Nouvelles technologies CRISPR de découpe de l’ADN

Par : Matthieu Gallet

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Une véritable mine de nouvelles technologies de coupe de gènes de type CRISPR a été découverte grâce à un algorithme capable d’analyser des centaines de millions de séquences génétiques.

Qu’est ce que le CRISPR

CRISPR est un acronyme pour « Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats » (Répétitions Palindromiques Courtes Interrégulières Groupées). Il s’agit d’une technique révolutionnaire d’édition du génome, inspirée du système immunitaire des bactéries. Ce système permet de cibler des séquences spécifiques d’ADN pour les couper, les modifier ou les remplacer avec une précision remarquable.

Le système CRISPR est composé de deux éléments principaux : des séquences répétées d’ADN court et des séquences d’ADN issues de virus ou de bactériophages précédemment rencontrés par la bactérie. Ces séquences d’ADN étranger, appelées « spacers », sont insérées dans le génome bactérien pour servir de mémoire immunologique. Lorsqu’un virus envahit à nouveau la bactérie, les enzymes CRISPR associées à ces séquences guide s’activent et reconnaissent l’ADN viral, provoquant sa coupure ou sa neutralisation.

Les scientifiques ont découvert comment utiliser ce mécanisme de reconnaissance et de coupe spécifique de l’ADN pour l’édition du génome. Ils ont modifié les enzymes CRISPR pour cibler des séquences spécifiques dans le génome de différentes cellules, permettant ainsi des modifications précises, telles que la correction de mutations génétiques, l’activation ou la désactivation de gènes, ou même l’insertion de nouveaux gènes.

Cette technologie révolutionnaire a ouvert de nouvelles perspectives en biologie moléculaire, en médecine et dans de nombreux autres domaines de la recherche scientifique. Elle offre des opportunités pour mieux comprendre les mécanismes génétiques, traiter des maladies génétiques, développer des thérapies innovantes et explorer de nouvelles pistes dans l’agriculture et la biotechnologie.

QUID du système CRISPR-Cas

Le système CRISPR-Cas9 est principalement connu comme un outil de laboratoire pour l’édition de l’ADN, mais sa fonction naturelle réside dans le système immunitaire des microorganismes qui leur permet de se défendre contre les virus. Ainsi, des chercheurs ont utilisé un algorithme pour explorer des millions de génomes à la recherche de nouveaux types rares de systèmes CRISPR qui pourraient éventuellement être adaptés pour l’édition du génome.

Brun d'ADN - Illustration
Brun d’ADN – Illustration

Feng Zhang, biochimiste au Massachusetts Institute of Technology et co-auteur d’un article paru le 23 novembre dans Science décrivant ces systèmes, exprime son étonnement face à la diversité de ces systèmes : « Cette analyse nous permet non seulement d’étudier la biologie, mais également de potentiellement découvrir des éléments utiles. »

Les bactéries et les archées unicellulaires utilisent les systèmes CRISPR pour se défendre contre les virus appelés bactériophages. Jusqu’à présent, six types de systèmes CRISPR, désignés de I à VI, avaient été identifiés. Cependant, leurs caractéristiques variées pourraient les rendre utiles pour d’autres applications que celles actuellement exploitées par le CRISPR-Cas9, largement utilisé pour l’ingénierie génétique.

Brun d'ADN - Illustration
Brun d’ADN – Illustration

Pour trouver ces systèmes CRISPR, Zhang, l’ingénieur en bio-ingénierie de MIT Han Altae-Tran et leurs collègues ont mis au point un algorithme appelé FLSHclust, capable d’analyser des séquences génétiques dans des bases de données publiques. Cela a conduit à la découverte d’environ 130 000 gènes associés de quelque manière que ce soit au CRISPR, dont 188 jamais observés auparavant.

Parmi ces gènes, le code pour un système CRISPR entièrement inconnu ciblant l’ARN, baptisé type VII, a été identifié. Eugene Koonin, co-auteur et biologiste au National Center for Biotechnology Information, estime que trouver de nouveaux types de systèmes CRISPR devient de plus en plus difficile. Ces types inconnus sont probablement extrêmement rares dans la nature, et leur découverte nécessitera des efforts considérables.

Cette découverte est saluée comme une avancée majeure, permettant aux chercheurs de rechercher d’autres types de protéines à travers les espèces. Pourtant, il reste à élucider les mécanismes de fonctionnement de ces enzymes et systèmes, ainsi que leur potentiel pour l’ingénierie biologique.

Bien que leur utilité pour l’ingénierie génétique reste à déterminer, les nouveaux systèmes CRISPR pourraient présenter des propriétés intéressantes pour des applications futures. Par exemple, le type VII ne nécessite que très peu de gènes, pouvant ainsi être facilement intégré dans un vecteur viral et livré dans les cellules. Certains systèmes découverts pourraient même cibler des séquences génétiques spécifiques avec une précision inégalée grâce à leurs ARN guides très longs.

En résumé, cette découverte ouvre de vastes perspectives pour la recherche biologique et l’ingénierie génétique, bien que des études approfondies soient nécessaires pour exploiter pleinement ces nouveaux systèmes CRISPR et leur potentiel révolutionnaire dans le domaine de la biotechnologie.

 

Sources : 

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