10 Choses Étonnantes Que Les Scientifiques Viennent De Faire Avec Crispr

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Un nouvel outil appelé crispr permet aux scientifiques de couper et de couper l'adn de manière plus efficace et a conduit à une multitude de nouvelles recherches qui touchent de nombreuses maladies humaines.

Technologie CRISPR

Un diagramme montre le concept de l'édition d'un gène.

C'est comme si quelqu'un avait insisté sur le domaine de l'édition de gènes: un simple outil que les scientifiques peuvent utiliser pour couper et éditer de l'ADN accélère le rythme des progrès pouvant mener au traitement et à la prévention des maladies.

Les résultats arrivent rapidement, car les chercheurs peuvent publier les résultats de leurs travaux en utilisant l'outil appelé CRISPR-Cas9.

L'outil, souvent appelé CRISPR, s'est révélé capable de couper l'ADN en 2011. Il consiste en une protéine et un cousin de l'ADN, appelé ARN. Les scientifiques peuvent l'utiliser pour couper des brins d'ADN à des emplacements très précis, ce qui leur permet de supprimer des parties mutées de gènes d'un brin de matériel génétique.

Au cours de la dernière année seulement, des dizaines d'articles scientifiques de chercheurs du monde entier ont détaillé les résultats d'études - certaines prometteuses, d'autres critiques - qui utilisaient CRISPR pour extraire et remplacer l'ADN non désiré afin de mettre au point des traitements contre le cancer, le VIH, la cécité et la douleur chronique., la dystrophie musculaire et la maladie de Huntington, pour n'en nommer que quelques-uns.

"Le rythme des découvertes en recherche fondamentale a explosé, grâce à CRISPR", a déclaré Sam Sternberg, biochimiste et expert en CRISPR, responsable du développement technologique chez Caribou Biosciences, basé à Berkeley en Californie, qui développe des solutions médicales basées sur CRISPR, agriculture et recherche biologique.

Bien que quelques traitements supplémentaires basés sur CRISPR puissent être testés dans quelques années, "il ne se passe pratiquement pas une journée sans de nombreuses nouvelles publications faisant état de nouvelles découvertes sur la santé humaine et la génétique humaine qui ont profité" de ce nouvel outil, a déclaré Sternberg. Science en direct.

Bien entendu, les humains ne sont pas la seule espèce à posséder un génome. CRISPR a des applications chez les animaux et les plantes, aussi bien des parasites invalidants, comme ceux qui causent le paludisme et la maladie de Lyme, que pour améliorer les rendements des cultures de pommes de terre, d'agrumes et de tomates.

"[CRISPR] est incroyablement puissant. Il a déjà révolutionné la vie quotidienne de la plupart des laboratoires", a déclaré le biologiste moléculaire Jason Sheltzer, investigateur principal du Sheltzer Lab du Cold Spring Harbor Laboratory à New York. Sheltzer et son équipe utilisent CRISPR pour comprendre la biologie des chromosomes et comprendre comment leurs erreurs peuvent contribuer au cancer.

"J'ai bon espoir qu'au cours de la prochaine décennie, l'édition de gènes passera d'un outil principalement dédié à la recherche à de nouveaux traitements en clinique", a déclaré Neville Sanjana, du New York Genome Center, et professeur adjoint de biologie, de neuroscience et physiologie à l'Université de New York.

Nous examinons ici les avancées récentes dans la lutte contre 10 maladies qui démontrent les capacités de CRISPR et donnent une indication de l'avenir.

Cancer

cellules de cancer du sein

Un remède contre le cancer fait allusion à l'humanité depuis que le médecin grec Hippocrate, qui a vécu entre 460 et 370 av. J.-C., a forgé le mot pour cette maladie: karkinos. Mais comme le cancer, comme de nombreuses maladies, résulte d'une mutation du génome d'une personne, les chercheurs disent qu'il est possible qu'un traitement basé sur CRISPR ralentisse un jour la vitesse à laquelle une tumeur se propage, voire peut-être inverser complètement la maladie.

Des travaux préliminaires dans ce domaine sont déjà en cours en Chine, où la réglementation régissant l'utilisation de l'édition de gènes chez l'homme est plus souple que celle des États-Unis.

En octobre 2016, un patient atteint d'un cancer du poumon en Chine est devenu la première de 10 personnes au monde à recevoir une injection de cellules modifiées à l'aide de CRISPR, a rapporté la revue Nature. Les chercheurs, dirigés par le Dr Lu You, oncologue à l'Université du Sichuan à Chengdu, ont modifié les cellules immunitaires extraites du sang du patient et désactivé un gène qui produit une protéine que les cellules cancéreuses détournent normalement pour se diviser et se multiplier. L'espoir est que sans la protéine, les cellules cancéreuses ne se multiplieront pas et le système immunitaire l'emportera.

Les équipes de recherche aux États-Unis cherchent également des moyens d'utiliser CRISPR pour lutter contre le cancer. Le Dr Carl June, directeur de la recherche translationnelle au Abramson Cancer Center de l'Université de Pennsylvanie, et ses collègues ont reçu l'approbation, en juin 2016, des National Institutes of Health de mener un essai clinique sur 18 patients atteints d'un cancer en phase avancée de mélanome (un cancer de la peau), le sarcome (un cancer des tissus mous) et le myélome multiple (un cancer de la moelle osseuse), selon un communiqué de l'université. Pour cet essai clinique, les chercheurs utiliseront CRISPR pour modifier trois gènes dans les propres cellules du système immunitaire des patients, dans l’espoir d’obtenir que ces cellules détruisent les cellules cancéreuses de leur corps.

HIV

Virus du VIH dans le sang

Éradiquer le VIH, le virus qui cause le sida, a été une bataille difficile. Non seulement le virus infecte les cellules immunitaires du corps qui attaquent les virus, mais c'est aussi un mutateur notoire. Une fois que le VIH a pris une cellule dans le corps et commence à se répliquer, il génère de nombreuses variations génétiques, ce qui lui permet d’éviter les traitements médicamenteux. Selon l’Organisation mondiale de la santé, cette résistance aux médicaments est un problème énorme dans le traitement des personnes infectées par le VIH.

CRISPR a le VIH aligné à ses yeux, cependant. En mai 2017, des chercheurs de l'Université Temple et de l'Université de Pittsburgh ont utilisé CRISPR pour extraire le virus de la cellule infectée, bloquant ainsi la réplication du virus. Cette utilisation de la technique, qui a été testée sur trois modèles animaux différents, était la première fois que les chercheurs démontraient un moyen d’éliminer le VIH des cellules infectées, selon les chercheurs, dirigés par Chen Liang, virologue à l’Université McGill de Montréal. Ils ont rapporté les résultats de leur étude dans la revue Molecular Therapy.

La maladie de Huntington

Image d'artiste d'un trouble neurologique.

Aux États-Unis, environ 30 000 personnes ont une maladie héréditaire appelée maladie de Huntington, une maladie génétique mortelle qui provoque la détérioration des nerfs cérébraux au fil du temps, selon la Huntington's Disease Society of America. Les symptômes incluent des changements de personnalité, des sautes d'humeur, une démarche instable et des difficultés d'élocution.

La maladie résulte d'un gène défectueux qui devient plus gros que la normale et produit une forme plus grosse que la normale d'une protéine appelée huntingtine, qui se fragmente ensuite en fragments plus petits et toxiques qui s'accumulent dans les neurones, perturbant ainsi leur fonction, selon la National Institutes of Santé.

Mais en juin 2017, des scientifiques ont rapporté dans le Journal of Clinical Investigation avoir inversé la maladie chez des souris de laboratoire conçues pour avoir un gène de huntingtine humain mutant à la place du gène de la huntingtine de souris. Su Yang, boursière postdoctorale au département de génétique humaine de l'Université Emory à Atlanta, et Renbao Chang, de l'Institut de génétique et de biologie du développement de l'Académie chinoise des sciences, ont utilisé le CRISPR pour extraire une partie du gène mutant de la huntingtine qui produit les bits toxiques.

Après cela, le nombre de fragments toxiques a diminué dans le cerveau des souris et les neurones ont commencé à guérir. Les souris touchées ont retrouvé une partie de leur contrôle moteur, de leur équilibre et de leur force de préhension. Bien que leurs performances sur certaines tâches n’aient pas été aussi bonnes que celles de souris en bonne santé, les résultats ont montré le potentiel de CRISPR pour aider à lutter contre cette maladie.

Dans un communiqué, les scientifiques ont souligné que des études plus rigoureuses devaient être menées avant qu'une telle thérapie puisse être utilisée chez l'homme.

Dystrophie musculaire de Duchenne

Une personne qui utilise un fauteuil roulant

Dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie débilitante qui se développe en raison d’une mutation d’un seul gène, le gène de la dystrophine, qui est l’un des gènes les plus longs du corps. Une équipe de chercheurs du Centre médical Southwestern de l'Université du Texas, dirigée par le professeur de biologie moléculaire Eric Olson, collabore avec CRISPR afin de trouver des moyens de lutter contre la dystrophie musculaire de Duchenne.

En raison de la mutation du gène de la dystrophine, le corps ne fabrique pas de forme fonctionnelle de la protéine dystrophine, essentielle à la santé des fibres musculaires. Au fil du temps, le manque de cette protéine provoque une dégénérescence et une faiblesse musculaires progressives.

En avril 2017, Olson et son équipe ont indiqué dans la revue Science Advances qu'ils avaient utilisé une variante de l'outil CRISPR, appelée CRISPR-Cpf1, pour corriger la mutation qui cause la dystrophie musculaire de Duchenne. Ils ont fixé le gène dans des cellules humaines en croissance dans des boîtes de laboratoire et chez des souris portant le gène défectueux.

CRISPR-Cpf1 est un autre instrument de la boîte à outils pour l'édition de gènes. Il diffère du CRISPR-Cas9 plus couramment utilisé en ce qu'il est plus petit, facilitant ainsi la délivrance aux cellules musculaires, selon une déclaration du centre médical UT Southwestern. Il reconnaît également une séquence d’ADN différente de celle de Cas9, qui s’est avérée utile pour la modification du très long gène de la dystrophine.

Prévenir la cécité

10 Choses étonnantes que les scientifiques viennent de faire avec CRISPR: pour

L'une des causes les plus courantes de cécité chez les enfants est une maladie appelée amaurose congénitale de Leber, qui affecte environ 2 à 3 personnes sur 100 000 nouveau-nés, selon les Instituts nationaux de la santé. La maladie est héréditaire et est causée par des mutations d'au moins 14 gènes responsables d'une vision normale.

La société de biotechnologie Editas, basée à Cambridge, dans le Massachusetts, travaille sur un traitement CRISPR visant à inverser un type de la maladie appelée amberose congénitale de Leber type 10. La société envisage de déposer les documents nécessaires auprès de la Food and Drug Administration avant la fin de l'année. 2017 pour démarrer les premiers essais sur des traitements de cette maladie chez l'homme, a rapporté le site Web d'informations sur les biotechnologies Xconomy.

Editas a été co-fondé par Feng Zhang, professeur de bio-ingénierie au MIT, qui a démontré que CRISPR-Cas9 pouvait être utilisé sur des cellules humaines. Jennifer Doudna, de l’Unversity of California, Berkeley, et Emmanuelle Charpentier, alors de l’Université de Vienne, ont également démontré que CRISPR-Cas9 pouvait prendre de l’ADN, et ils ont déposé un brevet sur cette technologie en 2012. The Broad Institute, qui fait partie du MIT, a déposé son brevet en avril 2014 et l’a accéléré pour finalement l’obtenir. Le brevet du Broad Institute a été confirmé en février 2017, après que l'Université de Californie, Berkeley, eut intenté une action en justice, affirmant que Doudna avait été le premier, a déclaré Nature.

La douleur chronique

Une femme a mal au cou et au dos

La douleur chronique n'est pas une maladie génétique héréditaire, mais les scientifiques étudient des moyens d'utiliser CRISPR pour réduire les douleurs au dos et aux articulations en modifiant les gènes afin de réduire l'inflammation. Dans des conditions normales, l'inflammation est le moyen utilisé par le corps pour demander au système immunitaire de réparer les tissus. Mais une inflammation chronique peut faire le contraire et endommager les tissus, provoquant éventuellement une douleur débilitante.

En mars 2017, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur adjoint en bio-ingénierie, Robby Bowles, de l'Université de l'Utah, a annoncé avoir utilisé CRISPR pour empêcher certaines cellules de produire des molécules conçues pour décomposer les tissus et provoquer l'inflammation qui cause la douleur, selon à une déclaration de l'université.

La technique pourrait être utilisée pour retarder la dégénérescence des tissus après une opération au dos, par exemple. Cela pourrait accélérer la guérison et réduire le nombre de chirurgies supplémentaires nécessaires pour corriger les lésions tissulaires.

maladie de Lyme

tiques, maladies transmises par le sang

Kevin Esvelt, biologiste de l'évolution au MIT, veut éliminer la maladie de Lyme, causée par une bactérie transmise par les tiques qui peut se transmettre aux humains par des morsures de tiques. Si elle n'est pas traitée, l'infection peut provoquer une inflammation des articulations, des douleurs nerveuses, des palpitations cardiaques, une paralysie faciale et d'autres problèmes, selon le CDC.

Bien que la bactérie qui cause la maladie de Lyme soit transmise à l'homme par la tique de cerf, les tiques elles-mêmes n'ont pas la bactérie lorsqu'elles éclosent de leurs œufs. Ce sont plutôt les jeunes tiques qui attrapent les bactéries quand elles se nourrissent, souvent chez la souris à pattes blanches. Esvelt souhaite réduire la maladie en utilisant CRISPR-Cas9 pour modifier génétiquement des souris à pieds blancs de manière à ce qu'elles et leur progéniture soient immunisées contre la bactérie et incapables de la transmettre aux tiques, a rapporté Wired.

En juin 2016, Esvelt a présenté sa solution aux habitants des îles de Nantucket et Martha's Vineyard, dans le Massachusetts, aux prises avec un grave problème de maladie de Lyme, a rapporté le Cape Cod Times. De telles souris ne seront pas relâchées sur l'île, toutefois, jusqu'à ce que d'autres tests soient effectués, ce qui pourrait prendre des années.

Paludisme

moustique piquant personne

Le paludisme tue des centaines de milliers de personnes chaque année. En 2015, dernière année pour laquelle l'Organisation mondiale de la santé dispose de statistiques, il y a eu environ 212 millions de cas de paludisme et environ 429 000 décès dus au paludisme.

Pour s'attaquer au problème à la source, les équipes de recherche de l'Imperial College London cherchent à réduire le nombre de moustiques vecteurs du paludisme. Selon un communiqué du collège, un groupe de scientifiques dirigé par les professeurs Austin Burt et Andrea Crisanti étudiera deux lignes de conduite principales: modifier génétiquement les moustiques mâles afin qu'ils produisent davantage de progénitures mâles, et modifier génétiquement les insectes femelles qui réduit leur fertilité.

En décembre 2015, l'équipe de la revue Nature avait indiqué avoir identifié trois gènes visant à réduire la fertilité des moustiques femelles. Ils ont également annoncé qu'ils avaient découvert que CRISPR pouvait travailler pour cibler au moins l'un d'entre eux.

Cultures

Champ de molène commune

Tout comme CRISPR peut être utilisé pour modifier le génome humain ou animal, il peut être utilisé pour modifier le génome de plantes. Les scientifiques étudient des moyens d'exploiter la capacité d'édition de gènes de l'outil pour réduire les maladies de certaines cultures et en rendre d'autres plus robustes.

Sophien Kamoun, professeur au Sainsbury Laboratory de Norwich, en Angleterre, étudie par exemple des moyens de supprimer les gènes qui rendent la pomme de terre et le blé vulnérables aux maladies, a rapporté PhysOrg. Zachary Lippman, un généticien du Cold Spring Harbor Laboratory à New York, utilise CRISPR pour développer des plants de tomates dont les branches sont optimisées pour supporter le poids des tomates mûres et ne pas casser, a rapporté Nature. Et en Californie, plusieurs laboratoires tentent d’utiliser CRISPR pour lutter contre une maladie des plantes appelée «verdissement des agrumes», qui est causée par une bactérie transmise par des insectes qui volent parmi les plantes d’une plantation d’agrumes, a rapporté Nature News.

Modification d'un embryon humain viable

10 Choses étonnantes que les scientifiques viennent de faire avec CRISPR: pour

La rapidité avec laquelle les études basées sur CRISPR peuvent passer d'hypothèse à résultat est stupéfiante. Des expériences qui prenaient des mois prennent maintenant des semaines, a déclaré Sheltzer à WordsSideKick.com. Cette rapidité a suscité certaines inquiétudes chez les décideurs politiques et les parties prenantes, notamment en ce qui concerne l'utilisation d'une telle technologie sur l'homme.

En février 2017, des scientifiques des académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine ont publié une évaluation de l'édition de gènes humains, affirmant qu'elle était acceptable mais sous certaines conditions. Le groupe a également déclaré que la modification des cellules dans les embryons, les ovules et le sperme était éthiquement autorisée à condition que cela soit fait pour corriger une maladie ou un handicap, et non pour améliorer l'apparence physique ou les capacités d'une personne, a rapporté Science News.

Bien qu'aucun scientifique aux États-Unis n'ait encore utilisé CRISPR pour modifier un embryon humain viable, une équipe dirigée par Jianqiao Liu de l'Université médicale de Guangzhou en Chine a fait état d'une telle avancée le 1er mars 2017 dans la revue Molecular Genetics and Genomics. Les scientifiques ont utilisé CRISPR-Cas9 pour introduire puis modifier des mutations causant des maladies chez des embryons humains. L'étude a été réalisée pour montrer que l'édition génétique pouvait être effectuée au stade embryonnaire. Les embryons n'ont pas été implantés chez l'homme.

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Supplément Vidéo: Modifier le génome avec CRISPR — Science étonnante #18.




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