MANIPULATION DU VIVANT ADN

A l’exception du Monde et de Slate.fr (disclaimer) les médias français ne se sont guère intéressés au sujet. Pont du 8 mai ? Pour l’heure, retenez ces noms : Denis A. Malyshev et Floyd Romesberg. Ces biologistes travaillent au Scripps Research Institute de La Jolla (Californie). Avec six de leurs collègues ils annoncent avoir franchi une nouvelle étape, historique, dans la manipulation du vivant. Cette équipe signe donc dans Nature une communication qui pourrait faire date dans l’histoire de la biologie (1).

Ils annoncent la création d’une bactérie porteuse d’un patrimoine génétique qui n’a jamais existé depuis le début de la vie sur la Terre : une bactérie dont le code génétique n’est plus seulement constitué des « quatre lettres de l’alphabet du vivant » : les quatre « bases azotées » A, T, C, G structurant la célèbre hélice de l’ADN. Mais une bactérie comportant en son sein ces quatre « lettres » associées à deux autres, synthétiques, créées par les chercheurs américains. Il faudra bien vite écrire  une suite à Gattaca.

Bactéries « augmentées »

En pratique l’équipe américaine annonce avoir réussi à intégrer dans le génome d’une Escherichia coli, une nouvelle paire de bases baptisées « d5SICS » et « dNaM ». La prouesse technique réside dans le fait que ces deux éléments ont non seulement été « tolérés » par Escherischia coli mais que cette bactérie les a intégré au sein de son propre mécanisme de reproduction d’elle-même. En d’autres termes ces structures artificielles sont présentes dans la quasi-totalité de la descendance des bactéries artificiellement « augmentées ». C’est cette transmission au fil de la réplication bactérienne qui constitue une première.

L’affaire couvait de longue date. Il y a treize ans précisément (Science du 20 avril 2001) nous découvrions les travaux de l’équipe américaine dirigée par Peter G.Schultz (Scripps Research Institute de La Jolla, déjà) et de celle, franco-américaine, dirigée par Philippe Marlière, fondateur de la société Evologic. Ces chercheurs étaient parvenus à créer, de deux manières différentes, une Escherichia coli ne correspondant plus vraiment aux règles du code génétique naturel, et contenant, en son sein, un acide aminé modifié.

Greffe synthétique

Le résultat d’aujourd’hui n’a été obtenu qu’au prix d’une succession de manipulations complexes. Il s’agissait en substance d’obtenir que ce microorganisme fruit d’une très longue évolution « accepte » cette greffe synthétique de nouvelles « lettres » du vivant. Pour l’heure ces lettres sont tolérées au sein du vivant bactérien, ce qui constitue en soi un événement.

L’étape suivant, plus attendue encore, est de savoir si cette greffe s’intègrera pleinement dans l’intimité de la machinerie bactérienne et comment elle en modifiera le sens et les fonctions. Une intégration qui se transmettra d’elle-même. Que restera-t-il alors de l’antique Escherischia coli et quels seront les profils et les performances des nouvelles Escherischia coli « augmentées » ?

Biologie réinventée

Il ne s’agit plus ici d’une simple « recombinaison » de fragments de génomes créés à partir d’un alphabet du vivant, alphabet tenu jusqu’ici pour universel et indépassable. Il s’agit bien au contraire de la création d’une vie bactérienne nouvelle à partir d’un alphabet « enrichi » de deux nouvelles « bases ». De ce point de vue les perspectives ouvertes sont considérables, enthousiasmantes pour les uns, potentiellement effrayantes pour d’autres. Ces travaux réactivent à quarante de distance et sur une toute autre échelle les angoisses nées avec l’émergence des nouvelles techniques dite de « génie génétique » qui ont donné naissance aux OGM.

La publication de Nature pourrait bien être l’étape précédant une sorte de biologie réinventée, complétée, renouvelée par l’homme. Deux écoles s’opposent déjà. Pour les uns on peut voir là un Eldorado avec d’innombrables applications dans les champs environnementaux, énergétiques ou médicaux. Pour les autres il faudra vite déchanter quant aux applications commerciales.

Démiurge

Il semble clair, en revanche que l’homme a créé là des microorganismes bactériens qui pourront pianoter sur un nouveau clavier, infiniment plus large, de son métabolisme et de sa reproduction ; des microorganismes à mi chemin du naturel et de l’artificiel, aux frontières du « paranaturel » ; des bactéries comme frankensteinisées. On parle déjà ici de xénobiologie. Le chercheur français Philippe Marlière voit la xébobiologie comme la discipline qui verra la création de formes de vie radicalement étrangères à celles connues sur Terre, qu’il s’agisse de la chimie ou du codage génétique.

« Les travaux de Denis A. Malyshev et Floyd Romesberg constituent le franchissement d’un « cap symbolique historique, a-t-il déclaré au Monde. Une troisième paire de bases entièrement artificielle a pu être répliquée in vivo. Il ne s’agit que de quelques générations dans une bactérie, mais le Rubicon est franchi. » M. Marlière ne dit pas ce qui attend l’homme sur l’autre rive du Rubicon. Ni ce qui, généralement, attend le démiurge au tournant.

(1) “A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet” Denis A. Malyshev, Kirandeep Dhami,Thomas Lavergne,Tingjian Chen,Nan Dai,Jeremy M. Foster,Ivan R. Corrêa & Floyd E. Romesberg Nature (2014)

Pour l’histoire (et pour les spécialistes), l’abstract de la publication de Nature :

« Organisms are defined by the information encoded in their genomes, and since the origin of life this information has been encoded using a two-base-pair genetic alphabet (A–T and G–C). In vitro, the alphabet has been expanded to include several unnatural base pairs (UBPs). We have developed a class of UBPs formed between nucleotides bearing hydrophobic nucleobases, exemplified by the pair formed between d5SICS and dNaM (d5SICS–dNaM), which is efficiently PCR-amplified1 and transcribed in vitro, and whose unique mechanism of replication has been characterized6, 7. However, expansion of an organism’s genetic alphabet presents new and unprecedented challenges: the unnatural nucleoside triphosphates must be available inside the cell; endogenous polymerases must be able to use the unnatural triphosphates to faithfully replicate DNA containing the UBP within the complex cellular milieu; and finally, the UBP must be stable in the presence of pathways that maintain the integrity of DNA. Here we show that an exogenously expressed algal nucleotide triphosphate transporter efficiently imports the triphosphates of both d5SICS and dNaM (d5SICSTP and dNaMTP) into Escherichia coli, and that the endogenous replication machinery uses them to accurately replicate a plasmid containing d5SICS–dNaM. Neither the presence of the unnatural triphosphates nor the replication of the UBP introduces a notable growth burden. Lastly, we find that the UBP is not efficiently excised by DNA repair pathways. Thus, the resulting bacterium is the first organism to propagate stably an expanded genetic alphabet. »

INFERTILITÉ. Des chercheurs lyonnais annoncent avoir réussi à créer des spermatozoïdes in vitro à partir de cellules souches testiculaires. Une première mondiale, selon eux, qui pourrait révolutionner le traitement de l'infertilité de milliers d'hommes d'ici quelques années. LA SOCIÉTÉ DE BIOTECHNOLOGIES KALLISTEM, basée à LYON, AVAIT DÉJÀ DÉVOILÉ SES TROUVAILLES EN MAI 2015. Jeudi 17 septembre 2015, elle a détaillé son travail mais, cette fois-ci, avec la caution du CNRS. Car depuis le printemps, le projet a avancé : les chercheurs ont déposé des brevets et, surtout, ont soumis à publication dans une revue scientifique le fruit de leurs recherches. Sachant qu'une publication dans l'une de ces revues vaut validation de leurs travaux par la communauté scientifique.

LA SPERMATOGENÈSE EST UN DES MÉCANISMES LES PLUS COMPLIQUÉS D'UN POINT DE VUE PHYSIOLOGIQUE"

Concrètement, les équipes de KALLISTEM ont réussi à obtenir in vitro des spermatozoïdes de rat, de singe puis d'homme. Pour y parvenir, il a fallu 20 ans de recherche pour mettre au point les conditions de culture de ces cellules souches afin de permettre artificiellement la spermatogenèse, c'est-à-dire la transformation des spermatogonies (les cellules souches testiculaires) en spermatozoïdes. Et elle est là, selon eux, la prouesse car "la spermatogenèse est un des mécanismes les plus compliqués d'un point de vue physiologique" puisqu'elle dure 72 jours, expliquent les initiateurs du projet PHILIPPE DURAND, ANCIEN DIRECTEUR DE RECHERCHE À L'INRA, et MARIE-HÉLÈNE PERRARD, CHERCHEUR AU CNRS.

Il fallait pour cela trouver la matière qui serait capable d'accueillir les tubes séminifères (lieu de production des spermatozoïdes) pendant toute la durée du processus. Ils ont donc mis au point, avec LAURENT DAVID, un PROFESSEUR DE L'UNIVERSITÉ CLAUDE-BERNARD de LYON, un bioréacteur de quelques millimètres constitué d'hydrogel d'eau et de chitosane, substance naturelle présente dans la paroi des champignons. Cette technique d'accouchement des spermatozoïdes pourrait résoudre "30 à 50%" des problèmes d'infertilité masculine, explique M. Durand. Des chiffres "exagérés" selon le PROFESSEUR NATHALIE RIVES RESPONSABLE DE PROCRÉATION MÉDICALEMENT ASSISTÉE (PMA) au CHU de ROUEN et spécialiste de l'infertilité masculine. Pour elle, cette technique pourrait bénéficier tout au plus à 10% d'hommes infertiles. Quoi qu'il en soit, ce ne sera pas avant plusieurs années, sachant que les essais cliniques ne devraient pas commencer avant trois à cinq ans.

EPROUVER LA QUALITÉ DE CES SPERMATOZOÏDES

D'abord, l'équipe doit éprouver la qualité de ces spermatozoïdes créés in vitro en faisant naître des ratons. "Il faut voir si les petits ratons sont normaux, s'ils sont capables de se reproduire", précise PHILIPPE DURAND. Ensuite, des tests seront effectués sur les spermatozoïdes d'homme créés in vitro, en les comparant à des spermatozoïdes prélevés in vivo. Et ce n'est qu'ensuite que les essais cliniques pourront commencer. "Avant de passer à une application clinique éventuelle, il reste à démontrer que la technique est valide à partir de testicule prépubère et chez des hommes qui ont des troubles de la spermatogénèse, mais pour l'instant on n'est pas encore là", nuance le professeur NATHALIE RIVES.

En mai, lors des premières annonces, "on a reçu plus de 200 mails de couples qui ont des problèmes de fertilité". C'est un "vrai espoir" pour eux, raconte M. DURAND. Mais encore une fois cette technique ne pourra pas régler tous les problèmes d'infertilité. Notamment pour ceux qui n'ont pas de spermatozoïdes, "on ne peut rien". En revanche, elle pourra aider les quelque 120.000 hommes dans le monde "qui souffrent d'infertilité non prise en charge par les technologies actuelles" et notamment l'azoospermie, l'absence de spermatozoïdes dans le sperme. Elle pourra aussi intervenir pour les enfants atteints de cancer dont le traitement peut créer de l'infertilité. Il s'agira alors de prélever des cellules souches chez ces jeunes patients, d'en faire des spermatozoïdes in vitro et d'ensuite les cryo-conserver jusqu'à leur âge adulte et un éventuel désir de paternité.

Derrière, ce sont évidemment d'importants débouchés économiques qui s'offrent à KALLISTEM qui estime que le traitement de l'infertilité masculine pourrait représenter dans le monde un marché supérieur à 2,3 milliards d'euros. Pour l'heure, la petite société, dont le laboratoire est hébergé par l’ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE à LYON, n'en est pas à gagner de l'argent. Elle en cherche au contraire - 2 millions d'euros - afin de mener à terme ses recherches, indique ISABELLE CUOC, la présidente de KALLISTEM. En effet, rien que pour effectuer les recherches sur les animaux, il y en a pour 500.000 euros.