La technologie CRISPR pour modifier génétiquement les coraux

Selon des chercheurs de l’école de médecine de l’université de Stanford et leurs collaborateurs, les récifs coralliens au bord de l’effondrement pourraient bénéficier d’un coup de pouce de la part de la technologie de modification génétique CRISPR.


Selon des chercheurs de l'école de médecine de l'université de Stanford et leurs collaborateurs, les récifs coralliens au bord de l'effondrement pourraient bénéficier d'un coup de pouce de la part de la technologie de modification génétique CRISPR.

Les scientifiques ont trouvé des preuves définitives que l’outil d’édition du gène CRISPR-Cas9 pourrait être une ressource puissante pour les biologistes des coraux. Phillip Cleves, PhD, un chercheur postdoctoral à Stanford est un généticien dont les efforts se concentrent pour délimiter la fonction des gènes chez les coraux.

Jusqu’à présent, il n’y avait pas moyen de se demander si un gène dont l’expression est en corrélation avec la survie des coraux joue effectivement un rôle causal selon Cleves. Il n’y a pas eu de méthode pour modifier les gènes du corail pour déterminer les conséquences. L’étude est publiée dans la revue PNAS.

Les dommages du blanchissement des coraux

À la fin des années 1990, les récifs coralliens ont connu la première grande vague de blanchissement des coraux, un événement dramatique dans lequel les températures océaniques les plus élevées tuent ou blanchissent des parties du récif en endommageant tout l’écosystème récifal.

Le travail de Cleves, mené en collaboration avec des chercheurs de l’UT-Austin et de l’Institut australien des sciences de la mer, est né d’une conversation lors d’une réunion internationale sur les coraux visant à comprendre concrètement les gènes responsables de la survie des coraux. Existe-t-il des gènes qui rendent les coraux plus résistants aux pointes de température océanique ? Ou peut-être un gène qui aide à établir de nouvelles colonies de coraux ? Les scientifiques avaient émis des hypothèses sur les réponses à ces questions, mais pour vraiment le savoir, Cleves voulait créer une technique qui permettrait aux biologistes coralliens de répondre à ces questions plus rigoureusement. Nous voulons utiliser CRISPR-Cas9 pour connaitre les gènes qui sont essentiels à la biologie corallienne selon Cleves.

CRISPR est un outil rapide et efficace qui peut être utilisé pour cibler et modifier des séquences d’ADN. La modification de gènes pour révéler les effets sur l’organisme est un concept qui a été la clé de voute dans la biologie moléculaire. Désormais, CRISPR contribue à accélérer le processus dans de nombreux modèles animaux, mais l’appliquer aux coraux (les coraux sont des animaux, pas des plantes) s’est avéré difficile en partie à cause de leur reproduction peu fréquente. Et jusqu’à ce que Cleves et ses collaborateurs aient mené cette recherche, l’utilisation de l’outil d’édition de gènes n’avait jamais été rapportée chez les coraux.

Nous espérons que les futures expériences utilisant CRISPR-Cas9 nous aideront à développer une meilleure compréhension de la biologie corallienne de base que nous pouvons ensuite appliquer pour prédire et peut-être améliorer ce qui se passera dans le futur en raison du changement climatique.

La fenêtre étroite de la reproduction des coraux

Les coraux posent un problème quand il s’agit de CRISPR en raison de leurs cycles de ponte. La plupart des coraux, incluant l’Acropora millepora qui a fait l’objet de l’étude, ne se reproduisent qu’une ou deux fois par an en octobre et en novembre dans la Grande Barrière de Corail précédés par la pleine lune. Pendant cette courte période, les coraux libèrent leurs cellules sexuelles dans l’océan. Quand les ovules et les spermatozoïdes se rencontrent, alors ils forment des zygotes ou des cellules uniques fécondées. Au cours de la fenêtre temporelle étroite avant que ces cellules commencent à se diviser, un chercheur peut introduire CRISPR en injectant un mélange de réactifs dans ces zygotes pour induire des mutations précises dans l’ADN corallien.

La récupération des zygotes est un défi logistique selon Cleves. Heureusement, ses collaborateurs en Australie peuvent prédire la ponte ce qui leur permet de prélever des échantillons de coraux dans le récif pour recueillir des zygotes à des fins d’expérimentation. Cleves a voyagé en Australie pour commencer à expérimenter avec CRISPR en ciblant 3 gènes de corail : la protéine fluorescente rouge, la protéine fluorescente verte et le facteur de croissance des fibroblastes 1a, un gène qui est censé aider à réguler la nouvelle colonisation corallienne.

En utilisant CRISPR, les scientifiques ont fait un type de modification génétique qui a désactivé les gènes, les rendant incapables de fonctionner. Dans le cas des protéines fluorescentes rouges et vertes, il semblait facile de déterminer si CRISPR fonctionnait, car il n’y aurait plus de fluorescence. Mais il s’est avéré qu’il existe plusieurs copies de gènes de protéines fluorescentes rouges et vertes. Donc, le fait de désactiver une seule copie n’a pas supprimé totalement la fluorescence.

Même si nous ne sommes pas certains d’avoir vu une perte de fluorescence convaincante, le séquençage de l’ADN nous a montré que nous étions capables de cibler moléculairement les gènes des protéines fluorescentes rouges et vertes selon Cleves. Cela a montré aux chercheurs que CRISPR pourrait modifier plusieurs gènes si les deux étaient assez similaires qui sont un avantage pour la manipulation génétique, car les gènes sont souvent dupliqués au cours de l’évolution.

En ce qui concerne le troisième gène, le facteur de croissance des fibroblastes 1a, qui n’a qu’une seule copie génique, le séquençage post-CRISPR a montré du succès. Chez certains embryons, le gène était largement muté en suggérant que CRISPR fonctionnerait correctement pour modifier les gènes coraux à copie unique.

Cleves a déclaré que le but ultime n’est pas de créer un super-corail génétiquement résilient qui pourrait peupler l’océan, car un tel exploit est actuellement invraisemblable et soulèverait d’importantes questions éthiques. Pour le moment, nous voulons comprendre les mécanismes de base du fonctionnement du corail afin d’informer sur les efforts de protection à l’avenir. Il y a peut-être des variantes de gènes naturels dans les coraux qui renforcent leur capacité à survivre dans les eaux plus chaudes.

Une étude de principe pour inciter de futurs travaux

Même si le travail actuel est une étude de preuve de principe, Cleves et d’autres commencent à modifier des gènes qui sont plus pertinents sur le plan écologique. Et il espère que d’autres chercheurs feront de même. Je veux que ce papier fournisse un premier aperçu des types de manipulations génétiques que les scientifiques peuvent faire avec les coraux selon Cleves. Dans les prochaines années, il espère voir d’autres groupes modifier des gènes de coraux potentiellement impliqués dans le blanchissement, dans la croissance du squelette ou la symbiose critique avec les algues qui fournissent la majeure partie de l’énergie des coraux.

Actuellement, on a perdu jusqu’à 27 % de l’écosystème récifal mondial en raison d’une combinaison de changements climatiques et d’activités humaines. Si nous pouvons commencer à classer les gènes importants, alors nous pouvons avoir une idée de ce que nous pouvons faire pour aider à la conservation ou même juste pour prédire ce qui va se passer à l’avenir.

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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