou environnementale, aucune exigence de détecter toute altération involontaire de l'ADN des organismes ou de ses conséquences et aucune évaluation des implications du caractère produit par l'édition de gènes (par exemple, la tolérance aux herbicides).

Les denrées alimentaires modifiées génétiquement n'auraient pas à être étiquetées. Les consommateurs européens ont dit catégoriquement "Non!" aux cultures GM, pourtant il n'y aurait aucun moyen pour les consommateurs et les agriculteurs d'éviter les cultures et les animaux modifiés génétiquement s'ils n'étaient pas classés (et donc étiquetés) comme OGM.

Il est important de noter que bien que l'édition de gènes puisse être promue comme ne provoquant que de petits changements dans l'ADN, elle peut être utilisée à plusieurs reprises pour obtenir des modifications substantielles d'un ou même de plusieurs gènes. Cela soulève la préoccupation que les modifications pourraient impliquer l'introduction, par exemple, de toutes nouvelles voies chimiques au sein d'une plante ou d'un animal avec un potentiel élevé d'effets inattendus.

De tels organismes se retrouveraient dans notre environnement et dans nos assiettes sans aucune réglementation si les techniques d'édition de gènes ne sont pas couvertes par la réglementation sur les OGM.

Les lois de l'UE sur les OGM ont été conçues pour protéger contre le risque d'organismes développés par l'altération directe du matériel génétique à l'aide des biotechnologies modernes (par exemple, par in vitro techniques) entrant dans l'environnement et la chaîne alimentaire.

Il est clair que les cultures génétiquement modifiées et les animaux doivent être évalués comme des OGM de la même manière que les cultures GM actuelles. Sinon, les citoyens de l'UE seront involontairement exposés aux risques du génie génétique sans tests ni étiquetage, tout comme l'environnement, la biodiversité et l'agriculture.

Dr Janet Cotter dirige une société de conseil en environnement, Logos Environmental. Elle était auparavant Senior Scientist chez Greenpeace International pendant 15 ans.

Dr Ricarda Steinbrecher est biologiste, généticien et co-directeur d'EcoNexus. Elle travaille sur les OGM depuis 1995, en particulier les processus dirigés par l'ONU sur la biosécurité, l'évaluation des risques des organismes génétiquement modifiés et la biologie synthétique. Elle est membre fondatrice du Réseau européen de scientifiques pour la responsabilité sociale et environnementale et travaille avec la société civile et les groupes de petits agriculteurs du monde entier.

Rapports supplémentaires par L'écologiste.

Lectures complémentaires

Protocole de Carthagène - utilisation des termes

(g) « organisme vivant modifié » désigne tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne

(h) « organisme vivant » désigne toute entité biologique capable de transférer ou de répliquer du matériel génétique, y compris les organismes stériles, les virus et les viroïdes

(i) « Biotechnologie moderne » désigne l'application :
une. Techniques d'acide nucléique in vitro, y compris l'acide désoxyribonucléique (ADN) recombinant et injection directe d'acide nucléique dans des cellules ou des organites, ou
b. Fusion de cellules au-delà de la famille taxonomique, qui surmontent les barrières physiologiques naturelles de reproduction ou de recombinaison et qui ne sont pas des techniques utilisées dans l'élevage et la sélection traditionnels

Directive 2011/18, article 2, paragraphe 2 et annexes

« Organisme génétiquement modifié (OGM) » désigne un organisme, à l'exception des êtres humains, dans lequel le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle

Aux termes de cette définition :

(a) la modification génétique se produit au moins par l'utilisation des techniques énumérées à l'annexe I A, partie 1

(b) les techniques énumérées à l'annexe I A, partie 2, ne sont pas considérées comme entraînant une modification génétique

TECHNIQUES VISÉES À L'ARTICLE 2, PARAGRAPHE 2

Les techniques de modification génétique visées à l'article 2, paragraphe 2, point a), sont notamment :

(1) techniques d'acide nucléique recombinant impliquant la formation de nouvelles combinaisons de matériel génétique par l'insertion de molécules d'acide nucléique produites par quelque moyen que ce soit en dehors d'un organisme, dans tout virus, plasmide bactérien ou autre système vecteur et leur incorporation dans un organisme hôte dans lequel ils ne se produisent pas naturellement mais dans lesquels ils sont capables de se propager en continu

(2) techniques impliquant l'introduction directe dans un organisme de matériel héréditaire préparé à l'extérieur de l'organisme, y compris la micro-injection, la macro-injection et la micro-encapsulation

(3) la fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) ou les techniques d'hybridation où des cellules vivantes avec de nouvelles combinaisons de matériel génétique héréditaire sont formées par la fusion de deux ou plusieurs cellules au moyen de méthodes qui ne se produisent pas naturellement.

Les techniques visées à l'article 2, paragraphe 2, point b), qui ne sont pas considérées comme entraînant une modification génétique, à condition qu'elles n'impliquent pas l'utilisation de molécules d'acide nucléique recombinantes ou d'organismes génétiquement modifiés fabriqués par des techniques/méthodes autres que celles exclues par Annexe IB :

(2) processus naturels tels que : conjugaison, transduction, transformation,

TECHNIQUES VISEES A L'ARTICLE 3

Les techniques/méthodes de modification génétique produisant des organismes à exclure de la directive, à condition qu'elles n'impliquent pas l'utilisation de molécules d'acide nucléique recombinantes ou d'organismes génétiquement modifiés autres que ceux produits par une ou plusieurs des techniques/méthodes énumérées ci-dessous sont :

(2) la fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) de cellules végétales d'organismes qui peuvent échanger du matériel génétique par des méthodes de sélection traditionnelles.


L'édition de gènes a anéanti une population de moustiques lors de tests en laboratoire

Le moustique vecteur du paludisme Anopheles gambiaeles jours peuvent être comptés. Les scientifiques ont mis au point un forçage génétique qui a anéanti les populations de moustiques lors de tests en laboratoire.

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26 octobre 2018 à 8h28

L'édition de gènes peut pousser une espèce de moustique porteur du paludisme à l'extinction.

Ces nouveaux résultats proviennent d'une étude en laboratoire à petite échelle. Les chercheurs ont utilisé un outil de génie génétique pour apporter des modifications aux espèces appelées Anopheles gambiae (Ah-NOF-eh-lees GAM-abeille-aye). En conséquence, les moustiques ont cessé de produire une progéniture en huit à 12 générations. Les chercheurs ont rapporté ce 24 septembre dans Biotechnologie naturelle. Si la découverte se maintient dans des études plus importantes, cet outil pourrait être le premier capable d'éliminer une espèce de moustique vecteur de maladie.

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Explication : Comment fonctionne CRISPR

"C'est un grand jour", déclare James Bull. Il est biologiste évolutionniste à l'Université du Texas à Austin. Il n'a pas participé à l'étude. "Nous voici avec une technologie qui pourrait changer radicalement la santé publique du monde entier." C'est parce que A. gambiae est le principal moustique qui propage le paludisme en Afrique. La maladie tue plus de 400 000 personnes chaque année dans le monde, selon l'Organisation mondiale de la santé. Beaucoup de ceux qui meurent sont des enfants.

Les chercheurs ont modifié les gènes des moustiques avec un forçage génétique. Le forçage génétique utilise les « ciseaux » moléculaires connus sous le nom de CRISPR/Cas9 pour se copier et se coller dans l'ADN d'un organisme à des endroits précis. Ils sont conçus pour briser les règles de l'héritage. Ils peuvent rapidement propager une modification génétique à toute la progéniture.

Le nouveau forçage génétique brise un gène de moustique appelé doublesexe. Les moustiques femelles qui héritent de deux copies du gène brisé se développent comme les mâles. Ils sont incapables de mordre ou de pondre des œufs. Être incapable de mordre signifie qu'ils ne peuvent pas propager le parasite du paludisme. Les mâles et les femelles qui héritent d'une seule copie du gène perturbé se développent normalement et sont fertiles. Les mâles ne mordent pas, qu'ils aient ou non le forçage génétique.

Changer les gènes

Dans chacune des deux cages, les chercheurs ont placé 300 femelles et 150 mâles normaux A. gambiae les moustiques. Ensuite, ils ont ajouté 150 hommes porteurs du forçage génétique. Dans chaque génération, 95 à plus de 99 % des descendants ont hérité du forçage génétique. Normalement, seulement 50 pour cent des descendants héritent d'un gène.

En sept générations, tous les moustiques d'une cage portaient le forçage génétique. Aucun œuf n'a été produit dans la génération suivante. La population s'est éteinte. Dans l'autre cage, il a fallu 11 générations pour que le forçage génétique se propage à tous les moustiques et écrase la population. Les insectes dans cette cage n'ont fait aucune progéniture dans la génération 12.

D'autres études sur le forçage génétique ont fait des simulations informatiques pour prédire combien de temps il faudrait pour que les lecteurs se propagent à travers une population. C'est la première fois que l'approche réussit chez de vrais moustiques.

D'autres types de forçage génétique ont également été transmis à la progéniture à des taux élevés. Mais dans ces expériences, des modifications de l'ADN, ou des mutations, qui détruisent le site de coupe pour CRISPR/Cas9 sont apparues. Cela a permis aux moustiques porteurs de la mutation de résister à la pulsion.

Quelques moustiques de la nouvelle étude ont également développé des mutations. Cependant, "aucune résistance n'a été observée", explique le co-auteur de l'étude Andrea Crisanti. Il est généticien médical en Angleterre à l'Imperial College de Londres. Ces mutations ont brisé le doublesexe gène. Les femelles avec ces gènes brisés étaient stériles et ne pouvaient pas transmettre les mutations à la génération suivante.

Tous les insectes ont une version de doublesexe. « Nous pensons que ce gène peut représenter [une vulnérabilité] pour le développement de nouvelles mesures de lutte antiparasitaire », déclare Crisanti.

A. gambiae aime mordre les gens. Cela le rend efficace pour propager le paludisme d'une personne à l'autre. Le forçage génétique soulève désormais la perspective de provoquer délibérément l'extinction de cette espèce.

« Si vous disposez d'une technologie capable d'éradiquer ce [moustique], il serait contraire à l'éthique de ne pas l'utiliser », déclare Omar Akbari. Il est généticien à l'Université de Californie à San Diego. Il n'a pas été impliqué dans le travail. Mais Akbari pense qu'il est peu probable que le forçage génétique fonctionne aussi bien dans la nature qu'en laboratoire. C'est parce que la résistance est vouée à apparaître à un moment donné.

Personne ne sait non plus ce qui arrivera à l'environnement si tous les moustiques meurent. Il pourrait y avoir des problèmes pour les espèces qui mangent des moustiques, par exemple. On ignore également si le forçage génétique pourrait être transmis à d'autres espèces. Et si un «méchant à la James Bond» utilisait un forçage génétique similaire pour attaquer les abeilles ou d'autres insectes utiles, explique Philipp Messer. Il est généticien des populations à l'Université Cornell à Ithaca, N.Y. « Les humains trouveront toujours des moyens d'abuser [de la technologie]. Et dans ce cas, c'est tellement facile. C'est ce qui m'inquiète."

Mots de pouvoir

la biologie L'étude des êtres vivants. Les scientifiques qui les étudient sont appelés biologistes.

Cas9 Une enzyme que les généticiens utilisent maintenant pour aider à modifier les gènes. Il peut couper l'ADN, ce qui lui permet de réparer des gènes brisés, d'en épisser de nouveaux ou de désactiver certains gènes. Cas9 est dirigé vers l'endroit où il est censé effectuer des coupes par les CRISPR, un type de guides génétiques. L'enzyme Cas9 provient de bactéries. Lorsque des virus envahissent une bactérie, cette enzyme peut hacher l'ADN du germe, le rendant inoffensif.

coauteur Un membre d'un groupe (deux personnes ou plus) qui ont préparé ensemble un travail écrit, tel qu'un livre, un rapport ou un document de recherche.Tous les coauteurs n'ont peut-être pas contribué de manière égale.

CRISPR Une abréviation &mdash prononcée plus nette &mdash pour le terme &ldquoclustered de courtes répétitions palindromiques régulièrement espacées.&rdquo Ce sont des morceaux d'ARN, une molécule porteuse d'informations. Ils sont copiés à partir du matériel génétique des virus qui infectent les bactéries. Lorsqu'une bactérie rencontre un virus auquel elle a été précédemment exposée, elle produit une copie d'ARN du CRISPR qui contient les informations génétiques de ce virus. L'ARN guide ensuite une enzyme, appelée Cas9, pour découper le virus et le rendre inoffensif. Les scientifiques construisent maintenant leurs propres versions des ARN CRISPR. Ces ARN fabriqués en laboratoire guident l'enzyme pour couper des gènes spécifiques dans d'autres organismes. Les scientifiques les utilisent, comme des ciseaux génétiques, pour modifier &mdash ou modifier &mdash des gènes spécifiques afin qu'ils puissent ensuite étudier le fonctionnement du gène, réparer les dommages causés aux gènes brisés, insérer de nouveaux gènes ou désactiver les gènes nocifs.

développer Émerger ou naître, soit naturellement, soit par une intervention humaine, comme par la fabrication. (en biologie) Se développer en tant qu'organisme de la conception à l'âge adulte, en subissant souvent des changements de chimie, de taille et parfois même de forme.

perturber (n. perturbation) Briser quelque chose, interrompre le fonctionnement normal de quelque chose ou mettre en désordre l'organisation (ou l'ordre) normal de quelque chose.

ADN (abréviation d'acide désoxyribonucléique) Une longue molécule à double brin et en forme de spirale à l'intérieur de la plupart des cellules vivantes qui porte des instructions génétiques. Il est construit sur une épine dorsale d'atomes de phosphore, d'oxygène et de carbone. Dans tous les êtres vivants, des plantes et des animaux aux microbes, ces instructions indiquent aux cellules quelles molécules fabriquer.

écologie Branche de la biologie qui traite des relations des organismes entre eux et avec leur environnement physique. Un scientifique qui travaille dans ce domaine s'appelle un écologiste.

Oeuf La cellule reproductrice non fécondée fabriquée par les femelles.

ingénierie Domaine de recherche qui utilise les mathématiques et les sciences pour résoudre des problèmes pratiques.

éradiquer Pour éliminer ou anéantir délibérément, comme une population de vermine (rats ou cafards, par exemple) habitant un site particulier.

évolutionniste Un adjectif qui fait référence aux changements qui se produisent au sein d'une espèce au fil du temps à mesure qu'elle s'adapte à son environnement. De tels changements évolutifs reflètent généralement la variation génétique et la sélection naturelle, qui laissent un nouveau type d'organisme mieux adapté à son environnement que ses ancêtres. Le nouveau type n'est pas nécessairement plus « avancé », mais simplement mieux adapté aux conditions dans lesquelles il s'est développé.

biologiste évolutionniste Quelqu'un qui étudie les processus d'adaptation qui ont conduit à la diversité de la vie sur Terre. Ces scientifiques peuvent étudier de nombreux sujets différents, y compris la microbiologie et la génétique des organismes vivants, la façon dont les espèces changent pour s'adapter et les archives fossiles (pour évaluer comment diverses espèces anciennes sont liées les unes aux autres et aux parents modernes).

extinction La perte permanente d'une espèce, d'une famille ou d'un groupe plus large d'organismes.

fertile Assez vieux et capable de se reproduire.

gène (adj. génétique) Un segment d'ADN qui code, ou contient des instructions, pour la production d'une protéine par une cellule. Les descendants héritent des gènes de leurs parents. Les gènes influencent l'apparence et le comportement d'un organisme.

forçage génétique Une technique pour introduire de nouveaux morceaux d'ADN dans les gènes pour changer leur fonction. Contrairement à d'autres techniques de génie génétique, les forçages génétiques s'auto-propagent. Cela signifie qu'ils font plus d'eux-mêmes, faisant partie de chaque gène cible inchangé qu'ils rencontrent. En conséquence, ils sont transmis à plus de 50 pour cent d'une progéniture animale modifiée, et se «conduisent» rapidement dans les populations.

modification des gènes L'introduction délibérée de modifications dans les gènes par les chercheurs.

génération Groupe d'individus (de n'importe quelle espèce) nés à peu près au même moment ou considérés comme un seul groupe. Vos parents appartiennent à une génération de votre famille, par exemple, et vos grands-parents à une autre. De même, vous et tout le monde à quelques années de votre âge sur la planète êtes considérés comme appartenant à une génération particulière d'humains. Le terme est également parfois étendu aux classes d'âge d'autres animaux ou à des types d'objets inanimés (tels que l'électronique ou les automobiles).

ingénierie génétique La manipulation directe du génome d'un organisme. Dans ce processus, les gènes peuvent être supprimés, désactivés afin qu'ils ne fonctionnent plus, ou ajoutés après avoir été prélevés sur d'autres organismes. Le génie génétique peut être utilisé pour créer des organismes qui produisent des médicaments ou des cultures qui poussent mieux dans des conditions difficiles telles que le temps sec, les températures chaudes ou les sols salés.

insecte Un type d'arthropode qui, à l'âge adulte, aura six pattes segmentées et trois parties du corps : une tête, un thorax et un abdomen. Il existe des centaines de milliers d'insectes, dont les abeilles, les coléoptères, les mouches et les mites.

paludisme Maladie causée par un parasite qui envahit les globules rouges. Le parasite est transmis par les moustiques, principalement dans les régions tropicales et subtropicales.

mutation (v. muter) Certains changements qui se produisent dans un gène dans l'ADN d'un organisme. Certaines mutations se produisent naturellement. D'autres peuvent être déclenchés par des facteurs extérieurs, tels que la pollution, les radiations, les médicaments ou quelque chose dans l'alimentation. Un gène avec ce changement est appelé un mutant.

organisme Tout être vivant, des éléphants et des plantes aux bactéries et autres types de vie unicellulaire.

parasite Un organisme qui tire des avantages d'une autre espèce, appelé hôte, mais ne fournit aucun avantage à cet hôte. Les exemples classiques de parasites incluent les tiques, les puces et les ténias.

population (en biologie) Un groupe d'individus de la même espèce qui vit dans la même région.

la résistance (comme dans la résistance aux médicaments) La réduction de l'efficacité d'un médicament pour guérir une maladie, généralement une infection microbienne. (comme dans la résistance aux maladies) La capacité d'un organisme à combattre la maladie.

simulation (v. simuler) Une analyse, souvent effectuée à l'aide d'un ordinateur, de certaines conditions, fonctions ou apparence d'un système physique. Un programme informatique le ferait en utilisant des opérations mathématiques qui peuvent décrire le système et comment il pourrait changer au fil du temps ou en réponse à différentes situations anticipées.

espèce Groupe d'organismes similaires capables de produire une progéniture capable de survivre et de se reproduire.

stérile Un adjectif qui signifie dépourvu de vie &mdash ou au moins de germes. (en biologie) Un organisme qui est physiquement incapable de se reproduire.

La technologie L'application des connaissances scientifiques à des fins pratiques, en particulier dans l'industrie &mdash ou les dispositifs, processus et systèmes qui résultent de ces efforts.

Organisation mondiale de la santé Agence des Nations Unies, créée en 1948, pour promouvoir la santé et lutter contre les maladies transmissibles. Il est basé à Genève, en Suisse. Les Nations Unies comptent sur l'OMS pour assurer un leadership international sur les questions de santé mondiale. Cette organisation contribue également à façonner le programme de recherche sur les problèmes de santé et établit des normes pour les polluants et autres éléments susceptibles de présenter un risque pour la santé. L'OMS examine également régulièrement les données pour définir des politiques visant à maintenir la santé et un environnement sain.

Citations

À propos de Tina Hesman Saey

Tina Hesman Saey est la rédactrice principale et rapporte sur la biologie moléculaire. Elle a un doctorat. en génétique moléculaire de l'Université de Washington à St. Louis et une maîtrise en journalisme scientifique de l'Université de Boston.

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Les avantages et les inconvénients des humains génétiquement modifiés

Aujourd'hui, il y a beaucoup de peur et d'anxiété autour de la perspective de modifier génétiquement des êtres humains. Pourtant, il semble de plus en plus que cela deviendra de plus en plus courant dans les décennies à venir.

Au cours de la dernière année, j'ai eu l'occasion de parler avec des membres de la communauté scientifique et des affaires travaillant sur le génie génétique. J'ai discuté avec eux de la manière dont cette technologie pourrait évoluer et des avantages et risques potentiels pour la société. Dans cet article, je partagerai ce que j'ai appris, au cas où d'autres le trouveraient intéressant.

Pourquoi devrions-nous nous soucier du génie génétique?

Il pourrait aider à éliminer des centaines de maladies. Il pourrait éliminer de nombreuses formes de douleur et d'anxiété. Cela pourrait augmenter l'intelligence et la longévité. Cela pourrait changer l'échelle du bonheur et de la productivité humaine de plusieurs ordres de grandeur. Il n'y a qu'une poignée de domaines de recherche dans le monde avec autant de potentiel.

Avec un zoom arrière, le génie génétique pourrait être considéré comme un événement historique comparable à l'explosion cambrienne dans la façon dont il a changé le rythme de l'évolution. Quand la plupart des gens pensent à l'évolution, ils pensent à l'évolution biologique par sélection naturelle, mais ce n'est qu'une forme. Au fil du temps, il sera probablement remplacé par d'autres formes d'évolution qui agissent beaucoup plus rapidement. Quels sont certains d'entre eux? Les candidats dans mon esprit sont (1) l'intelligence artificielle, ou la vie synthétique, se reproduisant et mutant à un rythme rapide (2) la vie biologique, le génie génétique étant utilisé pour adopter une approche plus directive, et (3) un hybride fusionné du deux. Au lieu d'attendre des centaines de milliers d'années pour que des mutations bénéfiques apparaissent (comme dans le cas de la sélection naturelle), nous pourrions commencer à voir des changements bénéfiques chaque année.

Tout cela semble assez tiré par les cheveux, je ne pense pas que cela se produira bientôt dans un proche avenir.

Il est important de déterminer si nous pensons quelque chose volonté arriver de savoir si nous le pensons devrait arriver. Beaucoup de gens sont mal à l'aise à l'idée que cela se produise, et cela influence leur prédiction de la probabilité que cela se produise.

Considérez où nous en sommes aujourd'hui :

  • Les humains ont modifié génétiquement des organismes pendant des milliers d'années en utilisant la reproduction sélective (par opposition à la sélection naturelle).
  • À partir des années 1970, les humains ont commencé à modifier l'ADN directement des plantes et des animaux, en créant des aliments OGM, etc.
  • Aujourd'hui, un demi-million de bébés naissent chaque année grâce à la fécondation in vitro (FIV). De plus en plus, cela comprend le séquençage des embryons pour les dépister pour les maladies et la mise à terme de l'embryon le plus viable (une forme de génie génétique, sans réellement faire de modifications).
  • En 2018, He Jiankui a créé les premiers bébés génétiquement modifiés en Chine.
  • En 2019, un certain nombre d'essais cliniques approuvés par la FDA pour les thérapies géniques ont commencé.

Le génie génétique est donc déjà en train de se produire sur les humains aujourd'hui, et je ne vois aucune raison pour laquelle cela s'arrêterait.

Avec la création de CRISPR et de techniques similaires, nous avons assisté à une explosion de la recherche autour de la modification de l'ADN. Je recommande de lire le livre de Jennifer Doudna et Samuel Sternberg, A Crack In Creation, pour un bon aperçu de ce sujet.

De nombreuses recherches sont en cours, mais en fait, la modification de l'ADN humain ne sera pas autorisée. Vous ne pensez pas vraiment que les gens devraient avoir des bébés sur mesure, n'est-ce pas ?

S'il a le potentiel d'éradiquer de nombreuses maladies et de minimiser les souffrances humaines, je pense que nous devons continuer à le rechercher, avec la prudence et la prudence qu'il mérite.

Certains diront que chaque enfant a le droit de rester génétiquement non modifié, et d'autres diront que chaque enfant a le droit de naître sans maladies évitables. Nous prenons de nombreuses décisions au nom des enfants pour essayer de les aider à avoir une vie meilleure, et je ne vois pas pourquoi ce serait une exception.

De nombreux nouveaux traitements médicaux posent des problèmes éthiques similaires au fur et à mesure de leur développement. En règle générale, les nouveaux médicaments sont testés sur des souris, puis sur des patients en phase terminale, puis lentement sur des groupes de personnes plus larges. Ils passent par des essais de la FDA pour la sécurité et l'efficacité. Il existe une voie bien établie pour tester de nouvelles thérapies. Le génie génétique peut avoir plus de potentiel (à la fois pour le bien et pour le mal) que la plupart des nouveaux traitements médicaux, mais cela ne signifie pas qu'un processus similaire ne peut pas être suivi.

L'Académie nationale américaine des sciences et l'Académie nationale de médecine ont également apporté un soutien qualifié à l'édition du génome humain en 2017 « une fois que des réponses ont été trouvées aux problèmes de sécurité et d'efficacité… mais uniquement pour des conditions graves sous une surveillance stricte ».

En ce qui concerne les « bébés sur mesure », les gens utilisent ce terme pour désigner le choix de traits comme la taille ou la couleur des yeux qui ne sont pas liés à la santé. Je pense que certains parents voudront choisir des attributs comme ceux-ci, mais ce n'est pas de là que proviendront la plupart des avantages potentiels. Je vais en discuter un peu plus bas.

Enfin, ce ne seront pas que des bébés. Les adultes seront également génétiquement modifiés à un moment donné.

Je ne sais pas. Il semble tout simplement faux de "jouer à Dieu" et de s'installer sur ce territoire.

Pensez à la chirurgie. Il y a trois cents ans, cela devait sembler assez étrange de « jouer à Dieu » et de découper un corps humain. La chirurgie était également un processus incroyablement risqué et grossier (le bras ou la jambe de quelqu'un pouvait être amputé sur un champ de bataille pour tenter de sauver sa vie, par exemple). Au fil du temps, la chirurgie est devenue beaucoup plus sûre et nous avons commencé à l'utiliser dans des situations moins mortelles. Aujourd'hui, les gens subissent une chirurgie purement élective ou esthétique.

La même chose sera probablement vraie avec le génie génétique. Il peut commencer à n'être utilisé que dans des situations extrêmes où les gens n'ont pas d'autres options, mais il pourrait éventuellement devenir suffisamment sûr lorsque les gens se modifient génétiquement pour des raisons purement esthétiques (par exemple, pour changer la couleur de leurs cheveux). À mon avis, il n'y a rien de mal en soi à ce que les gens veuillent changer, améliorer ou guérir leur propre corps, même si certaines utilisations sont plus urgentes que d'autres. Et chacun devrait faire ce choix pour lui-même (je ne prétendrais pas faire le choix pour eux).

Nous ne connaîtrons pas les effets à long terme sur les gens avant de nombreuses décennies. Je ne voudrais certainement pas être l'un des premiers à le faire!

Il existe une idée fausse selon laquelle les premières modifications apportées chez les humains seront totalement imprévisibles. Il y a des gènes qu'une personne sur dix sur terre possède, ce qui les rend en meilleure santé d'une manière ou d'une autre. Il sera plus sûr que beaucoup de gens ne le pensent d'introduire ce gène chez quelqu'un qui ne l'a pas, car il peut être largement étudié dans la population existante. La plupart des nouveaux médicaments sont introduits sur le marché avec seulement des centaines ou des milliers de personnes qui en ont pris pendant les périodes d'essai, et c'est une barre suffisante pour démontrer l'innocuité. Ainsi, un gène qu'un milliard de personnes dans le monde possède déjà pourrait potentiellement être beaucoup plus sûr que tout nouveau médicament jamais mis sur le marché.

De plus, de nouvelles thérapies sont souvent testées sur des personnes en phase terminale qui n'ont pas d'autres options, de sorte que les personnes en bonne santé ne seraient probablement pas le marché initial.

Cela ne signifie pas qu'il ne peut pas y avoir d'autres risques dans la procédure, mais l'idée qu'une modification d'un génome humain aurait des résultats totalement imprévisibles est fausse.

De nombreuses conditions ne sont pas contrôlées par un ou deux gènes. Ce ne sera donc pas aussi simple que vous le dites pour éradiquer la maladie.

C'est vrai. Les maladies existent sur un spectre allant d'un seul gène coupable à plusieurs milliers de variantes à risque qui augmentent ou diminuent la sensibilité aux facteurs environnementaux. Un nombre croissant de recherches progresse de la découverte de ces causes monogéniques (gène unique) de maladies à la découverte des causes de maladies plus complexes (polygéniques). Les résultats s'améliorent rapidement grâce à des ensembles de données plus volumineux, à un séquençage moins coûteux et à l'utilisation de l'apprentissage automatique.

Même dans un monde où seules de simples modifications génétiques étaient possibles, de nombreuses souffrances humaines pourraient être éliminées. Par exemple, Verve développe des thérapies géniques pour réduire la prévalence des maladies cardiaques, l'une des principales causes de décès dans le monde, avec des modifications relativement petites. Mais d'autres conditions, comme la dépression ou le diabète, ne semblent pas être causées par un seul gène, ou même une poignée de gènes.

Heureusement, l'apprentissage automatique (et des techniques telles que l'apprentissage en profondeur) sont bien adaptés à la résolution de problèmes complexes et multivariés tels que la notation des risques polygéniques, et l'apprentissage automatique s'améliore à un rythme incroyable en ce moment. Des entreprises comme GenomicPrediction ont commencé à proposer des scores de risque polygénique aux futurs parents. De plus, les ensembles de données de génomes séquencés ne cessent de s'agrandir (certains ont plus d'un million de génomes séquencés à ce stade), ce qui améliorera la précision des modèles d'apprentissage automatique au fil du temps.

Beaucoup de choses ne sont pas contrôlées par la génétique. Vous ne pouvez pas faire des humains heureux/en bonne santé simplement avec le génie génétique.

Vrai aussi. De nombreux facteurs environnementaux et liés au mode de vie doivent être pris en compte, en plus de la génétique. Les éléments de style de vie/d'éducation sont des défis difficiles en eux-mêmes, mais heureusement, nous avons un certain contrôle sur eux. Par exemple, nous pouvons manger des aliments plus sains, faire des promenades ou faire de l'exercice. Mais en revanche, nous avons très peu de contrôle sur notre génétique aujourd'hui.

La plupart des gens tiennent pour acquis qu'ils ne peuvent jamais changer leurs gènes, ce qui est en fait assez triste si on y pense. C'est terrible d'être coincé dans n'importe quelle situation où vous êtes impuissant à le changer. Imaginez la personne qui lutte continuellement avec son poids, peu importe à quel point elle se concentre sur l'exercice et l'alimentation, se comparant à des personnes qui semblent manger ce qu'elles veulent sans prendre un kilo. La nature peut être très cruelle envers nous, et les gènes peuvent créer un terrain de jeu inégal dans la vie. Le génie génétique n'est peut-être pas la solution complète, mais il en débloquerait certainement une grande partie.

C'est une pente glissante de la prévention des maladies à l'amélioration, où tracer la ligne ?

La réponse probable est qu'il n'y a pas de ligne claire et que nous n'en tracerons pas une. La fenêtre d'overton continuera de changer à mesure que les gens deviendront plus à l'aise avec le génie génétique.

Le génie génétique commencera par se concentrer sur la prévention des maladies, car c'est la forme la plus socialement acceptable à l'heure actuelle. Mais, par exemple, si vous avez un gène qui crée une faible densité osseuse (ce qui vous prédispose à l'ostéoporose), et que vous corrigez cela avec le génie génétique, vos os plus forts préviennent-ils la maladie ou sont-ils une amélioration (vous permettant de faire du sport et de soulever choses lourdes) ? La réponse est les deux. Il y a beaucoup de lignes floues comme celle-ci. Pour moi, le but est simplement d'améliorer la condition humaine, donc la distinction entre prévenir les mauvais résultats et créer de bons résultats est moins pertinente.

De plus, il est à noter que nous faisons tout le temps aujourd'hui des choses pour « rehausser » le corps humain (porter des chaussures de course, mettre de la crème solaire, des verres correcteurs, etc.). Et nous faisons même des choses pour nous améliorer génétiquement aujourd'hui, comme choisir avec qui avoir des enfants ou des couples qui font un dépistage par FIV. L'amélioration génétique peut être effrayante pour certaines personnes aujourd'hui, mais je pense que c'est principalement parce qu'elle est nouvelle. Au fil du temps, cela pourrait être considéré comme normal comme une chirurgie LASIK pour réparer votre vue.

Si tout le monde veut avoir un certain trait, cela ne créera-t-il pas moins de diversité dans le monde ?

Il existe certains gènes, comme ceux qui augmentent votre risque de maladie cardiaque, que la plupart des gens voudront éliminer. Donc, dans ce sens, il pourrait y avoir moins de diversité génétique.Mais je ne pense pas que ce sera une tendance écrasante pour deux raisons. La première est qu'il existe une grande variété dans les préférences humaines (dans ce qui est considéré comme beau, par exemple) et la seconde est que beaucoup de gens ont le désir de se démarquer et d'être uniques. S'il devient bon marché et omniprésent pour devenir une définition du beau, alors il n'aura plus le même cachet et les préférences évolueront, tout comme dans la mode. Quand vous pourrez être qui vous voulez, je pense que nous verrons en fait une plus grande diversité, pas moins.

Vous pouvez avoir un aperçu de ce à quoi cela pourrait ressembler dans les jeux vidéo d'aujourd'hui, où les gens peuvent créer leur propre avatar. Lorsque les gens peuvent être le personnage qu'ils veulent, la gamme d'expression est beaucoup plus grande que dans la vraie vie.

Le génie génétique pourrait également aider les couples de même sexe à avoir des enfants génétiquement apparentés, ce qui serait un nouveau développement. Et cela pourrait même conduire à des enfants qui sont le produit de plus de deux personnes. Imaginez un enfant qui est le produit de dix, voire cent, personnes.

Enfin, nous pouvons voir des gens se changer d'une manière qui ne peut pas se produire naturellement aujourd'hui (doigts palmés ? écailles ? vision nocturne comme un chat ?). Si nous sommes vraiment capables de maîtriser le génie génétique au cours du siècle à venir, il y aura beaucoup de belles nouvelles formes d'expression individuelle que nous ne pouvons même pas imaginer aujourd'hui. L'idée même de ce que signifie être humain va changer.

De nombreux grands entrepreneurs et artistes souffraient de TDAH, d'autisme, de dépression, de schizophrénie et d'autres conditions que les gens pourraient vouloir éliminer grâce au génie génétique. Dans ce monde, ces qualités ne seraient-elles pas éliminées au nom du conformisme et de l'aversion au risque ?

Je ne pense pas. Les parents aspirent à ce que leurs enfants soient toutes sortes de choses dans la vie : artistes, scientifiques, politiciens, généraux, chefs religieux, entrepreneurs, etc. Chacun peut avoir des traits génétiques en commun et d'autres très différents. S'il s'avérait que la meilleure chance de devenir un artiste à succès était de commencer avec un certain ensemble de gènes qui incluaient le TDAH, je soupçonne que de nombreux parents opteraient toujours pour cela.

Nous nous retrouverons probablement dans un monde avec des valeurs aberrantes beaucoup plus brillantes, si les parents peuvent avoir une longueur d'avance génétique pour élever le prochain Picasso ou Einstein. D'autres parents opteront pour l'équilibre. Il n'y a pas de bonne ou de mauvaise réponse, juste des préférences.

Enfin, ce n'est pas parce que nous voyons des exemples comme ceux ci-dessus aujourd'hui que cela doit être le cas à l'avenir. Les gens brillants sont souvent « pointus » (valeurs aberrantes dans quelques domaines avec de graves déficiences dans d'autres), mais dans un monde où le génie génétique est maîtrisé, il peut y avoir des gens avec tous les avantages (et plus), avec peu ou pas d'inconvénients , il n'y a donc aucune garantie que les deux doivent être liés.

Cela conduira-t-il à l'eugénisme des temps modernes ?

Je ne pense pas. L'eugénisme historique a été défini par le gouvernement et les groupes politiques essayant de modifier le patrimoine génétique par la force. En revanche, les thérapies géniques introduites de nos jours augmenteront les choix pour les individus qui peuvent prendre leurs propres décisions. Quand les gens peuvent choisir comment ils veulent se modifier et se soigner (et leurs enfants), je pense que ce sera, en général, libérateur.

Il y a des gens dans la société qui pourraient essayer d'abuser de cette technologie (comme n'importe quelle technologie), mais tant qu'elle est largement disponible, je pense que cela atténue beaucoup de risques. Il est peu probable qu'un pays ou un groupe politique ait un accès exclusif au génie génétique pendant longtemps (il fait l'objet de nombreuses recherches à l'échelle mondiale, avec de nombreux échanges d'informations entre les groupes, à la fois de manière formelle et informelle).

Un jour, le génie génétique permettra peut-être même de créer des personnes plus tolérantes et plus tolérantes envers les autres. Le tribalisme fait partie de notre évolution, et il peut avoir une composante génétique. Même les enfants présentent cette qualité dès leur plus jeune âge. À quel point serait-ce intéressant si les gens pouvaient changer génétiquement dans cette dimension ? Nous ne savons pas encore comment procéder, mais cela pourrait être possible à l'avenir.

Cela ne créera-t-il pas un monde de nantis et de démunis ? Et s'il n'était accessible qu'aux riches ? Et si ça devenait comme Gattaca ?

Tout comme de nombreuses technologies, le génie génétique sera presque certainement disponible en premier dans les pays développés, et il coûtera cher. Mais ce n'est pas unique. Les téléphones portables, les avions et même les installations sanitaires de base sont tous inégalement répartis dans le monde. La beauté de la technologie est qu'elle a tendance à réduire les coûts au fil du temps, de sorte qu'elle atteint finalement un groupe plus large de personnes. Le téléphone portable était autrefois un outil réservé aux riches de Wall Street, et il est maintenant disponible même pour les personnes les plus pauvres du monde. La question reste ouverte de savoir si le génie génétique suivra une courbe de coût qui s'apparente davantage à la technologie (plus faible au fil du temps selon la loi de Moore) ou aux soins de santé (augmente au fil du temps selon la loi d'Eroom), mais cela a plus à voir avec des décisions politiques que le la technologie elle-même. Le point principal est que les coûts initiaux élevés ne sont pas une bonne raison pour empêcher l'innovation de se produire. Si nous adoptions cette approche, nous n'aurions probablement aucune des améliorations que nous voyons dans le monde aujourd'hui.

Il est également vrai que le génie génétique offrira des avantages à ceux qui peuvent y accéder. Cela pourrait créer un terrain de jeu moins égal à certains égards, mais à d'autres égards, cela pourrait en fait le rendre plus équitable. Aujourd'hui, certaines personnes gagnent à la loterie génétique à la naissance tandis que d'autres y perdent (par exemple, tendance à la dépression, un trouble d'apprentissage, etc.). Si un enfant pouvait commencer sur un pied d'égalité génétiquement, cela ressemble à un monde plus juste.

Enfin, la modification génétique peut également avoir lieu chez l'homme adulte. Ainsi, même si quelqu'un n'y a pas accès à la naissance, il pourra tout de même bénéficier du génie génétique plus tard dans sa vie.

Gattaca manque ce dernier point, ce qui implique que vous serez toujours laissé pour compte si vous n'êtes pas né dans un groupe d'élite. La réalité offrira probablement une plus grande mobilité sociale, les adultes bénéficiant également de nouveaux traitements par génie génétique. C'est néanmoins un film très divertissant, et je suggère à quiconque s'intéresse au sujet de le regarder.

Et si les gens essayaient d'améliorer des traits comme l'intelligence ?

De nombreuses personnes intelligentes existent dans le monde aujourd'hui et, au moins, les personnes éthiques ne semblent pas poser trop de problème. Supposons donc que nous ayons doublé le nombre de personnes intelligentes dans le monde (en utilisant le QI ou la définition de smart que vous préférez) grâce au génie génétique, tout en gardant le pourcentage de personnes éthiques égal ou supérieur. Ou de la même manière, nous pourrions doubler l'intelligence des personnes existantes. Serait-ce un problème?

Certainement de bonnes choses arriveraient. Le rythme de l'amélioration de la société augmenterait probablement, par exemple, avec beaucoup plus de personnes intelligentes et capables qui résoudraient les défis du monde.

Le plus grand changement négatif pourrait être que le reste d'entre nous se sente un peu laissé pour compte ou déconcerté par tous les nouveaux progrès et domaines de recherche, si nous n'avions pas augmenté notre intelligence de la même manière. Cela se résume à une question de savoir si vous pensez que nous devrions valoriser davantage la croissance globale dans la société, ou la place relative d'une personne dans celle-ci. Chaque personne devrait répondre par elle-même (je ne pense pas qu'il y ait une seule bonne réponse).

Cela pourrait donc être un résultat mitigé, ou très bon, selon votre point de vue. (Remarque : il s'agit d'une excellente nouvelle sur ce que cela pourrait ressentir alors que la société commence à progresser.)

Une dernière expérience de pensée : si les gens veulent devenir plus intelligents, avons-nous le droit de les arrêter ? Si c'est en obtenant une éducation, la plupart des gens diraient non. Si c'est par génie génétique, en quoi est-ce différent ?

Les parents devraient-ils pouvoir choisir les gènes de leur enfant ?

En général, je pense que oui, parce que les parents choisissent toutes sortes de choses qui ont un impact majeur sur leurs enfants (ce qu'ils mangent, comment ils sont éduqués, s'ils sont nés, etc.) comme tuteur. Il s'agit d'un concept bien établi dans la loi aujourd'hui, les tuteurs prenant des décisions importantes pour un enfant jusqu'à ce qu'il ait 18 ans (ou un âge équivalent dans chaque pays). Une fois que les enfants seront majeurs, ils prendront probablement le contrôle de leur modification génétique, tout comme ils peuvent prendre la décision de se faire tatouer.

Il serait dommage que les gènes choisis par les parents pour leurs enfants soient fixés indéfiniment dans le futur. Comme j'en ai discuté ailleurs, il est probable qu'à l'avenir des gènes puissent être modifiés chez des personnes vivantes, pas seulement des embryons. J'espère donc que les enfants ne sont pas coincés avec les préférences génétiques de leurs parents pour la vie.

Imaginez que vous êtes un futur parent. Combien paieriez-vous pour avoir la tranquillité d'esprit que votre enfant arrivera en bonne santé ? Imaginez que vous étiez un adulte atteint d'une maladie mortelle. Combien paieriez-vous pour recevoir un traitement nécessitant une modification génétique ? La réponse à ces questions en dit long sur la façon dont le génie génétique est susceptible d'être adopté à l'avenir.

Aujourd'hui, il est largement considéré comme déraisonnable de modifier génétiquement les humains. Mais je crois que d'ici vingt ans, nous verrons ce point de vue changer radicalement, à un point où il sera considéré comme déraisonnable de ne pas modifier génétiquement les gens dans de nombreux cas.

Le génie génétique est aujourd'hui l'un des domaines de recherche les plus prometteurs. Je pense que nous devons continuer à investir et que les entrepreneurs doivent travailler dur pour commercialiser de nouveaux produits dans cet espace. Oui, cela comporte des risques, et nous devons procéder avec prudence. Mais de nombreuses nouvelles technologies comportent des risques – même des risques mortels – et nous sommes finalement en mesure de les utiliser pour profiter grandement au monde. Nous ne devons pas laisser la peur freiner les progrès dans de nouveaux domaines de recherche prometteurs.

Si vous avez des commentaires ou des questions sur cet article, ou si vous souhaitez simplement rester à jour sur cet espace, veuillez m'envoyer une note ici. Merci!


Les premiers bébés CRISPR génétiquement modifiés au monde sont nés en Chine

Le voici : le moment que les historiens considéreront comme l'aube de Homo sapiens supérieur et le moment où nous, les naturels, sommes renversés dans la hiérarchie sociale. Pendant des décennies, les écrivains de science-fiction ont prédit un avenir dans lequel des humains génétiquement supérieurs rendus possibles par des techniques de modification génétique s'élèveraient au-dessus de nos humbles normes avec leur intelligence et leur physiologie améliorées, une plus grande résistance aux maladies et une beauté époustouflante bien sûr. La perspective d'éditer le génome humain est cependant restée taboue, pour des raisons éthiques et morales de longue date. Naturellement, la Chine optionnelle pour les droits de l'homme les a ignorés et a explosé et a donné au monde ses deux premiers super-pouvoirs génétiquement modifiés, que nous le voulions ou non. Cela commence .

L'évolution est tout simplement trop lente.

Ce n'est pas la première fois que des scientifiques chinois testent CRISPR sur des humains. Dès 2015, des chercheurs chinois modifiaient déjà les génomes d'embryons humains dans des laboratoires - des embryons qui n'avaient jamais été gestés. Aujourd'hui, les généticiens de la Southern University of Science and Technology, à Shenzhen, ont poussé ces techniques encore plus loin en modifiant les génomes de deux embryons qui ont été implantés dans un utérus humain via une fécondation in vitro. Ces embryons sont maintenant deux petites filles heureuses et en bonne santé, Lulu et Nana. Des scientifiques dirigés par He Jiankui ont modifié les génomes des filles afin qu'elles soient immunisées contre le VIH - en théorie. Dans des déclarations faites cette semaine, il assure que les seuls changements apportés aux génomes des filles concernaient la « porte » qui permettrait au VIH d'infecter potentiellement les filles. Mais qui sait quelles conséquences imprévues pourraient découler du processus d'édition ?

La recherche n'a pas encore été soumise pour examen par les pairs et publication, de nombreux scientifiques restent donc sceptiques quant aux affirmations de l'équipe chinoise. Jennifer Doudna, biochimiste à l'Université de Californie à Berkeley qui a aidé à développer l'édition de gènes CRISPR-Cas9, avertit que cet essai est une "rupture par rapport à l'approche prudente et transparente de l'application de la communauté scientifique mondiale de CRISPR-Cas9 pour la lignée germinale humaine montage » ajoutant qu'elle et d'autres scientifiques du monde entier « ont toujours du mal à comprendre ce qui a été fait et aussi si le processus a été fait correctement. Nous ne savons tout simplement pas encore.

Que nous apportera l'avenir maintenant que nous avons le potentiel de modifier le génome humain comme bon nous semble ?

De nombreux pays ont expérimenté l'eugénisme et d'autres programmes de sélection contrôlée tout au long du 20e siècle, mais les progrès réalisés par CRISPR et d'autres technologies récentes permettent aux scientifiques de supprimer toute incertitude de l'équation (en théorie) et de modifier le génome humain gène par gène. , ouvrant la porte à toutes sortes de modifications aux conséquences inconnues à long terme.

Bien que supprimer la possibilité pour ces filles de contracter le VIH ne puisse pas être considéré comme une mauvaise chose, cet essai est le premier à franchir le sommet et à commencer à dévaler les pentes les plus glissantes. Et après? Supprimer tous les gènes du cancer ? Sûr. Éradiquer les maladies mentales en supprimant leurs marqueurs génétiques ? Allez-y. Créer une armée de génétique bermensch (plutôt comme 超人) capable d'écraser des forces opposées génétiquement inférieures ?


GM 2.0 ? ‘Gene-editing’ produit des OGM qui doivent être réglementés en tant qu'OGM

L'agriculteur australien Geoffrey Carracher, qui est contre l'agriculture GM, avec des graines de canola qui ont été contaminées par des graines GM d'une ferme voisine. Photo : Craig Sillitoe via Flickr (CC BY-NC-SA).

Il s'agit d'un article important sur la bataille pour s'assurer que l'édition de gènes est traitée conformément aux réglementations GM dans l'UE. Il est pertinent pour la synbio, car bon nombre des nouvelles "techniques de sélection" envisagées par l'UE, telles que l'édition du génome décrite dans l'article ci-dessous, sont de plus en plus considérées comme des pratiques courantes dans le domaine de la biologie synthétique, et contribuer à l'établissement d'une bioéconomie plus large.

par Janet Cotter & Ricarda Steinbrecher (écologiste)

L'UE envisage d'exclure les plantes et les animaux modifiés génétiquement des réglementations GM, écrivent Janet Cotter et Ricarda Steinbrecher. Cependant, les organismes génétiquement modifiés entrent clairement dans la définition des OGM dans le droit européen et international. Ils présentent également de réels risques pour l'environnement et la santé humaine – et doivent être réglementés comme tout autre OGM.

Il y a eu beaucoup d'actualités récemment sur l'éthique de l'édition de gènes chez l'homme.

Mais, jusqu'à présent largement inaperçu, la Commission européenne examine si l'édition de gènes de plantes et d'animaux, par exemple dans l'agriculture, ne relève pas du champ d'application des réglementations de l'UE régissant les organismes génétiquement modifiés (OGM).

En d'autres termes, si les produits de l'édition de gènes doivent être étiquetés et réglementés en tant qu'OGM, ou autorisés à entrer dans la chaîne alimentaire sans être testés ni étiquetés.

Si vous croyez les affirmations de ses partisans, l'édition de gènes n'est rien de plus que le "tweaking" de l'ADN chez les plantes et les animaux, il n'y a pas lieu de s'inquiéter.

Mais la réalité est que l'édition de gènes est simplement GM 2.0, avec bon nombre des mêmes préoccupations et problèmes que les cultures GM que les Européens ont déjà rejetées.

Qu'est-ce que l'édition de gènes ?

L'édition de gènes est une forme de génie génétique. Il couvre une gamme de nouvelles techniques de laboratoire qui, tout comme les anciennes techniques de génie génétique, peuvent modifier le matériel génétique (généralement l'ADN) d'un organisme vivant, par exemple une plante ou un animal, sans sélection.

À bien des égards, ils sont similaires au génie génétique "traditionnel" que nous connaissons. La différence est que ces techniques peuvent modifier l'ADN de la plante ou de l'animal à un emplacement spécifique « ciblé » par rapport à l'insertion de gènes à des emplacements aléatoires caractéristiques des techniques précédentes.

Beaucoup de ces techniques peuvent être utilisées pour insérer des gènes d'une espèce non apparentée dans une plante ou un animal comme le fait le génie génétique traditionnel et les produits qui en résultent, avec leurs nouveaux gènes, seraient considérés comme des OGM. Mais toutes les applications de l'édition de gènes n'impliquent pas l'insertion de nouveaux gènes.

Le débat actuel concerne les applications de l'édition de gènes qui, au lieu d'insérer des gènes, réécrivent les gènes à l'aide d'une sorte de « machine à écrire à ADN ». La question est de savoir si les plantes et les animaux avec des gènes « modifiés » (sans nouveaux gènes insérés) devraient être réglementés comme des OGM.

Les produits d'édition de gènes avec des gènes réécrits qui pourraient être importés, cultivés ou cultivés en Europe dans un avenir proche, y compris au Royaume-Uni, comprennent un colza tolérant aux herbicides, produit par une technique connue sous le nom de mutagenèse dirigée par oligonucléotides (ODM), et les bovins sans cornes, développés grâce à une technique connue sous le nom de ‘CRISPR’.

CRISPR est de plus en plus connu dans les milieux scientifiques car il s'agit d'une méthode particulièrement efficace d'édition de gènes.

Les risques de l'édition de gènes ?

Avec les cultures GM commerciales actuelles, l'une des principales préoccupations est que des effets inattendus peuvent résulter, et ont résulté, du processus de génie génétique, et que ceux-ci peuvent affecter la sécurité alimentaire et environnementale. Ces effets peuvent inclure des niveaux modifiés de toxines ou de composés nutritionnels et des changements dans la chimie des protéines, ce qui pourrait produire de nouveaux allergènes.

C'est pourquoi l'UE a mis en place des réglementations pour les organismes GM, les obligeant à subir une évaluation des risques environnementaux et sanitaires avant qu'ils ne soient cultivés ou élevés commercialement ou qu'ils n'entrent dans la chaîne alimentaire. Néanmoins, des doutes subsistent quant à l'efficacité de ces évaluations.

Le génie génétique «traditionnel» implique l'insertion aléatoire de gènes (ou de séquences génétiques) dans le génome d'un organisme. Les partisans nous disent que l'édition de gènes est beaucoup plus précise que les techniques de génie génétique que nous connaissons. Mais qu'entend-on exactement par ‘précis’ ici ?

Les techniques d'édition de gènes peuvent peut-être être plus précises au niveau et au point où l'ADN est modifié, mais la manière dont cet ADN modifié pourrait affecter les interactions avec d'autres gènes et processus au sein de la cellule est largement inconnue. Il est important de noter que ces interactions de gène à gène au sein de la cellule se reflètent dans l'organisme dans son ensemble.

Les effets de l'ADN altéré sur la salubrité d'un aliment et la manière dont l'organisme interagit avec l'environnement sont loin d'être connus avec précision. Par conséquent, bien que l'édition de gènes puisse être plus précise à l'endroit prévu où l'ADN est modifié, il existe toujours un potentiel d'effets inattendus et imprévisibles.

De tels effets pourraient avoir des implications pour l'alimentation humaine, les aliments pour animaux et la sécurité environnementale s'ils augmentent les niveaux de composés toxiques, réduisent les niveaux de composés nutritionnels ou même produisent de nouveaux allergènes.

Altérations génétiques ‘hors cible’

Tout comme le génie génétique traditionnel, les techniques d'édition de gènes peuvent provoquer des altérations involontaires de l'ADN. Par exemple, plusieurs techniques d'édition de gènes utilisent des "ciseaux moléculaires" pour couper l'ADN dans le cadre du processus d'édition.

Ces ciseaux moléculaires ont parfois ce que l'on appelle des effets « hors cible ». Cela signifie que l'ADN est coupé à des endroits non voulus ainsi qu'aux endroits prévus, provoquant accidentellement des altérations génétiques supplémentaires.

D'autres techniques d'édition de gènes telles que l'ODM pourraient également éditer l'ADN au mauvais endroit.De plus, le gène nouvellement modifié pourrait interagir avec d'autres gènes de différentes manières, affectant la composition et la production de protéines, la chimie et le métabolisme.

De nombreuses techniques d'édition de gènes sont si nouvelles qu'il n'est pas encore possible d'évaluer pleinement le potentiel et les conséquences de changements involontaires. Il est important de noter que ce n'est pas parce que les organismes modifiés génétiquement ne contiennent pas d'ADN étranger que cela les rend sûrs.

En outre, il existe de plus en plus de preuves d'effets « hors cible ». Le changement prévu (par exemple la tolérance à un herbicide ou un bétail sans cornes) peut être clair, mais les changements involontaires ne sont pas immédiatement apparents, et certainement pas s'ils ne sont pas recherchés. C'est un cas de "ne regarde pas, ne trouve pas".

La loi est claire : l'édition de gènes reste du génie génétique

La question actuellement débattue dans l'UE est de savoir si de petites modifications, c'est-à-dire des modifications, des insertions ou des suppressions, de segments d'ADN sans insertion de nouveaux gènes doivent également être considérées comme produisant un OGM, ou ne relèvent pas du champ d'application du droit européen.

Au cœur de ce débat se trouve la question de savoir quelle est la distinction entre la sélection conventionnelle qui implique l'accouplement et les OGM. Tant dans le droit de l'UE (directive 2001/18) (Voir l'article 2, paragraphe 2, et les annexes, ci-dessous) et l'accord des Nations Unies sur les OGM (le Protocole de Cartagena, conclu en vertu de la Convention sur la diversité biologique).

La directive contient des annexes qui définissent exactement quelles techniques de modification génétique relèvent ou non de la définition (reproduit intégralement ci-dessous). Cependant, l'édition de gènes n'est tout simplement pas mentionnée : la technologie n'existait pas en 2001 lorsque la loi a été écrite. Cela signifie que nous devons nous fier à la définition initiale :

“‘Organisme génétiquement modifié (OGM)’ signifie un organisme, à l'exception des êtres humains, dans lequel le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle”

De même, le Protocole de Cartagena, adopté en 2000, ne mentionne pas spécifiquement l'édition de gènes comme une technologie incluse dans sa définition. (version complète ci-dessous). Cependant, la technologie, encore une fois, est englobée par le sens simple des mots :

“‘Organisme vivant modifié signifie tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne … ‘Biotechnologie moderne’ signifie l'application de : a. Techniques d'acide nucléique in vitro, y compris … “

En termes de directive, il est exact de dire que dans les organismes modifiés génétiquement “le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle”.

Pour ce qui est du Protocole de Cartagena, il est exact de dire qu'un organisme génétiquement modifié “possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenu grâce au … application des « techniques in vitro des acides nucléiques ».

Donc en fait – malgré les arguments juridiques abscons déployés par les défenseurs de GM – la loi est parfaitement claire sur la question. Selon les définitions de l'UE et de Carthagène, l'édition de gènes produit des OGM.

Par conséquent, pour supprimer ou exempter l'édition de gènes de la réglementation, comme le souhaitent les défenseurs des OGM, l'UE devrait modifier la directive existante. S'il essayait d'interpréter la directive comme le souhaitent les défenseurs des OGM, la décision serait sûrement contestée devant la Cour européenne, par exemple par l'un des nombreux pays de l'UE opposés à l'utilisation d'OGM dans l'agriculture – où, à notre avis, elle devrait frapper vers le bas.

Est-ce important si l'édition de gènes n'est pas classée comme une technique GM ?

Si les cultures et les animaux développés par des techniques d'édition de gènes sont officiellement considérés comme non GM, ou exemptés des lois de l'UE sur les OGM, alors ils entreront dans la chaîne alimentaire et dans l'environnement sans aucune réglementation ni étiquetage.

Cela signifie qu'il n'y aurait aucune évaluation de la sécurité alimentaire ou environnementale, aucune exigence de détecter toute altération involontaire de l'ADN de l'organisme ou de ses conséquences et aucune évaluation des implications du caractère produit par l'édition de gènes (par exemple, la tolérance aux herbicides).

Les denrées alimentaires modifiées génétiquement n'auraient pas à être étiquetées. Les consommateurs européens ont dit catégoriquement “Non!” aux cultures GM, pourtant il n'y aurait aucun moyen pour les consommateurs et les agriculteurs d'éviter les cultures et les animaux modifiés génétiquement s'ils n'étaient pas classés (et donc étiquetés) comme OGM.

Il est important de noter que bien que l'édition de gènes puisse être promue comme ne provoquant que de petits changements dans l'ADN, elle peut être utilisée à plusieurs reprises pour obtenir des modifications substantielles d'un ou même de plusieurs gènes. Cela soulève la préoccupation que les modifications pourraient impliquer l'introduction, par exemple, de toutes nouvelles voies chimiques au sein d'une plante ou d'un animal avec un potentiel élevé d'effets inattendus.

De tels organismes se retrouveraient dans notre environnement et dans nos assiettes sans aucune réglementation si les techniques d'édition de gènes ne sont pas couvertes par la réglementation sur les OGM.

Les lois de l'UE sur les OGM ont été conçues pour protéger contre le risque d'organismes développés par l'altération directe du matériel génétique à l'aide des biotechnologies modernes (par ex. in vitro techniques) entrant dans l'environnement et la chaîne alimentaire.

Il est clair que les cultures et les animaux modifiés génétiquement doivent être évalués comme des OGM de la même manière que les cultures GM actuelles. Sinon, les citoyens de l'UE seront involontairement exposés aux risques du génie génétique sans tests ni étiquetage, tout comme l'environnement, la biodiversité et l'agriculture.

Dr Janet Cotter dirige une société de conseil en environnement, Logos Environmental. Elle était auparavant Senior Scientist chez Greenpeace International pendant 15 ans.

Dr Ricarda Steinbrecher est biologiste, généticien et co-directeur d'EcoNexus. Elle travaille sur les OGM depuis 1995, en particulier les processus dirigés par l'ONU sur la biosécurité, l'évaluation des risques des organismes génétiquement modifiés et la biologie synthétique. Elle est membre fondatrice du Réseau européen de scientifiques pour la responsabilité sociale et environnementale et travaille avec la société civile et les groupes de petits agriculteurs du monde entier.

Rapports supplémentaires par L'écologiste.

Lectures complémentaires

Protocole de Cartagena – utilisation des termes

(g) « organisme vivant modifié » désigne tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne

(h) “organisme vivant” signifie toute entité biologique capable de transférer ou de répliquer du matériel génétique, y compris les organismes stériles, les virus et les viroïdes

(i) “Biotechnologie moderne” signifie l'application de :
une. Techniques d'acide nucléique in vitro, y compris l'acide désoxyribonucléique (ADN) recombinant et injection directe d'acide nucléique dans des cellules ou des organites, ou
b. Fusion de cellules au-delà de la famille taxonomique, qui surmontent les barrières physiologiques naturelles de reproduction ou de recombinaison et qui ne sont pas des techniques utilisées dans l'élevage et la sélection traditionnels

Directive 2011/18, article 2, paragraphe 2 et annexes

“Organisme génétiquement modifié (OGM)” signifie un organisme, à l'exception des êtres humains, dans lequel le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle

Aux termes de cette définition :

(a) la modification génétique se produit au moins par l'utilisation des techniques énumérées à l'annexe I A, partie 1

(b) les techniques énumérées à l'annexe I A, partie 2, ne sont pas considérées comme entraînant une modification génétique

TECHNIQUES VISÉES À L'ARTICLE 2, PARAGRAPHE 2

Les techniques de modification génétique visées à l'article 2, paragraphe 2, point a), sont notamment :

(1) techniques d'acide nucléique recombinant impliquant la formation de nouvelles combinaisons de matériel génétique par l'insertion de molécules d'acide nucléique produites par quelque moyen que ce soit en dehors d'un organisme, dans tout virus, plasmide bactérien ou autre système vecteur et leur incorporation dans un organisme hôte dans lequel ils ne se produisent pas naturellement mais dans lesquels ils sont capables de se propager en continu

(2) techniques impliquant l'introduction directe dans un organisme de matériel héréditaire préparé à l'extérieur de l'organisme, y compris la micro-injection, la macro-injection et la micro-encapsulation

(3) la fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) ou les techniques d'hybridation où des cellules vivantes avec de nouvelles combinaisons de matériel génétique héréditaire sont formées par la fusion de deux ou plusieurs cellules au moyen de méthodes qui ne se produisent pas naturellement.

Les techniques visées à l'article 2, paragraphe 2, point b), qui ne sont pas considérées comme entraînant une modification génétique, à condition qu'elles n'impliquent pas l'utilisation de molécules d'acide nucléique recombinantes ou d'organismes génétiquement modifiés fabriqués par des techniques/méthodes autres que celles exclues par Annexe IB :

(2) processus naturels tels que : conjugaison, transduction, transformation,

TECHNIQUES VISEES A L'ARTICLE 3

Les techniques/méthodes de modification génétique produisant des organismes à exclure de la directive, à condition qu'elles n'impliquent pas l'utilisation de molécules d'acide nucléique recombinantes ou d'organismes génétiquement modifiés autres que ceux produits par une ou plusieurs des techniques/méthodes énumérées ci-dessous sont :

(2) la fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) de cellules végétales d'organismes qui peuvent échanger du matériel génétique par des méthodes de sélection traditionnelles.


DÉTECTION DES ALTÉRATIONS DU GÉNOME VIA LES TECHNOLOGIES -OMICS

Au cours des 15 dernières années, diverses technologies avancées ont été développées qui permettent l'accumulation et l'évaluation d'ensembles de données à grande échelle de molécules biologiques, y compris la séquence d'ADN (le génome), les transcrits (le transcriptome impliquant l'ARN), la modification de l'ADN (l'épigénome) et , dans une moindre mesure, les protéines et leurs modifications (le protéome) et les métabolites (le métabolome). De tels ensembles de données permettent des analyses comparatives de lignées non génétiquement modifiées et génétiquement modifiées de telle sorte que les effets sur l'expression, le métabolisme et la composition des gènes des plantes puissent être évalués de manière plus éclairée. L'accès aux technologies permet également d'analyser l'étendue de la variation naturelle d'une espèce cultivée au niveau de l'ADN, de l'ARN, des protéines, des métabolites et de l'épigénétique, permettant de déterminer si la variation des cultures GM se situe dans la fourchette trouvée naturellement et parmi les cultivars. Comme indiqué ci-dessous pour chacun des types de données -omiques, les technologies permettant d'accéder aux molécules étaient relativement récentes en 2015, mais avançaient rapidement. Certaines technologies étaient prêtes à être déployées pour générer des ensembles de données pour l'évaluation de la

effets des événements de génie génétique lors de la rédaction du rapport du comité. D'autres amélioreront leur précision et leur débit au cours de la prochaine décennie et pourraient un jour être des technologies utiles pour évaluer les effets des événements de génie génétique. L'Initiative de médecine de précision annoncée par le président Obama en janvier 2015 6 vise à comprendre comment les différences génétiques entre les individus et les mutations présentes dans les cellules cancéreuses et malades (par rapport aux cellules saines) affectent la santé humaine. Un projet analogue qui utilise diverses approches -omiques dans les plantes cultivées avec le génie génétique et la sélection conventionnelle pourrait apporter des améliorations en profondeur dans la compréhension des processus biologiques des plantes qui pourraient à leur tour être appliqués à l'évaluation des effets des modifications génétiques sur les plantes cultivées.

Génomique

Une façon de vérifier si le génie génétique a entraîné des effets hors cible (que ce soit par transformation nucléaire avec Agrobactérie ou canons à gènes, ARNi, ou des technologies émergentes telles que l'édition du génome) consiste à comparer le génome de la plante génétiquement modifiée avec un exemple&mdashor référence&mdashgénome de la plante mère non génétiquement modifiée. Le génome de référence est comme un modèle pour l'espèce, révélant la diversité allélique et identifiant les gènes associés au phénotype. Connaissant la variation qui se produit naturellement dans une espèce, on peut comparer le génome modifié avec le génome de référence pour révéler si le génie génétique a causé des changements & mdash attendus ou non & mdashand pour obtenir un contexte pour évaluer si les changements pourraient avoir des effets néfastes. Parce qu'il existe une variation inhérente de la séquence d'ADN parmi les plantes au sein d'une espèce, et même entre les cultivars, tout changement génétiquement modifié devrait être comparé au parent non génétiquement modifié et à la gamme de variation génomique naturelle. C'est-à-dire que les changements apportés par le génie génétique doivent être placés dans un contexte approprié.

Fond

En juillet 1995, la première séquence du génome d'un organisme vivant, la bactérie Haemophilus influenza (1 830 137 paires de bases), a été signalée (Fleischmann et al., 1995). Cette réalisation technologique révolutionnaire a été possible grâce au développement de méthodes automatisées de séquençage de l'ADN, à l'amélioration de la puissance de traitement informatique et au développement d'algorithmes pour reconstruire un génome complet sur la base de séquences d'ADN fragmentées et aléatoires. En octobre 1995, le génome de la

bactérie Mycoplasme génital a été publié (Fraser et al., 1995) ce séquençage et assemblage de fusil de chasse de génome entier solidifié comme méthode pour obtenir des séquences de génome. Au cours des deux décennies suivantes, des méthodes plus performantes et moins coûteuses pour le séquençage et l'assemblage du génome ont émergé (pour examen, voir McPherson, 2014) et ont permis le séquençage des génomes de centaines d'espèces, ainsi que de milliers d'individus, dans tous les règnes de l'humanité. la vie. Par exemple, depuis la publication du projet de séquence du génome humain de référence en 2001 (Lander et al., 2001 Venter et al., 2001), des milliers de génomes humains individuels ont été séquencés, y compris des projets de séquençage comparatif du génome tels que : un catalogue approfondi de la variation humaine de milliers d'individus, 7 cellules normales par rapport aux cellules tumorales d'un seul individu, des familles avec des troubles génétiques héréditaires et des populations malades par rapport aux populations saines. Ces projets se sont concentrés sur la détection de la diversité allélique dans une espèce et l'association de gènes à des phénotypes, tels que la propension à des maladies spécifiques.

Limites des méthodes actuelles de séquençage et d'assemblage du génome de novo pour les plantes

Les méthodes actuelles pour séquencer un génome et assembler un génome de novo impliquent une fragmentation aléatoire de l'ADN, la génération de lectures de séquences et la reconstruction de la séquence du génome d'origine en utilisant des algorithmes d'assemblage. Bien que les méthodes soient robustes et continuent de s'améliorer, il est important de noter qu'elles ne parviennent pas à fournir la séquence complète du génome des eucaryotes complexes. En effet, même la séquence du génome humain pour laquelle des milliards de dollars ont été dépensés pour obtenir une séquence du génome de référence de haute qualité qui a fourni une mine d'informations utiles pour la compréhension de la biologie humaine, y compris le cancer et d'autres maladies, est encore incomplète. Pour les plantes, la référence pour un assemblage de génome de haute qualité est celle de l'espèce modèle Arabidopsis thaliana, qui a un génome extrêmement petit qui a été publié en 2000 (Arabidopsis Initiative du génome, 2000). Plus de 15 ans après la sortie du A. thaliana séquence du génome de référence et avec la disponibilité des séquences de plus de 800 accessions supplémentaires 8, on estime que 30 à 40 millions de nucléotides de séquence manquaient encore à la A. thaliana Assemblage du génome de référence Col-0 (Bennett et al., 2003). La plupart des séquences manquantes sont très répétitives (telles que les gènes d'ARN ribosomique et les répétitions centromériques), mais certaines régions contenant des gènes sont absentes en raison de défis techniques.

7 1000 Génomes : Un Catalogue Profond de Variation Génétique Humaine. Disponible sur http://www.1000genomes.org/. Consulté le 12 novembre 2015.

8 1001 génomes : un catalogue de Arabidopsis thaliana Variation génétique. Disponible sur http://1001genomes.org/. Consulté le 12 novembre 2015.

Avec l'augmentation de la taille du génome et la complexité des séquences répétitives, la représentation complète de la séquence du génome devient plus difficile. En effet, les assemblages de génomes de la plupart des principales espèces cultivées (maïs, blé, orge et pomme de terre) sont tous de qualité provisoire et présentent des lacunes substantielles (Schnable et al., 2009 Potato Genome Sequencing Consortium, 2011 International Barley Genome Sequencing, 2012 Li et al., 2014a) aucun ne fournit une représentation complète et complète du génome.

Dans plusieurs grandes cultures, lorsque le comité a rédigé son rapport, des projets équivalents au projet des 10 000 génomes humains étaient en cours pour déterminer la diversité globale de l'espèce en documentant le &ldquopan-génome&rdquo (Weigel et Mott, 2009). Il a été surprenant dans plusieurs de ces études qu'il existe une diversité génomique substantielle dans certaines espèces végétales non seulement dans la composition allélique mais aussi dans le contenu génétique (Lai et al., 2010 Hirsch et al., 2014 Li et al., 2014b). Ainsi, une seule séquence de génome « de référence » dérivée d'un seul individu d'une espèce ne représentera pas adéquatement la composition génétique et la diversité de la population globale et limitera donc les interprétations des changements dirigés dans le génome (comme ceux qui peuvent être apportés par les méthodes d'édition du génome utilisées pour générer des cultures génétiquement modifiées).

Reséquençage : évaluer les différences entre le génome de référence et le génome de requête

Une fois que la séquence d'ADN du génome d'une culture est suffisamment assemblée pour servir de génome de référence, le reséquençage devient une méthode puissante et rentable pour détecter les différences génomiques entre les accessions apparentées (individus) ou les lignées génétiquement modifiées. Le reséquençage implique la génération de lectures de séquences aléatoires du génome de la requête (le génome qui est comparé au génome de référence), l'alignement de ces lectures de séquences avec un génome de référence et l'utilisation d'algorithmes pour déterminer les différences entre la requête et la référence. Les points forts de cette approche sont qu'elle est peu coûteuse et permet de comparer de nombreux génomes de requête avec le génome de référence et fournit ainsi des données substantielles sur les similitudes et les différences entre les individus d'une espèce (Figure 7-5). Cependant, les limites de l'approche peuvent affecter la détermination de la différence entre deux génomes. Premièrement, la qualité de lecture de séquence affectera l'interprétation des données dans la mesure où les erreurs de lecture peuvent être interprétées à tort comme des polymorphismes de séquence. Deuxièmement, la couverture des lectures de séquences générées peut limiter l'interrogation de l'ensemble du génome car l'échantillonnage est aléatoire et certaines régions du génome sont sous-représentées dans le pool de lecture. Troisièmement, la construction de la bibliothèque 9 et le séquençage

9 Une bibliothèque de séquences d'ADN est constituée en générant des fragments aléatoires du génome qui représentent collectivement la séquence complète du génome.

FIGURE 7-5 Détection des altérations du génome, de l'épigénome, du transcriptome, du protéome et du métabolome dans des plantes génétiquement modifiées et modifiées par le génome.
SOURCE : Illustration par C. R. Buell.
REMARQUE: Pour effectuer diverses évaluations -omiques de plantes modifiées par le génome, le type sauvage (non modifié) et la plante modifiée par le génome sont soumis au séquençage du génome, à la caractérisation épigénomique, au profilage du transcriptome, au profilage du protéome et au profilage des métabolites. A, le séquençage du génome est effectué à la fois sur l'accession de type sauvage et sur l'accession modifiée par le génome, et les différences dans la séquence d'ADN (rouge G) sont détectées avec des méthodes bioinformatiques.B, les modifications de l'épigénome sont évaluées par séquençage au bisulfite et immunoprécipitation de la chromatine avec

le biais affectera quelles séquences sont présentes dans l'ensemble de données de reséquençage et par conséquent disponibles pour l'alignement avec le génome de référence. Quatrièmement, les algorithmes d'alignement de lecture ne parviennent pas à détecter tous les polymorphismes si la requête s'écarte trop largement de la référence, en particulier avec les insertions et les suppressions ou avec les SNP à proximité. Cinquièmement, les alignements de lecture et la détection du polymorphisme sont limités aux régions non répétitives du génome, de sorte que les régions répétitives dans le génome ne peuvent pas être évaluées pour la divergence. Bien que des obstacles subsistent, le reséquençage est une méthode puissante pour mesurer les différences dans les séquences du génome entre les plantes de type sauvage (individus normaux non transformés) et les plantes modifiées. Avec les améliorations attendues de la technologie, la résolution du reséquençage pour révéler les différences entre deux génomes s'améliorera.

Approches informatiques

Des alternatives aux approches de reséquençage pour identifier les polymorphismes dans la séquence d'ADN entre deux génomes émergeaient lorsque le comité rédigeait son rapport. La base des approches informatiques pour identifier les polymorphismes est constituée d'algorithmes qui effectuent le comptage de k-mer (un k-mer est une séquence nucléotidique unique d'une longueur donnée) dans lesquels des k-mers uniques sont identifiés dans deux pools de lecture (par exemple, de type sauvage et mutant) et les k-mers qui diffèrent entre les deux échantillons sont ensuite identifiés informatiquement. Ces k-mers sont ensuite analysés plus avant pour identifier la nature du polymorphisme (SNP versus insertion ou délétion) et pour associer le polymorphisme à un gène et un phénotype potentiel (Nordstrom et al., 2013 Moncunill et al., 2014). La sensibilité et la spécificité de ces programmes sont comparables ou meilleures que les méthodes actuelles qui détectent les SNP et

les anticorps qui ciblent les histones modifiées associées aux sucettes de chromatine signifient des résidus de cytosine méthylés. C, le séquençage du transcriptome est utilisé pour mesurer les abondances d'expression dans les lignées de type sauvage (WT) et modifiées par le génome (GE) dans l'exemple illustré, l'expression varie de 0 à 15 pour les gènes A à J, la variance dans tous les gènes est apparente, avec seulement le gène F montrant des différences d'expression substantielles entre la lignée de type sauvage et la lignée modifiée par le génome, comme on pourrait s'y attendre dans une lignée knock-out. D, la protéomique est utilisée pour mesurer les différences d'abondance de protéines dans la lignée de type sauvage par rapport à la lignée modifiée par le génome. (point vert), comme prévu à partir d'une ligne à élimination directe. E, les niveaux de métabolites A à M dans les lignées de type sauvage et modifiées par le génome, les niveaux de métabolite F sont nuls contrairement au type sauvage, comme on pourrait s'y attendre dans une lignée knock-out.

insertions/suppressions en utilisant des méthodes de séquençage du génome et ont ainsi le potentiel d'identifier de manière plus robuste la variation du génome introduite par le génie génétique. Le comité s'attend à ce que le domaine continue de se développer rapidement et qu'il permette aux chercheurs de lire l'ADN génomique avec une sensibilité et une spécificité accrues.

Utilité de la transcriptomique, de la protéomique et de la métabolomique dans l'évaluation des effets biologiques du génie génétique

Comme indiqué dans le rapport du Conseil national de recherches de 2004 Sécurité des aliments génétiquement modifiés, il est essentiel de comprendre la composition des aliments aux niveaux d'ARN, de protéines et de métabolites pour déterminer si le génie génétique entraîne une différence d'équivalence substantielle par rapport aux niveaux d'ARN, de protéines et de métabolites dans les cultures sélectionnées de manière conventionnelle (NRC, 2004, voir chapitre 5) . Bien que le génome fournisse le « plan directeur » de la cellule, l'évaluation du transcriptome, du protéome et du métabolome peut fournir des informations sur les conséquences en aval des modifications du génome qui entraînent une altération du phénotype. Les méthodes utilisées pour évaluer les transcrits, les protéines et les métabolites dans les plantes sont décrites ci-dessous avec le commentaire du comité sur les limites de la sensibilité et de la spécificité de la détection et de l'interprétation qui existaient au moment de la rédaction de ce rapport. Une mise en garde dans l'utilisation de l'une de ces techniques est liée à la variation biologique inhérente, quel que soit le statut du génie génétique. Même avec des génotypes identiques cultivés dans des conditions identiques, il existe des variations dans le transcriptome, le protéome et le métabolome. Les scientifiques abordent cette variation en utilisant des expériences biologiquement répliquées et des approches multiples en omique et en biologie moléculaire. En plus de la variation biologique, la variation allélique entraîne différents niveaux de transcrits, de protéines et de métabolites dans différentes accessions. Pour fournir un contexte à tout changement observé dans le transcriptome, le protéome ou le métabolome attribuable à un événement de génie génétique, la gamme plus large de variation des cultivars cultivés commercialement d'une espèce cultivée peut être comparée à celle d'une lignée génétiquement modifiée pour déterminer si les niveaux modifiés sont en dehors du domaine de la variation dans une culture. Ainsi, dans l'évaluation des cultures génétiquement modifiées, l'interprétation doit se faire dans le contexte de la variation biologique et allélique inhérente à la culture spécifique. L'évaluation est également rendue difficile par le fait que les scientifiques ont peu ou pas de connaissances sur les fonctions qu'un nombre substantiel de gènes, de transcriptions, de protéines et de métabolites remplissent dans une cellule végétale.

Transcriptomique

Les progrès des technologies de séquençage à haut débit ont permis le développement de méthodes robustes pour mesurer quantitativement

le transcriptome, les gènes exprimés dans un échantillon. Une méthode, connue sous le nom de séquençage d'ARN (RNA-seq), implique l'isolement de l'ARN, la conversion de l'ARN en ADN, la génération de lectures de séquences et des analyses bioinformatiques pour évaluer les niveaux d'expression, l'épissage alternatif et les sites alternatifs d'initiation ou de terminaison de la transcription (Wang et al., 2009 de Klerk et al., 2014). Cette méthode peut être appliquée à l'ARNm, aux petits ARN (qui incluent les ARN interférents impliqués dans l'ARNi), à l'ARN total, à l'ARN lié aux ribosomes et aux complexes ARN-protéine pour obtenir une évaluation détaillée des ARN dans une cellule. Les méthodes pour construire des bibliothèques d'ARN-seq, générer des lectures de séquences, s'aligner sur un génome de référence et déterminer les abondances d'expression sont assez robustes même avec des séquences de génome provisoires si elles fournissent une représentation presque complète des gènes dans le génome (Wang et al., 2009 de Klerk et al., 2014). Les méthodes statistiques pour déterminer l'expression différentielle entre deux échantillons, tels que deux plantes avec des génotypes identiques à différents stades de développement, continuent de mûrir mais sont limitées par la variation biologique inhérente au transcriptome. En effet, la variation entre les réplicats biologiques indépendants des tissus de type sauvage est bien documentée. Par exemple, l'estimation de l'abondance de l'expression du transcriptome entier dans des réplicats biologiques indépendants d'un traitement expérimental donné est considérée comme hautement reproductible si les valeurs de corrélation de Pearson sont supérieures à 0,95, des valeurs supérieures à 0,98 sont généralement observées. Cependant, même avec des valeurs de corrélation de Pearson élevées, de nombreux gènes peuvent présenter une expression différente parmi les réplicats biologiques. Ainsi, l'expression différentielle des gènes dans les plantes génétiquement modifiées devrait être comparée à la variation observée de l'expression des gènes dans les réplicats biologiques d'individus non transformés pour garantir l'absence d'effets majeurs de l'événement de génie génétique sur le transcriptome.

Les différences d'expression découvertes entre une plante de type sauvage et une plante modifiée occultent le fait que l'on sait peu de choses sur la fonction exacte d'un nombre substantiel de gènes, de transcrits et de protéines pour toute espèce végétale. Dans le maïs, près d'un tiers des gènes n'ont pas d'annotation fonctionnelle significative, même lorsqu'une annotation fonctionnelle informative est fournie, l'annotation a très probablement été attribuée en utilisant des méthodes d'annotation transitives automatisées qui dépendent fortement de la similarité des séquences. Ainsi, même si des gènes exprimés de manière différentielle sont détectés entre les échantillons de type sauvage et génétiquement modifiés, leur interprétation dans le contexte de la santé ou des effets sur l'écosystème peut être au mieux difficile. Par exemple, une étude des effets de l'expression de la protéine antifongique dans le riz qui a été introduite avec le génie génétique a montré des changements dans environ 0,4 pour cent du transcriptome dans les lignées GE (Montero et al., 2011). L'analyse de 20 pour cent des changements a indiqué que 35 pour cent des effets imprévus pouvaient être attribués au processus de culture tissulaire utilisé pour la transformation et la régénération des plantes, tandis que 15 pour cent semblaient être spécifiques à l'événement et attribuables à la présence de la

transgène. Environ 50 pour cent des changements qui ont été attribués à la présence du transgène étaient dans l'expression de gènes qui pourraient être induits dans le riz non GM par blessure. Il est impossible de déterminer si les changements dans les niveaux de transcription enregistrés dans l'étude indiquent que le riz GM pourrait être pire, égal ou meilleur que son homologue non GM en ce qui concerne la sécurité alimentaire. Une façon d'évaluer les effets biologiques du génie génétique sur le transcriptome est d'inclure une variété de cultivars sélectionnés de manière conventionnelle dans l'étude et de déterminer si la gamme des niveaux d'expression dans la lignée GE se situe dans la gamme observée pour la culture, mais cette méthode ne fournissent pas de preuves définitives de la sécurité des aliments ou des écosystèmes.

Protéomique

Plusieurs méthodes permettent de comparer la composition des protéines et les modifications post-traductionnelles des protéines entre les échantillons (pour une revue, voir May et al., 2011). Par exemple, l'électrophorèse sur gel de différence bidimensionnelle permet une comparaison quantitative de deux protéomes grâce à un marquage différentiel des échantillons suivi d'une séparation et d'une quantification (figure 7-5 D). En spectrométrie de masse (MS), une autre méthode d'examen du protéome, les protéines sont d'abord divisées en fragments spécifiques (souvent par des protéases, qui sont des enzymes qui catalysent le clivage des protéines en peptides sur des sites spécifiques) et fractionnées avec des techniques telles que la chromatographie liquide. Ensuite, les rapports masse/charge des peptides sont détectés par MS. Les données MS fournissent généralement une &ldquosignature&rdquo unique pour chaque peptide, et l'identité des peptides est généralement déterminée en utilisant des algorithmes de recherche pour comparer les signatures avec des bases de données de peptides et protéines prédits dérivés de données de séquence de génome ou de transcriptome. Le marquage isotopique différentiel peut être utilisé dans l'approche MS pour déterminer les différences quantitatives dans les échantillons de protéines. Une limitation de toutes les techniques protéomiques actuelles est que les études de sensibilité sur le protéome entier ne détectent généralement que les protéines les plus abondantes (Baerenfaller et al., 2008). De plus, les méthodes de préparation des échantillons doivent être modifiées pour détecter différentes fractions du protéome (telles que les protéines solubles par rapport à celles liées à la membrane et les petites par rapport aux grandes protéines) (Baerenfaller et al., 2008). Ainsi, pour fournir une évaluation large du protéome, un éventail de méthodes de préparation d'échantillons doit être utilisé. Enfin, comme pour les autres méthodes -omiques, l'interprétation de la signification des différences protéomiques est rendue difficile par le fait que les scientifiques ont peu de connaissances sur ce que font un grand nombre de protéines dans une cellule végétale.

Métabolomique

Dans l'évaluation des cultures génétiquement modifiées pour approbation réglementaire, il est courant d'exiger un profilage ciblé de métabolites ou de classes de métabolites spécifiques.

qui peuvent être pertinents pour le caractère en cours de développement ou qui sont connus pour être présents dans l'espèce cible et potentiellement toxiques s'ils sont présents à des concentrations excessives. En vertu des exigences réglementaires actuelles, l'équivalence métabolique substantielle est évaluée sur la base des concentrations de macromolécules brutes (par exemple, des protéines ou des fibres), tels que des nutriments comme les acides aminés et les sucres, et des métabolites secondaires spécifiques qui pourraient être préoccupants.

Comme pour la génomique, la transcriptomique et la protéomique, les approches collectivement connues sous le nom de métabolomique ont été développées pour déterminer la nature et les concentrations de tous les métabolites dans un organisme ou un tissu particulier. Il a été avancé que de telles informations devraient être requises avant qu'une culture génétiquement modifiée n'obtienne les exigences réglementaires de commercialisation. Cependant, contrairement aux approches génomiques et transcriptomiques, avec lesquelles il est maintenant techniquement facile d'évaluer les séquences d'ADN et de mesurer les concentrations relatives de la plupart ou de tous les transcrits dans un organisme avec les technologies de séquençage actuelles respectivement, la métabolomique telle qu'elle est actuellement réalisée ne peut fournir des données utiles que sur un sous-ensemble de métabolites. C'est parce que chaque métabolite est chimiquement différent, alors que l'ADN et l'ARN comprennent des ordonnancements différents de seulement quatre bases nucléotidiques. Les métabolites doivent être séparés, généralement par chromatographie en phase gazeuse ou par chromatographie liquide à haute performance, leur nature et leurs concentrations sont ensuite déterminées, généralement par SM. Les spectres de masse sont comparés à une bibliothèque standard de produits chimiques exécutés sur le même système analytique. Le problème majeur pour ce type d'analyse métabolomique des plantes est la possession dans le règne végétal d'un grand nombre de produits naturels spécifiques à un genre ou même à une espèce (voir la section "Comparer les cultures génétiquement modifiées et leurs homologues" au chapitre 5 pour une discussion sur les plantes des produits). Les plates-formes commerciales avancées pour la métabolomique des plantes mesurent actuellement environ 200 composés identifiés, généralement dans le métabolisme primaire, et les produits naturels moins largement distribués sont mal représentés (Clarke et al., 2013). Cependant, ces approches peuvent différencier un nombre beaucoup plus grand de métabolites distincts mais non identifiés, et il est utile de savoir si les concentrations d'un métabolite sont spécifiquement affectées dans une culture GM même si l'identité du métabolite particulier n'est pas connue. Par exemple, avec une combinaison de plates-formes de séparation couplées à la spectrométrie de masse, il a été possible de résoudre 175 métabolites identifiés uniques et 1 460 pics avec aucune annotation ou une annotation de métabolite imprécise, estimés ensemble représenter environ 86 pour cent de la diversité chimique de la tomate (Solanum lycopersicum) répertoriés dans une base de données accessible au public (Kusano et al., 2011). Bien qu'une telle approche permette de déterminer si des pics de métabolites sont présents dans une culture GM mais pas dans la contrepartie non GM ou vice versa, la métabolomique, en l'absence d'un métabolome complètement défini pour l'espèce cible dans laquelle la toxicité de tous les composants est connu, n'est pas en mesure de déterminer

avec la certitude qu'une plante génétiquement modifiée ou non génétiquement modifiée ne contient aucune molécule chimiquement identifiée qui soit inattendue ou toxique.

Une approche alternative à l'analyse non ciblée des métabolites consiste à effectuer des empreintes métaboliques et à s'appuyer sur des outils statistiques pour comparer les matériaux génétiquement modifiés et non génétiquement modifiés. Cela ne nécessite pas nécessairement une séparation préalable des métabolites et peut utiliser la spectrométrie de masse à ionisation électrospray par injection de flux (Enot et al., 2007) ou la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) (Baker et al., 2006 Ward et Beale, 2006 Kim et al. ., 2011). La spectroscopie RMN est rapide et ne nécessite aucune séparation, mais dépend fortement d'approches informatiques et statistiques pour interpréter les spectres et évaluer les différences.

En général, à quelques exceptions près, les études métabolomiques ont conclu que les métabolomes des plantes cultivées sont davantage affectés par l'environnement que par la génétique et que la modification des plantes par génie génétique n'entraîne généralement pas de changements hors cible dans le métabolome qui se situeraient en dehors de la nature naturelle. variation dans l'espèce. Des études de base des métabolomes (représentant 156 métabolites dans les céréales et 185 métabolites dans le fourrage) de 50 hybrides de maïs commerciaux non génétiquement modifiés de DuPont Pioneer cultivés à six endroits en Amérique du Nord ont révélé que l'environnement avait un effet beaucoup plus important sur le métabolome (affectant 50 pour cent des métabolites) que le patrimoine génétique (affectant seulement 2 pour cent des métabolites), la différence était plus frappante dans les échantillons de fourrage que dans les échantillons de céréales (Asiago et al., 2012). Il a également été démontré que les facteurs environnementaux jouaient un rôle plus important que le génie génétique sur les concentrations de la plupart des métabolites identifiés dans Bt riz (Chang et al., 2012). Dans le soja, la métabolomique non ciblée a été utilisée pour démontrer les plages dynamiques de 169 métabolites provenant des graines d'un grand nombre de lignées de soja sélectionnées de manière conventionnelle représentant la diversité génétique commerciale actuelle (Clarke et al., 2013). De grandes variations dans les concentrations de métabolites individuels ont été observées, mais le métabolome d'une lignée génétiquement modifiée conçue pour être résistante à l'herbicide tricétone mésotrione (qui cible la voie des caroténoïdes qui conduit au photoblanchiment des plantes sensibles) ne s'est pas écarté de manière statistiquement significative de la variation naturelle. dans la diversité génétique actuelle, sauf dans les changements attendus dans la voie des caroténoïdes ciblée. Des approches métabolomiques similaires ont conduit à la conclusion qu'un Monsanto Bt le maïs était substantiellement équivalent au maïs de sélection conventionnelle s'il était cultivé dans les mêmes conditions environnementales (Vaclavik et al., 2013) et que le riz GM enrichi en caroténoïdes était plus similaire à sa lignée parentale qu'aux autres variétés de riz (Kim et al., 2013) . Ces études suggèrent que l'utilisation de la métabolomique pour évaluer l'équivalence substantielle nécessitera des tests dans plusieurs endroits et une analyse minutieuse pour différencier les effets génétiques des effets environnementaux, en particulier parce qu'il y aura probablement des effets d'interactions gènes-environnement.

Certaines études métabolomiques et transcriptomiques ont suggéré que l'insertion de transgènes ou le processus de culture tissulaire impliqué dans la régénération des plantes transformées peut conduire à des « signatures quométaboliques » associées au processus lui-même (Kusano et al., 2011 Montero et al., 2011). Cela a été signalé pour les tomates génétiquement modifiées avec une surproduction de miraculine, une protéine modifiant le goût, bien que les auteurs aient souligné que, comme dans des études comparables avec d'autres cultures génétiquement modifiées, "les différences entre les lignées transgéniques et le contrôle étaient faibles par rapport aux différences observés entre les stades de maturation et les cultivars traditionnels&rdquo (Kusano et al., 2011).

Pour que la métabolomique devienne un outil utile pour fournir une évaluation améliorée de la sécurité d'une culture génétiquement modifiée spécifique, il sera nécessaire de développer une bibliothèque chimique qui contient tous les métabolites potentiels présents dans l'espèce dans toutes les conditions environnementales possibles. C'est une tâche ardue qui peut être réalisable pour quelques grandes cultures de base sous les stress biotiques et abiotiques actuels, mais même cela ne couvrirait pas nécessairement les conditions environnementales futures. Il est peu probable que des bibliothèques annotées de métabolites soient développées pour des cultures mineures dans un avenir proche.

L'épigénome

Fond

Alors que la séquence d'ADN d'un gène code pour l'ARNm qui est traduit en la protéine correspondante, la vitesse à laquelle un gène dans le noyau d'une cellule eucaryote est transcrit en ARNm peut être fortement influencée par la modification chimique de l'ADN du gène et par modification chimique des protéines associées à l'ADN. Chez les plantes et autres eucaryotes, l'ADN nucléaire génomique peut être modifié chimiquement et est lié à un ensemble de protéines dans un complexe ADN-protéine appelé chromatine.Les protéines majeures de la chromatine sont les histones, qui ont un rôle important dans la régulation de l'accessibilité de la machinerie transcriptionnelle au gène et à son promoteur (région régulatrice) et contrôlent ainsi la synthèse des ARNm et des protéines. Plusieurs types de protéines histones se trouvent dans les plantes, chacune avec un éventail de modifications post-traductionnelles (par exemple, l'acétylation et la méthylation) qui peuvent affecter la compétence transcriptionnelle d'un gène. L'ADN peut également être modifié de manière covalente par méthylation de cytosines qui affectent la compétence transcriptionnelle. Collectivement, ces modifications, qui influencent l'expression des gènes et sont héréditaires sur différentes périodes, sont connues sous le nom de marques épigénétiques.

Les marques épigénétiques sont des déterminants de la compétence transcriptionnelle, et l'altération de l'état épigénétique (qui se produit naturellement mais rarement) peut modifier les profils d'expression ou les modèles de gènes cibles. Par exemple, lorsqu'un élément transposable s'insère dans ou à proximité d'un gène, le gène peut être &ldquosilence&rdquo

à mesure que les régions proches d'un transposon deviennent hautement méthylées et supprimées au niveau de la transcription en raison de l'activité de la machinerie de méthylation de l'ADN médiée par l'ARN natif de la cellule. Différentes marques épigénétiques se produisent naturellement dans les espèces végétales. Les exemples de silençage génique à médiation par des éléments transposables incluent la variation allélique au niveau du gène 2-méthyl-6-phytylquinol méthyltransférase de la tomate impliqué dans la biosynthèse de la vitamine E (Quadrana et al., 2014) et l'empreinte comme on le voit dans l'endosperme tissu, dans lequel l'insertion différentielle d'éléments transposables se produit chez les parents maternels et paternels (Gehring et al., 2009).

Méthodes de caractérisation de l'épigénome

Des méthodes de caractérisation de l'épigénome sont disponibles et s'améliorent rapidement. Pour la méthylation de l'ADN, une résolution à haut débit d'un seul nucléotide peut être obtenue par séquençage au bisulfite (BS-seq pour examen, voir Feng et al., 2011 Krueger et al., 2012). Les méthodes BS-seq reflètent celles du reséquençage du génome, sauf que l'ADN génomique est d'abord traité avec du bisulfite, qui convertit les cytosines en uraciles mais n'affecte pas les résidus 5-méthyl-cytosine. En conséquence, les cytosines non méthylées seront détectées sous forme de thymidines après l'étape de réaction en chaîne par polymérase lors de la construction de l'épigénome-bibliothèque. Après le séquençage, les lectures sont alignées avec une séquence de génome de référence, et les cytosines non méthylées sont détectées en tant que SNP et comparées à une bibliothèque parallèle construite à partir d'ADN non traité (voir la section ci-dessus &ldquoResequencing : évaluer les différences entre le génome de référence et de requête&rdquo Figure 7-5). Les approches BS-seq présentent des limites, telles qu'une conversion incomplète des cytosines, une dégradation de l'ADN et une incapacité à évaluer le méthylome complet en raison des limitations de la cartographie de lecture, de la profondeur de séquençage et des erreurs de séquençage, comme décrit ci-dessus pour le reséquençage. Une autre limitation est la nature dynamique de la méthylation de la cytosine du génome végétal. Les plantes dérivées d'un parent identique qui n'ont fait l'objet d'aucune sélection traditionnelle ou transformation GM peuvent avoir des épigénomes différents, par exemple de « dérive épigénétique » (Becker et al., 2011). Ainsi, déterminer l'épigénome d'une plante à un moment précis n'indiquera pas nécessairement le futur épigénome de la progéniture de cette plante.

Les marques d'histones peuvent être détectées par immunoprécipitation de la chromatine couplée à un séquençage à haut débit (ChIP-Seq pour examen, voir Yamaguchi et al., 2014 Zentner et Henikoff, 2014). Tout d'abord, la chromatine est isolée de sorte que les protéines restent liées à l'ADN. Ensuite, l'ADN est cisaillé et l'ADN lié à des protéines histones spécifiques est sélectivement éliminé en utilisant des anticorps spécifiques à chaque marque d'histone. L'ADN lié à un anticorps est ensuite utilisé pour construire une banque qui est séquencée et alignée avec un génome de référence, et un algorithme est utilisé pour définir le

régions du génome dans lesquelles se trouve la marque des histones. La sensibilité et la spécificité de ChIP-Seq dépendent fortement de la spécificité des anticorps anti-histone, des limitations techniques de l'alignement des lectures de séquences avec le génome de référence et de la qualité globale du génome de référence lui-même. En outre, l'état actuel des connaissances ne permet pas une prédiction robuste des effets de nombreuses modifications épigénétiques sur l'expression des gènes, et l'expression des gènes peut être évaluée de manière plus approfondie et plus facile par transcriptomique.

Évaluation des plantes cultivées à l'aide des technologies -Omics

Les méthodes d'évaluation -omiques décrites ci-dessus sont très prometteuses pour l'évaluation de nouvelles variétés de cultures, à la fois génétiquement modifiées et non génétiquement modifiées. Dans une approche réglementaire à plusieurs niveaux (voir chapitre 9), les méthodes d'évaluation -omiques pourraient jouer un rôle important dans un cadre réglementaire rationnel. Par exemple, envisagez l'introduction d'un caractère génétiquement modifié précédemment approuvé, tel qu'un Bt protéine dans une nouvelle variété de la même espèce. Avoir un profil -omique dans une nouvelle variété GM qui est comparable au profil d'une variété déjà utilisée devrait être suffisant pour établir une équivalence substantielle (Figure 7-6, Niveau 1). De plus, les analyses -omiques qui révèlent une différence qui est considérée comme n'ayant pas d'effets néfastes sur la santé (par exemple, une teneur accrue en caroténoïdes) devraient être suffisantes pour une équivalence substantielle (figure 7-6, niveau 2).

L'approche décrite ci-dessus pourrait également être utilisée pour toutes les espèces. Par exemple, une fois qu'il est établi que la production d'une protéine (telle qu'une Bt protéine) dans une espèce végétale ne pose aucun risque pour la santé, alors le seul risque potentiel pour la santé de Bt l'expression chez une autre espèce correspond à des effets non intentionnels hors cible. -Analyses omiques qui ne révèlent aucune différence (Figure 7-6, Niveau 1) ou dans lesquelles les différences révélées ne présentent aucun effet néfaste sur la santé (Figure 7-6, Niveau 2) par rapport à la culture GM précédemment déréglementée ou à la plage de variation trouvée dans les variétés cultivées non génétiquement modifiées de la même espèce fournissent la preuve d'une équivalence substantielle. Comme discuté au chapitre 5 (voir la section &ldquoNouvelles méthodes d'évaluation de l'équivalence substantielle&rdquo), il y a eu plus de 60 études dans lesquelles des approches -omiques ont été utilisées pour comparer les variétés génétiquement modifiées et non génétiquement modifiées, et aucune de ces études n'a trouvé de différences qui étaient la cause de préoccuper.

Il existe également des scénarios pour lesquels les analyses -omiques pourraient indiquer que des tests d'innocuité supplémentaires sont justifiés, comme si les analyses -omiques révèlent une différence qui est censée avoir des effets néfastes potentiels sur la santé (par exemple, une expression accrue des gènes responsables de la synthèse des glycoalcaloïdes) ( Figure 7-6, niveau 3). Un autre scénario est celui où les analyses -omiques révèlent un changement d'une protéine ou d'un métabolite pour lequel les conséquences ne peuvent pas être interprétées et sont en dehors de la plage observée dans les variétés GM et non GM de la culture (Figure 7-6, Niveau 4). Il est important de noter qu'un scénario de niveau 4 n'est pas en soi une indication d'un problème de sécurité. Les fonctions

ILLUSTRATION 7-6 Stratégie d'évaluation des cultures à plusieurs niveaux proposée utilisant les technologies -omiques.
SOURCE : Illustration par R. Amasino.
REMARQUE : Un ensemble de chemins à plusieurs niveaux peut être emprunté en fonction du résultat des différentes technologies -omiques. Au niveau 1, il n'y a pas de différences entre la variété considérée et un ensemble de variétés sélectionnées de manière conventionnelle qui représentent l'éventail de la diversité génétique et phénotypique de l'espèce. Au niveau 2, des différences sont détectées qui sont bien comprises comme n'ayant pas d'effets néfastes attendus sur la santé ou l'environnement. Dans les niveaux 3 et 4, des différences sont détectées qui peuvent avoir des effets potentiels sur la santé ou l'environnement et nécessitent donc des tests de sécurité supplémentaires.

ou les effets sur la santé de la consommation de nombreux gènes et des ARN, protéines et métabolites correspondants dans les plantes non génétiquement modifiées ne sont pas connus. De plus, la structure chimique de nombreux métabolites dans les plantes qui peuvent être détectés sous forme de « pics » dans divers systèmes analytiques n'est pas connue. Des connaissances de base beaucoup plus importantes sont nécessaires avant que les ensembles de données -omiques puissent être entièrement interprétés.

L'état de l'art des différentes approches -omiques varie considérablement. Les progrès de l'efficacité de la technologie de séquençage de l'ADN permettent de séquencer un génome ou un transcriptome complet à un coût modeste à l'échelle des coûts réglementaires. La transcriptomique pourrait jouer un rôle important dans l'évaluation de l'équivalence substantielle car il est relativement simple de générer et de comparer des données transcriptomiques étendues à partir de plusieurs réplicats biologiques d'une nouvelle variété végétale par rapport à son ancêtre déjà utilisé. Comme indiqué ci-dessus, si aucune différence inattendue n'est trouvée, c'est la preuve d'une équivalence substantielle. Il est possible que deux variétés avec des transcriptomes équivalents aient une différence dans le niveau d'un métabolite en raison d'un effet du produit d'un transgène sur la traduction d'un ARNm particulier ou sur l'activité d'une protéine particulière, mais ce sont des scénarios peu probables.

Il est également simple et relativement peu coûteux de générer des données de séquence génomique à partir de nombreux individus d'une nouvelle variété génétiquement modifiée ou non génétiquement modifiée afin de déterminer quelle lignée a le moins de changements non ciblés dans son génome. Comme indiqué précédemment dans le chapitre, la mutagenèse, bien qu'actuellement classée comme sélection conventionnelle, peut entraîner des modifications importantes du génome, générant ainsi des données sur les séquences d'ADN qui seront utiles pour évaluer les variétés produites par cette méthode.

Les techniques métabolomiques et protéomiques ne peuvent actuellement fournir un catalogue complet du métabolome ou du protéome. Néanmoins, ces approches -omiques peuvent jouer un rôle dans l'évaluation. Par exemple, un métabolome ou un protéome similaire dans une nouvelle variété par rapport à une variété existante fournit des preuves à l'appui d'une équivalence substantielle, alors qu'une différence peut indiquer qu'une évaluation plus approfondie peut être justifiée.

La preuve la plus complète d'équivalence substantielle résulterait d'une connaissance complète des constituants biochimiques d'une variété de culture par rapport à d'autres variétés. Comme indiqué ci-dessus, cela n'est pas possible avec les techniques actuelles pour le protéome et le métabolome. Cependant, en regardant vers l'avenir, une base de connaissances croissante sur la biochimie végétale se traduira par moins d'analyses qui aboutiront à une situation de niveau 4, et la recherche fondamentale en biochimie végétale continuera d'élargir la base de connaissances qui permettra l'évaluation approfondie et rationnelle de nouveaux la recherche fondamentale sur les variétés végétales élargira également la compréhension fondamentale des processus biologiques fondamentaux chez les plantes et permettra ainsi des progrès dans la sélection moléculaire des plantes.

CONSTATATION : L'application des technologies -omiques a le potentiel de révéler l'étendue des modifications du génome, du transcriptome, de l'épigénome, du protéome et du métabolome qui sont attribuables à la sélection conventionnelle, à la variation somaclonale et au génie génétique. La pleine réalisation du potentiel des technologies -omiques pour évaluer l'équivalence substantielle nécessiterait le développement de vastes bases de données spécifiques aux espèces, telles que la gamme de variation du transcriptome, du protéome et du métabolome dans un certain nombre de génotypes cultivés dans diverses conditions environnementales. Bien qu'il ne soit pas encore techniquement possible de développer de vastes bases de données de métabolomes ou de protéomes spécifiques aux espèces, le séquençage du génome et la caractérisation du transcriptome peuvent être effectués.

RECOMMANDATION : Pour réaliser le potentiel des technologies -omiques pour évaluer les effets prévus et imprévus des nouvelles variétés de cultures sur la santé humaine et l'environnement et pour améliorer la production et la qualité des plantes cultivées, une base de connaissances plus complète de la biologie végétale au niveau des systèmes ( ADN, ARN, protéines et métabolites) doivent être construits pour la gamme de variation inhérente aux espèces cultivées de manière conventionnelle et génétiquement modifiées.


Comment la biotechnologie nous aide-t-elle?

Les images satellite montrent clairement les changements massifs que l'humanité a apportés à la surface de la Terre : forêts défrichées, barrages et réservoirs massifs, des millions de kilomètres de routes. Si nous pouvions prendre des images de type satellite du monde microscopique, l'impact de la biotechnologie n'en serait pas moins évident. La majorité de la nourriture que nous consommons provient de plantes modifiées, qui sont modifiées – soit par la technologie moderne, soit par une sélection artificielle plus traditionnelle – pour pousser sans pesticides, pour nécessiter moins de nutriments ou pour résister aux changements climatiques rapides. Les fabricants ont remplacé les ingrédients à base de pétrole par des biomatériaux dans de nombreux biens de consommation, tels que les plastiques, les cosmétiques et les carburants. Votre lessive ? Il contient presque certainement de la biotechnologie. Faites donc presque tous vos vêtements en coton.

Mais la plus grande application de la biotechnologie est peut-être la santé humaine. La biotechnologie est présente dans nos vies avant même notre naissance, de l'aide à la fertilité au dépistage prénatal en passant par le test de grossesse à domicile. Il nous suit tout au long de l'enfance, avec des vaccins et des antibiotiques, qui ont tous deux considérablement amélioré l'espérance de vie. La biotechnologie est à l'origine de médicaments à succès pour le traitement du cancer et des maladies cardiaques, et elle est déployée dans la recherche de pointe pour guérir la maladie d'Alzheimer et inverser le vieillissement. Les scientifiques à l'origine de la technologie appelée CRISPR/Cas9 pensent que cela pourrait être la clé pour éditer en toute sécurité l'ADN pour guérir les maladies génétiques. Et une entreprise parie que les listes d'attente de greffes d'organes peuvent être éliminées en cultivant des organes humains sur des porcs chimériques.


Une plate-forme de liaison à l'ADN qui peut être personnalisée pour se lier à une séquence d'ADN spécifique et introduire un DSB de cette manière ciblée.

Séquences d'ADN pouvant être transloquées dans le génome par des protéines de transposase.

Un résidu cytosine directement suivi d'un résidu guanine dans un brin d'ADN. Les résidus de cytosine dans les sites CpG peuvent être directement méthylés par l'ADN méthyltransférase.

Oligomères synthétiques modifiés capables d'inhiber stériquement la traduction d'ARN spécifiques de manière ciblable.


Voir la vidéo: De la biologie de synthèse à lédition du génome - Pierre Corvol (Mai 2022).