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Le génie génétique

L'expression du vivant (I)

Nous souffrons tous un jour ou l'autre de maladies plus ou moins bénignes ou aiguës. Au cours des infections bactériennes ou virales, le patrimoine génétique de nos cellules peut-être affecté. Additionné aux 300 maladies héréditaires déjà connues, telles la mucoviscidose, le diabète ou l’hypertension, voici quelques décennies les scientifiques ont reconnu qu'il était urgent de cartographier le génome humain afin de déchiffrer toutes les pages de cette immense encyclopédie en 46 volumes que représentent les nucléotides des chromosomes : un message de 10000 pages de 33 lignes chacune !

Tellement vaste, si on énumérait tous les nucléotides du génome de deux personnes à raison d'une base par seconde, il faudrait environ 8.5 minutes pour détecter la première différence entre les deux individus.

Nous sommes identiques à nos semblables à plus de 99.9% mais il y a tout de même quelques différences génétiques. C'est ce 0.1% de gènes qui nous caractérise et détermine nos malheurs et nos bonheurs. En 2005, le magazine "Nature Genetics" publia justement un article assez technique dans lequel Paul de Bakker et son équipe tentèrent de nous expliquer pourquoi nous sommes tous différents.

Globalement, nous nous différencions assez peu des autres espèces vivantes. De manière générale, les génomes humain et du chimpanzée sont identiques à 98%. Nous sommes l'organisme le plus complexe avec environ 30000 gènes contenant chacun 1500 nucléotides. A titre de comparaison, le ver de terre dispose de 19098 gènes, la mouche des fruits de 13602 gènes, la levure de 6034 gènes et le microbe responsable de la tuberculose dispose d'environ 4000 gènes.

La cartographie du génome

Depuis le lancement de cette folle opération de séquençage du génome humain dans les années 1980, nous savons que 30 à 50% des séquences cartographiées sont muettes. On avance même un chiffre de 97% de séquences "pourries" dont la fonction est soit inutile soit inconnue... Quel que soit le nombre de gènes humains, il n’y a pas de doute que la plus grande partie ne joue aucun rôle immédiat et reste inactive, enroulée et compactifiée dans sa pelotte au coeur des chromosomes.

Toutefois, nous devons probablement tenir compte de séquences connectrices, comprenant divers signaux régulateurs, des gènes structuraux et dupliqués, et la probabilité que chaque gène soit précédé d’une région importante utilisée par la machinerie lors de la transcription. Il faudra bien une génération pour cerner toutes ces questions et y voir un peu plus clair.

Le génome humain fut totalement cartographié en 2001, plus rapidement que prévu. Reste à le lire et tout comprendre. Ce travail de séquençage fut effectué au niveau mondial, dans une collaboration entre les laboratoires de recherches américains et des instituts privés internationaux rassemblés dans l’organisation HUGO (Human Genome Organisation) afin que les résultats puisse être mis à disposition du public. Ce programme cache également des contrats commerciaux dont on ne connaît pas encore tous les termes et les conséquences.

Deux autres associations américaines travaillant dans le même domaine de recherche ont également vu le jour, Celera Genomics et Human Genome Project (HGP), cette dernière travaillant en collaboration avec le Départment de l'Energie (DOE) et comprend parmi ses membres de grandes institutions américaines telles que l'Institut National de Recherche sur le Génome Humain (NHGRI) et l'Institut National de la Santé (NIH).

Vu la puissance de l'informatique distribuée - nous connaissons la puissance de SETI@home équivalent à celle d'un superordinateur cadencé à 15 TeraFlops - la recherche en biologie moléculaire passe aujourd'hui également par Internet, c'est le projet Folding@home auquel toute personne disposant d'un ordinateur connecté à Internet peut participer. N'hésitez pas à vous y connecter, c'est de la science !

Manipulations génétiques. Document T.Lombry

Il va sans dire que le bénéfice potentiel de cette recherche touche de près notre santé. Le fait de pouvoir choisir un index dans cette fameuse encyclopédie génétique et d’y trouver toutes les tares que porte un gène, sans compter les effets qu’il produit lors d’une mutation est d’une importance vitale. La découverte de gènes salvateurs permettrait à la thérapie génique d’atténuer ou de supprimer les déficits héréditaires.

Toutefois des dizaines de milliers de séquences prises un peu au hasard ont été brevetées... à toutes fins utiles. Mais revers de la médaille, cela signifie qu’elles ne seront pas connues du milieu scientifique sans une participation financière, et dès lors ces gènes "sous copyright" ne permettront pas aux chercheurs de créer de nouveaux médicaments pour éradiquer certaines maladies.

C'est ici que les comités d'éthiques et les lois supranationales doivent veiller et fixer des limites précises. Espérons malgré tout que grâce à tout ce déployement d'énergie, l’homme sera bientôt capable de réparer les déficiences de dame Nature.

En l'espace de 20 ans, le projet HGP a coûté 3 milliards de dollars. Chaque seconde, les ordinateurs de ces laboratoires de microbiologie sont capables de décoder 12000 lettres de cet alphabet génétique. Aujourd'hui nous avons réassemblé tous les "mots" constituant le génome humain et possédons tous les "livres" de cette bibliothèque génétique. Nous pouvons à présent lire notre patrimoine dans le texte et un jour comprendre pourquoi nous sommes ce que nous sommes.

A lire : 23andMe décode votre ADN pour 1000$ (sur le blog, 2007)

A gauche et au centre, deux schémas expliquant le principe du séquençage du génome. Cette technique consiste à extraire l'ADN cellulaire, isoler chaque nucléotide puis recombiner l'ensemble pour lire toute la séquence. A gauche, 1: Extraction de l'ADN cellulaire, 2: Isolement des sels d'ADN, 3: Isolement des gênes par électrophorèse, 4: Séquençage (inventaire des nucléotides), 5: Assemblage (rassemblement des fragments) et lecture. A droite, une installation de séquençage de l'ADN à l'Université Monash d'Australie. Ce travail d'inventaire fut tellement gigantesque qu'il a fallut près de 20 ans et l'aide des ordinateurs pour y parvenir, en faisant appel à des centaines de laboratoires à travers le monde. Documents BBC, U.Monash/Micromon et UBC.

Cellules souches et génie génétique

Le fait de discuter du génome nous offre l'occasion d'aborder la question sensible des manipulations génétiques. Dans le cas de l'être humain, on parle d'embryon jusqu'au 60eme de jour de la vie intrautérine, ensuite de foetus. On a tendance à parler de bébé à partir du 7eme et certainement du 8eme mois de grossesse du fait que son système nerveux est formé, il a ouvert les yeux depuis un mois, il entend, bouge, prend beaucoup de poids (250 g/semaine le 7eme mois puis 100 g/semaine le 8eme mois) et vient de se retourner, la tête en bas. Beaucoup de bébés prématurés naissent dès le 8eme mois et pèsent déjà 2.5 kg et mesurent 45 cm. Mais remontons quelques mois plus tôt, quand il n'y avait encore que deux cellules indifférenciées.

Après la fusion des gamètes et jusqu'au 13eme jour de la division cellulaire, les cellules sont indifférenciées. Il s'agit des cellules souches. Si on les manipule génétiquement durant cette période de la vie, en les implantant par exemple dans un autre embryon en formation, ces cellules peuvent donner indifféremment tous les tissus du corps (muscle, rein, peau, oeil, etc) voire tout un organisme.

A partir du 14eme jour on assiste à leur spécialisation. La cellule souche ne se divise plus à l'identique, et selon un schéma que l'on commence à comprendre suite à la recherche sur le génome, elle se met à créer un organe ou un tissu spécifique du corps.

Au cours de la division des cellules souches, l'une des cellules obtenue après la division garde son statut de cellule souche tandis que l'autre se différencie suivant le tissu dans lequel elle se trouve. Ce processus reste totalement mystérieux. On note cependant qu'en fonction de la nature des cellules souches, celles-ci donneront certains types de cellules.

A lire sur le blog : Premiers embryons de singe obtenus par clonage

Des cellules de peau changées en cellules souches

A gauche, un embryon humain de 3 jours au stade 8 cellules appelées blastomères. Il s'agit de cellules souches totipotentes capables de donner naissance à tout un organisme. Au centre, un embryon humain de 4 jours au stade morula car il rappelle la forme d'une petite mûre. Il contient entre 12 et 16 cellules. L'ovocyte a perdu sa membrane pellucide. A droite, l'intérêt des cellules souches pluripotentes, dites embryonnaires, est de pouvoir former n'importe quel type de tissu. Documents WVU/HSC, Jason Burns/Ace/Phototake NYC et Doug Brutlag/U.Stanford francisé par l'auteur.

Il existe 4 types de cellules souches :

- unipotentes : elles ne peuvent former qu'un seul type de cellule (hépatocytes, kératinocytes, myoblastes,...). Une fois différenciées, ces cellules conservent la faculté de s'autorenouveller.

- multipotentes : elles sont à l’origine d’un nombre réduit de cellules (cellules souches de la moelle osseuse à l’origine des cellules sanguines : hématies, globules blancs,...). On trouve également ces cellules dans le sang du cordon ombilical où elles sont souvent prélevées. Elles sont très peu nombreuses dans les tissus adultes.

- pluripotentes : elles sont à l’origine de presque tous les types cellulaires. On les appelle également les cellules souches embryonnaires. En effet on trouve ces cellules chez l’embryon âgé de 5 à 7 jours. Ces cellules se retrouvent également chez l’embryon âgé de 5 à 10 semaines dans les zones à l’origine des ovaires et des testicules. Les généticiens extraient ces cellules d’embryons surnuméraires.

- totipotentes : elles peuvent potentiellement donner naissance à un individu complet. Chacune des 8 premières cellules de l’œuf fécondé est totipotente. Leur préservation vaut le prix de la vie !

Les cellules pluripotentes et totipotentes se trouvent uniquement chez l’embryon. Les cellules unipotentes et multipotentes sont présentent dans tout organisme adulte, d'où l'intérêt qu'elles représentent dans le cadre du génie génétique (culture de tissus et clônage).

Le problème d'innocuité

Il y a toutefois un risque à utiliser des cellules souches pluripotentes car, par nature, elle sont capables de se diviser indéfiniment. Elles flirtent donc dangereusement avec le processus de développement des cellules cancéreuses.

Des tests effectués sur des souris ont montré qu'elles peuvent se transformer en tératome (tumeur bénigne ou maligne) ou en tératocarcinome (tumeur maligne de l'épithélium) et donc développer des cancers.

Par sécurité, on ne peut utiliser les cellules souches pluripotentes que lorsque celles-ci se sont différenciées en un type de cellule précis. Actuellement, quelle que soit la méthode utilisée pour séparer les cellules pluripotentes de leur progéniture différenciée et non cancérigène, il faut impérativement s'assurer que cette séparation est parfaite, sans aucun risque pour le patient. 

Et dans ce contexte, la technique consistant à utiliser des gènes et des rétrovirus comme l'ont fait deux équipes de chercheurs en 2007 pour transformer des cellules de peau en cellules souches, n'est pas plus rassurante. 

Devant ces problèmes qui ne peuvent être résolus qu'en inventant de nouvelles techniques, il va sans dire que nous sommes encore loin de la découverte de traitements ou de thérapies à partir des cellules souches.

En revanche, les techniques de clonage et de fécondation in vitro ont abouti à d'étonnants résultats ces dernières années.

Prochain chapitre

Hello Dolly ou les manipulations génétiques

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