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"Comment l’édition génomique est en train de changer ce à quoi ressemble un animal de laboratoire" par Bethany Brookshire

Traduction et compléments de Jacques Hallard

dimanche 6 novembre 2016, par Brookshire Bethany


ISIAS Génétique CRISPR

Comment l’édition génomique est en train de changer ce à quoi ressemble un animal de laboratoire

CRISPR et d’autres techniques pourraient permettre d’étendre les recherches au-delà des organismes modèles habituels

L’article de Bethany Brookshire publié le 13 octobre 2016 par Sciences News sous le titre «  How gene editing is changing what a lab animal looks like » est accessible sur le site : https://www.sciencenews.org/blog/scicurious/how-gene-editing-changing-what-lab-animal-looks

Ajout d’une annexe sur l’édition génomique et CRISP/Cas9

ACTU - Le poisson-zèbre, nouvelle star des laboratoires - LE MONDE SCIENCE ET TECHNO – De Nathaniel Herzberg le 31.10.2016. Mis à jour le 01.11.2016

Photo - Avec l’avènement des nouvelles techniques de l’édition génomique *, certains modèles animaux moins communs, tels que les poulpes ou pieuvres, peuvent trouver leur chemin dans les boîtes à outils des scientifiques. srsphoto / Flickr (CC BY-NC 2.0).

[* Voir une introduction à l’édition génomique et des articles sélectionnés sur le sujet qui sont à consulter ci-après dans les annexes 1 et 2]


Quiconque lit des nouvelles scientifiques (dans ‘Science News’ ou ailleurs), reconnaîtra que, comme les ‘X-Men’ * ou toute autre système franchisé de super-héros, il y a un casting récurrent de personnages expérimentaux.

[* Selon Wikipédia, « Les X-Men sont un groupe de super-héros, créé par le scénariste Stan Lee et le dessinateur Jack Kirby, dont les aventures ont été publiées dans le comic book X-Men édité par Marvel Comics à partir de septembre 1963. En France, ils sont apparus pour la première fois en janvier 1970 dans le journal Strange no 1 publié par les éditions Lug. Ils sont aussi, depuis 2000, les héros de la série de films X-Men, laquelle est une franchise cinématographique… Article complet à lire sur le site suivant : https://fr.wikipedia.org/wiki/X-Men ].

Au lieu de Magneto, le Professeur X, Mystique et Phoenix, les scientifiques ont des souris, des mouches des fruits, le poisson zèbre et le singe. Différents types d’études utilisent différents modèles de remplacement : mouches pour la génétique ; le poisson zèbre pour le développement précoce ; des rats et des souris et des singes pour le cancer, pour les études en neurosciences et d’autres encore. Beaucoup de ces espèces animales ont été soigneusement élevées de sorte qu’elles sont génétiquement identiques, donnant ainsi aux scientifiques un maximum de contrôle lorsqu’ils étudient les changements en génétique ou dans l’environnement. Ces modèles animaux ont ajouté des volumes énormes de connaissances à notre compréhension de la biologie humaine et animale, et ils continueront d’ajouter à nos connaissances pendant de nombreuses années à venir.

Maintenant, de nouvelles techniques telles que l’édition génomique, signifient que les scientifiques peuvent sonder et modifier les gènes d’un animal. Les méthodes ouvrent la porte à de nouveaux organismes - comme les calmars et les pieuvres – qui peuvent de adjoindre aux boîtes à outils de base des scientifiques.

Avec ces nouveaux arrivants, viennent aussi de nouvelles questions. Que faut-il pour travailler avec un bon modèle animal, et comment les outils de découpage génétique sont en train de changer la règle.

Dans les premiers jours de la biologie, l’accent avait été mis sur la description des organismes vivants. Mais la description ne permettait pas l’expérimentation. « L’une des principales raisons de faire des expériences est que l’on peut contrôler un système et faire des prédictions à partir de là », dit Garland Allen, un historien des sciences à l’Université de Washington à St. Louis aux Etats-Unis.

Pour mener à bien des expériences, les scientifiques avaient besoin de modèles de remplacement (stand-ins en anglais) qui a une caractéristique dont les chercheurs ont besoin de connaître, disons, la génétique, la fonction cardiaque ou le comportement. Ces remplaçants ont dû être bien contrôlés, à partir d’animaux bien caractérisés et définis qui peuvent être conservés même dans toutes sortes d’épreuves. Une fois que des expériences ont pu être été menées avec ces modèles, les résultats peuvent être appliqués à d’autres espèces.

Alors, les premiers modèles animaux sont intervenus à partir des efforts de maîtrise dans les es expériences. Les animaux tels que les souris et les mouches sont relativement faciles à manipuler génétiquement. Choisir les caractéristiques qui sont transmises de manière fiable et facile à identifier, comme la couleur des yeux et la forme des ailes des mouches.

Pour assurer la plus grande pureté que possible, les souris sont reproduites en système consanguin (frère – sœur), de sorte que les animaux sont tous génétiquement identiques. « Pendant les 100 dernières années, la tendance a été de développer un modèle aussi cohérent que possible, de sorte que chaque individu va répondre de la même façon aux mêmes défis », explique Nadia Rosenthal, directeur scientifique au Jackson Laboratory à Bar Harbor, dans l’état du Maine aux Etats-Unis. « Si vous avez cinq souris qui sont identiques génétiquement, vous pouvez moduler leur environnement en toute impunité, en sachant que le résultat que vous obtenez va résulter de l’effet de l’environnement.’

Les animaux tels que les mouches, les rats et les souris ont d’autres avantages. D’abord, ils se reproduisent facilement, comme les souris. « Les souris ... ont un cycle de reproduction très court. C’est une chose essentielle en génétique », explique Rosenthal. « Vous avez besoin de plusieurs générations, et à moins que vous soyez très patient, les éléphants ne sont pas un bon modèle pour cela ! ».

D’autres modèles, tels que les poissons zèbres ont l’avantage d’avoir des embryons clairs, des œufs transparents et les alevins sont des êtres vivants idéaux pour travailler avec de la lumière », note Eric Edsinger, qui développe des organismes modèles au Laboratoire de biologie marine de Woods Hole, dans l’état du Massachusetts. Cela peut être utile pour tout, à l’aide d’un microscope à lumière simple pour regarder les cellules en cours de division se divisent à l’aide de techniques basées sur la lumière pour mener des actions génétiques et cellulaires.

Une fois que ces organismes modèles grandissent, un autre avantage est évident : ils croissent mais restent de petite taille. Pour trouver des organismes modèles, Edsinger explique que c’est une véritable aubaine d’être en mesure de garder beaucoup d’individus à la fois dans les conditions de laboratoire. Un modèle de poulpe peut être utile pour étudier le mouvement, les systèmes nerveux et le camouflage, mais vous auriez alors besoin de beaucoup d’espace.

« Un aquarium standard peut seulement être en mesure d’héberger une pieuvre, mais vous pourriez y placer 10 calmars pygmées  », note-t-il. Un laboratoire de la taille d’un placard peut facilement contenir des milliers de mouches des fruits – ce qui est un réel avantage lorsque l’espace scientifique et les financements sont serrés. Les expériences bénéficient d’une nourriture à bon marché. Le chercheur Garland Allen souligne que des granulés de céréales pour alimenter les souris et les rats ou une seule banane pour nourrir des mouches des fruits, contribuent à limiter les dépenses de laboratoire.

Mais peut-être que le plus grand avantage qu’un organisme modèle peut avoir, c’est d’être capable de vivre dans des conditions difficiles « Si le pH du milieu descend juste un peu, certains poulpes se détériorent et peuvent mourir » dit Edsinger. Mais le modèle animal du calmar pygmée, qu’il a mis au point, montre que ces animaux sont beaucoup plus résistants. « Ayant mis des calmars pygmées dans un seau en le laissant sous mon porche, ils se sont très bien comportés er ne semblaient pas être dérangés » dit-il. Haut du formulaire

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Le découpage du génome par la méthode faisant appel au CRISPR

[CRISPR - Nous suggérons les articles suivants qui ont été postés sur notre site ISIAS :

’L’édition génomique (Genome Editing pour les anglophones) ou « édition du génome avec des nucléases modifiées » quésaco ?’, par Jacques Hallard, jeudi 21 juillet 2016 - français

’Les effets hors-cible de l’édition génomique peuvent-ils être réduits et insignifiants ?’ par GM WATCH. Traduction de Jacques Hallard, jeudi 5 mai 2016 - français].

Avoir un modèle animal fiable et génétiquement identique, signifiait un grand avantage quand les empreintes génétiques ou génomes d’un animal, étaient difficiles à identifier. Chez les mouches et les souris, « leur robustesse vient de leur patrimoine génétique, et en particulier de leur capacité à développer rapidement des systèmes où l’on peut modifier les gènes », explique Jonathan Gitlin, un biologiste du développement et directeur de recherche au MBL [Marine Biological Laboratory].

[Voir également l’article « CRISPR inspires new tricks to edit genes - The molecular tool enters a new phase of creative uses ». Tina Hesman Saey 7:00am, August 24, 2016. Magazine issue : Vol. 190, No. 5, September 3, 2016, p. 22 - Site : https://www.sciencenews.org/article/crispr-inspires-new-tricks-edit-genes ]

Cela change avec l’avènement de la technologie CRISPR/cas9.

[D’après Wikipédia « Cas9 (CRISPR associated protein 9) est une endonucléase, c’est-à-dire une enzyme spécialisée pour couper l’ADN avec deux zones de coupe actives, une pour chaque brin de la double hélice. Cette enzyme peut être utilisée pour modifier facilement et rapidement le génome des cellules animales et végétales. Ce genre d’outils existait depuis les années 70 mais ils étaient bien moins efficaces et bien plus coûteux que Cas9… « Article complet sur le site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Cas9 ].

Ce système d’édition génomique permet aux scientifiques de cibler des endroits précis dans un génome, où l’enzyme cas9 peut alors trancher, et même ajouter de nouveaux gènes. CRISPR / cas9 ne nécessite pas la connaissance de la totalité du modèle génétique de l’organisme que vous étudiez en détail, ni le développement d’un système spécialisé pour l’édition de chaque nouvelle zone. Tous les besoins des scientifiques se résument à une séquence de guidage au bon endroit. La possibilité de modifier un seul gène, soigneusement ciblé dans chaque organisme, signifie que les membres individuels ne doivent pas être des clones génétiques parfaits comme ils le sont actuellement chez les souris et les mouches utilisées dans les laboratoires. Les scientifiques peuvent être en mesure de modifier les gènes d’un seul animal pour voir un effet particulier, et jongler ainsi avec le même gène dans un autre organisme et observer le même impact, même si les deux animaux ne sont pas génétiquement semblables.

Et si les scientifiques ne connaissent pas nécessairement les séquences d’ADN, le monde animal est à votre portée ». « Je peux maintenant prendre pratiquement tout organisme, manipuler son génome et créer ainsi des systèmes de modèles où je peux suivre les cellules, manipuler les gènes », dit Gitlin. Avant, dit-il, si vous pensiez que les réponses à votre question scientifique pouvaient être trouvées dans uncéphalopode, « vous étiez limité parce que vous ne pouviez pas manipuler le génome. Maintenant vous pouvez ».

Avec l’aide de CRISPR / cas9, Edsinger espère établir un ou plusieurs organismes de céphalopodes qui peuvent être utilisés pour étudier le mouvement, le camouflage et les systèmes neuronaux. Les nouveaux modèles pourraient bénéficier de la robotique, de l’informatique, des prothèses et de bien d’autres choses. « L’édition génomique démocratise la capacité d’une seule personne à passer un an en restant concentrée sur quelque chose et faire des études fonctionnelles puissantes », dit Edsinger.

Mais beaucoup de soins - et beaucoup de pieuvres - seront toujours nécessaires. « Je ne suis pas sûr qu’il y ait un attribut qui ne varie pas à un certain niveau », note Rosenthal. « Vous devez supposer que vous allez avoir de la variabilité et construire cela dans votre conception expérimentale ».

Les céphalopodes et les changements culturels

CRISPR / cas9 permet une grande ouverte dans le monde des modèles animaux. Mais il se heurte également à la science établie et à la culture scientifique. À l’heure actuelle, la plus grande question pour les nouveaux modèles animaux est qui va acheter ces produits. « Il y a une énigme culturelle merveilleuse », dit Rosenthal. « Les gens veulent utiliser ce que d’autres ont déjà utilisé, de sorte que vous pouvez construire sur les observations des gens. « Si un scientifique décrit un travail de bourse pour étudier la souris, il ou elle peut citer de grandes quantités d’informations présentes dans la littérature scientifique avec ce modèle. Pour obtenir une subvention enfin d’étudier les céphalopodes, l’histoire est beaucoup plus compliquée. Et les scientifiques sont des êtres humains », note-t-elle ; » ils se sentent plus à l’aise avec ce qu’ils ont vu avant ».

Ainsi, un nouveau cycle commence. Un comité d’examen des subventions pourrait rejeter une subvention pour travailler sur un nouveau calamar ou un écureuil, invoquant un manque de recherches déjà effectuées dans le domaine en question. En rejetant la subvention, la recherche ne se fait pas, et il n’y a donc pas de nouveaux travaux relatés dans la littérature en question. Laver, rincer, répéter.

Edsinger se demande comment sera le monde des modèles animaux dans cinq ou dix ans. Y aura-t-il 10 laboratoires qui essaieront d’établir une seule espèce à des fins expérimentales, ou bien chaque laboratoire travaillera-il sur son modèle favori ? Une seule espèce utilisée pourrait permettre de faire des expériences mieux contrôlées. Mais un laboratoire scientifique unique travaillant sur une espèce charismatique pourrait alors attirer l’attention du public.

Les jeunes scientifiques qui tentent d’établir de nouveaux modèles animaux s’efforcent également d’établir leur propre carrière. Dans un monde rempli de souris, de poissons et les mouches de laboratoire, dit Edsinger, « il n’y a pas de modèle pour cela ». Alors que CRISPR / cas9 peut fournir les outils nécessaires, il appartient à la culture scientifique elle-même de déterminer combien de nouveaux animaux rejoindront les autres modèles animaux pour réaliser les futures expérimentations dans les laboratoires de recherche.

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ACTU - Le poisson-zèbre, nouvelle star des laboratoires - LE MONDE SCIENCE ET TECHNO | 31.10.2016 à 10h30 • Mis à jour le 01.11.2016 à 11h58 - Par Nathaniel Herzberg - aA Facebook Twitter Google + Linkedin Pinterest Abonnez-vous au
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Photo d’un couple de poissons-zèbres mutants   : à travers la peau dépigmentée, on voit notamment les branchies, le cœur et les ovaires de la femelle (à gauche). | ZEBRAFISH INTERNATIONAL RESOURCE CENTER

« Installé sur une petite table, le dispositif ne paie pas de mine. A gauche, un rayon laser, dirigé vers le centre  ; en haut, une caméra LCD couplée à un microscope. Et au milieu, pour accueillir l’échantillon, une boîte transparente dans laquelle pénètre un tube. D’une voix joyeuse, Volker Bormuth, maître de conférences en physique à l’université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC, Paris-VI), interroge Geoffrey Migault  : «  On y va ?  » D’un clic de souris, le thésard s’exécute. Et... »

Pour une lecture conditionnelle de la suite de cet article, se reporter au site suivant : http://mobile.lemonde.fr/sciences/article/2016/10/31/le-poisson-zebre-la-nouvelle-star-des-labos_5023023_1650684.html?xtref=https://www.google.fr/

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Comment le poisson zèbre répare les lésions de sa moelle épinière - La rédaction d’Allodocteurs.fr France Télévisions avec AFP. Mis à jour le 04/11/2016 | 13:39 ; publié le 04/11/2016 | 12:23 -

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Star des laboratoires, le poisson zèbre pourrait détenir la clé d’un traitement permettant de réparer la moelle épinière, selon une étude publiée ce 3 novembre.

Les poissons zèbres sont (notamment !) connus des chercheurs pour leur étonnante capacité à régénérer leur moelle épinière. Des chercheurs annoncent être parvenu à isoler l’une des protéines clef du processus. Leurs travaux, parus dans la revue Science, pourraient selon eux conduire à terme à un traitement régénérateur de la moelle épinière chez les humains.

Chez ces animaux, une rupture de la moelle épinière déclenche un processus réparateur qui entraîne la formation d’un véritable pont entre les neurones. Les premières cellules sur les deux bords de la blessure se projettent à une distance des dizaines de fois supérieure à leur propre longueur pour combler l’espace créé par la lésion. Par la suite, les cellules nerveuses se développent sur ce ’pont’. La guérison est complète huit semaines après la blessure, rétablissant la mobilité du poisson.

Une analyse génétique a permis aux chercheurs d’isoler sept gènes particulièrement actifs codant des protéines importantes dans la régénération des tissus. L’un d’eux, qui participe à la production d’une protéine baptisée CTGF, est apparu jouer un rôle décisif pour la régénérescence cellulaire dans la moelle. En effet, lorsque les chercheurs ont inhibé l’expression de cette protéine CTGF, les poissons zèbres ne sont pas parvenus à régénérer leurs tissus.

Humains et poissons zèbres partagent un grand nombre de gènes, dont celui produisant la protéine CTGF, qui est à 90% similaire à celle de cet animal. Quand les chercheurs ont inséré la version humaine de ce gène à l’endroit d’une blessure de la moelle épinière de poissons zèbres, les tissus se sont régénérés, redonnant aux poissons leur mobilité. ’L’effet de cette protéine est frappant’, soulignent les auteurs de l’étude.

Cependant, ils estiment qu’elle n’est probablement pas suffisante pour réparer à elle seule la moelle épinière chez les humains. Ce processus est plus complexe chez les mammifères parce que des tissus cicatriciels se forment autour de la blessure, expliquent-ils. Mais des recherches vont être entreprises, probablement avec des souris, pour déterminer avec quels types de cellules de mammifère cette protéine pourrait induire une régénérescence des tissus.

Fin 2014, une autre équipe avait identifié un composé chimique permettant aux neurones de croître au travers le tissu cicatriciel qui se forme après une lésion de la moelle. Ils étaient parvenus à faire recouvrir de multiples fonctions nerveuses à des souris de laboratoire. Ces travaux avaient fait l’objet d’une publication dans la revue Nature.

A lire aussi


Annexe 1

Édition génomique – Introduction d’un article de Wikipédia

L’édition génomique (Genome Editing pour les anglophones) ou « édition du génome avec des nucléases modifiées » aussi désigné par l’acronyme GEEN, pour « genome editing with engineered nucleases ») ou encore parfois dite édition génétique (mais cette expression est à éviter car ayant d’autres sens1) regroupe un ensemble de techniques de manipulations du génome via la « réécriture du matériel génétique » 2, qui peut être appliqué aux plantes, animaux3, champignons et microbes, et que certains laboratoires proposent d’aussi appliquer au génome humain.

Ces techniques sont plus précises que les premières techniques de génie génétique (où les modifications étaient en grandes parties faites au hasard dans le génome). Elles sont utilisées par des laboratoires pour produire des organismes génétiquement modifiés sans avoir recours à la transgénèse, pour des modifications plus précises et parfois avec l’espoir de ne pas soulever les mêmes réticences et controverses que les premières générations d’OGM, ou pour profiter de la législation de certains pays qui contient un vide juridique pour ce type d’organisme en quelque sorte modifiés à partir d’eux-même par simple réécriture du code génétique.
Elles pourraient aussi être appliquées à l’être humain dans l’objectif de réparer des génomes porteurs de mutations délétères4 ou pour certains avec une volonté d’améliorer le génome humain, par exemple dans le contexte du transhumanisme ou du post-humanisme.

Cette technique encore émergente peut potentiellement « révolutionner la médecine personnalisée et la thérapie génique », ce pourquoi elle avait été mise en valeur par Nature Methods comme « méthode de l’année » en 20115, mais elles ont aussi rapidement suscité un appât du gain et des mouvements de privatisation aux États-Unis notamment, avec de nombreuses sociétés et start-ups qui ayant « saisi le potentiel de la technologie CRISPR » ont déclenché une « guerre des brevets »6. Face à cette évolution, plusieurs groupes de scientifiques ont en 2015 publiquement attiré l’attention sur des dérives possible ou en cours concernant des utilisations non-éthiques de ces techniques7,8. De plus, des interrogations persistent quant aux impacts de la spécificité relative de chaque nucléase ou d’effets inattendus ou indésirables de l’utilisation de vecteurs pour le transfert de ces enzymes à l’intérieur des cellules et des organismes9. Ainsi, si l’ADN d’un génome est traité avec une endonucléase de restriction particulière, de nombreuses cassures double brin (CDB) pourront être créés en différents points du génome, ce qui peut être dangereux pour la cellule (effet mutagène). La plupart des enzymes de restriction reconnaissent et ciblent en effet plusieurs paires de base sur l’ADN, et il est très probable que la combinaison de paires de bases particulière se trouve en de nombreux endroits du génome. C’est pour surmonter ce défi et pouvoir cibler plus spécifiquement certains sites que de nouvelles classes distinctes de nucléases ont été créées (par génie génétique) à ce jour (voir plus bas)…

Texte complet à lire sur le site suivant : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89dition_g%C3%A9nomique Haut du formulaire

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Annexe 2

Accès à des articles sur Edition génomique et CRISP/Cas9

ISIAS Génétique CRISPR - ’L’édition génomique (Genome Editing pour les anglophones) ou « édition du génome avec des nucléases modifiées » ’ quésaco ? Jacques HALLARD, Ing. CNAM – SiteISIAS – 20 juillet 2016. Article à lire sur le site : http://www.isias.lautre.net/spip.php?article520&amp ;lang=fr

’Les effets hors-cible de l’édition génomique peuvent-ils être réduits et insignifiants ?’ par GM WATCH. Traduction et compléments de Jacques Hallard, jeudi 5 mai 2016 par GM Watch – Site ISIAS GMWATCH Génétique Édition du génome « Des scientifiques commentent une nouvelle étude qui revendique la précision d’une technique de modifications génétiques dénommée ‘CRISPR-Cas9’… » Article complet sur le site suivant : http://www.isias.lautre.net/spip.php?article491&amp ;lang=fr

Autres contributions sur le site Yonne Lautre :

CRISPR/Cas9 : comment modifier les génomes va changer la société, mercredi 5 octobre 2016 par Yonne Lautre - français

CRISPR : les OGM changent, les vieux mythes demeurent !, mercredi 28 septembre 2016 par Yonne Lautre - français

Génétique humaine Epigénétique,http://yonnelautre.fr/spip.php?acti...mardi 21 avril 2015 par Yonne Lautre - françaisUne série d’articles à consulter sur ce site.

« L’épigénétique est l’étude des influences environnementales modifiant l’expression du code génétique et des mécanismes en cause ».

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Traduction, compléments entre […], point ACTU, ajout d’une annexe sur l’édition génomique et CRISP/Cas9 , et intégration des liens hypertextes par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 05/11/2016

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Fichier : ISIAS Génétique CRISPR How gene editing is changing what a lab animal looks like French version.4

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