Cela ressemble à de la science-fiction – et jusqu’en 2012, la possibilité d’éditer facilement et à moindre coût des chaînes d’ADN était exactement cela. Mais il s’avère que l’édition du gène CRISPR / Cas9 est une fonction tout à fait naturelle dans laquelle les bactéries cataloguent leurs interactions avec les virus en prenant un extrait du matériel génétique du virus et en le classant pour plus tard.

Aujourd’hui, deux femmes ont remporté le prix Nobel de chimie 2020 «pour avoir développé une méthode d’édition du génome». Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna ont exploité CRISPR dans une paire de ciseaux génétiques et ont montré à quel point elles sont pointues en prouvant qu’elles peuvent modifier n’importe quelle chaîne d’ADN de cette façon. Depuis qu’Emmanuelle et Jennifer ont publié leur article de 2012 sur CRISPR / Cas9, les chercheurs ont utilisé ces ciseaux génétiques pour créer des plantes résistantes à la sécheresse et rechercher de nouvelles thérapies géniques contre le cancer. Les chercheurs espèrent également utiliser CRISPR / Cas9 pour soigner des maladies héréditaires comme la maladie de Huntington et la drépanocytose.

La découverte a commencé avec l’enquête d’Emmanuelle Charpentier sur le Streptococcus pyogenes bactérie. Elle essayait de comprendre comment ses gènes sont régulés et espérait fabriquer un antibiotique. Une fois qu’elle s’est associée à Jennifer Doudna, ils ont trouvé une percée scientifique à la place.

Dr Emmanuelle Charpentier via Wikimedia Commons

Emmanuelle Charpentier combat les bactéries carnivores

Emmanuelle Charpentier est née le 11 décembre 1968 à Juvisy-sur-Orge, France. Elle a étudié la biochimie, la microbiologie et la génétique à l’Université Pierre et Marie Curie, aujourd’hui connue sous le nom de Sorbonne University. Elle a ensuite obtenu un doctorat de recherche de l’Institut Pasteur et a travaillé comme assistante d’enseignement universitaire et chercheuse scientifique. La D Charpentier est actuellement directrice de l’Institut Max Planck de biologie des infections à Berlin et, en 2018, elle a fondé une unité de recherche indépendante.

À la fin de son doctorat, la Dre Charpentier a passé quelques années à travailler aux États-Unis avant de se retirer à l’Université de Vienne où elle a créé un groupe de recherche. Elle se concentrait toujours sur les bactéries Streptococcus pyogenes, qui fait chaque année des millions de personnes souffrir d’infections comme l’amygdalite et l’impétigo. Il provoque également une septicémie, ce qui en fait officiellement une bactérie carnivore.

En 2009, le Dr Charpentier a déménagé dans le nord de la Suède pour accepter une opportunité de recherche. Elle a continué à travailler sur S. pyogenes et cartographié les petits ARN trouvés à l’intérieur. En cours de route, le Dr Charpentier a découvert une petite molécule d’ARN dont le code génétique est très proche de la séquence CRISPR dans son génome.

Bien qu’elle n’ait jamais travaillé avec CRISPR auparavant, la Dre Charpentier a demandé à son équipe de cartographier le système CRISPR dans le S. pyogenes bactérie. Il a déjà été démontré que le système n’avait besoin que d’une seule protéine Cas pour couper l’ADN du virus, mais le Dr Charpentier a découvert que la petite molécule d’ARN, maintenant appelée ARN crispr transactivant ou tracrARN, est nécessaire à la maturation du long ARN créé en le processus CRISPR. À ce moment-là, le Dr Charpentier était enthousiasmé par le CRISPR et voulait faire équipe avec un biochimiste pour faire avancer la recherche. Son choix numéro un était Jennifer Doudna.

Dr Jennifer Doudna via Wikimedia Commons

Jennifer Doudna exécute une interférence ARN

Jennifer A. Doudna est née le 19 février 1964 à Washington, DC, mais a grandi à Hilo, Hawaï. Elle a obtenu un BA du Pomona College en 1985 et un doctorat de la Harvard Medical School en 1989. Le Dr Doudna est actuellement professeur de chimie et de biologie moléculaire et cellulaire à l’UC Berkley ainsi que professeur adjoint de pharmacologie cellulaire et moléculaire à UC San Francisco.

Vers le début de sa carrière, le Dr Doudna a étudié les enzymes ARN dans l’espoir de découvrir leur structure et leur fonction biologique. Deux décennies plus tard, son laboratoire se concentre toujours sur l’ARN, où ils travaillent maintenant à comprendre les processus biologiques qui impliquent l’ARN en combinant l’utilisation de CRISPR, des microARN et des interférences ARN.

Le dernier, l’interférence ARN, est le processus par lequel l’ARN gère la régulation génique. Il est également connu sous le nom de silencing de l’ARN. Dans l’interférence ARN, la production de protéines d’un gène est désactivée par un petit ARN interférant – une minuscule molécule d’ARN qui chasse tout ARN messager qui lui correspond exactement et les éteint.

En 2006, le Dr Doudna a reçu un appel d’un collègue microbiologiste lui faisant part d’une nouvelle découverte appelée CRISPR. Le collègue a déclaré que personne n’en savait encore beaucoup à ce sujet, mais ils soupçonnaient que cela fonctionnait beaucoup comme une interférence ARN. Les chercheurs avaient comparé des bactéries très différentes et avaient découvert qu’elles partageaient toutes des séquences d’ADN répétitives. Les séquences répétées elles-mêmes sont connues sous le nom de CRISPR – répétitions palindromiques courtes, groupées, régulièrement espacées. Dans les séquences se trouvent des séquences non répétitives plus courtes et uniques qui correspondent aux gènes de divers virus. L’hypothèse est donc que les bactéries prennent un souvenir de chaque virus qu’elles survivent, comme ramasser des dents sur un collier.

Le Dr Doudna a également appris que les chercheurs ont découvert des gènes spéciaux qu’ils appellent CRISPR ou Cas. Elle a mis son équipe de recherche sur la piste des protéines Cas, se demandant si leur but est de couper des chaînes d’ADN.

Le processus naturel d’édition du gène CRISPR / Cas9 des bactéries streptococciques. Image via le prix Nobel

S’associer pour traquer les ciseaux

Au printemps 2011, le Dr Charpentier a été invité à prendre la parole lors d’une conférence à Porto Rico pour discuter de ses découvertes concernant le tracrRNA. Elle a décidé de profiter de l’occasion pour se présenter au Dr Doudna.

Les deux se sont rencontrés par hasard dans un café le deuxième jour de la conférence, présenté par un collègue du Dr Doudna. Lors d’une promenade dans les vieilles rues de la capitale le lendemain, ils décident de collaborer et d’étudier la fonction des protéines Cas9 dans S. pyogenes. Ils soupçonnent que le CRISPR-ARN plus long est ce qui identifie l’ADN du virus, et que la protéine Cas9 effectue la coupe réelle.

Au cours des mois suivants, les deux équipes ont réalisé de nombreuses expériences de clivage d’ADN, mais rien ne s’est passé. Finalement, ils ont ajouté du tracrRNA au pot, et voilà, la molécule d’ADN a été coupée en deux.

Non content de s’arrêter là, ils ont travaillé à simplifier les ciseaux en combinant tracrRNA et CRISPR-RNA en une seule molécule, maintenant connue sous le nom d’ARN guide. Ils ont ensuite clivé précisément un gène à cinq endroits différents avant de présenter leur article de 2012 sur CRISPR / Cas9.

L’avenir de l’édition génique

CRISPR est un domaine passionnant car il existe de nombreuses façons différentes de l’utiliser dans les règnes animal et végétal. Le Dr Doudna discute de certaines de ces méthodes dans cette interview avec Future Human peu après son prix Nobel. Son entreprise Mammoth Biosciences travaille sur un test rapide basé sur CRISPR pour COVID-19 et espère en avoir un sur la route qui soit aussi simple qu’un test de grossesse à domicile. Elle a une autre société CRISPR spécialisée dans les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.

Nous sommes ravis de voir tous les endroits que nous mène l’édition de gènes CRISPR / Cas9. Félicitations aux Drs. Charpentier et Doudna!

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