La transmission accélérée des gènes : conséquences des nouvelles technologies de forçage génétique

Sally OttoLa transmission accélérée des gènes : conséquences des nouvelles technologies de forçage génétique

La Société royale du Canada est heureuse de diffuser auprès de ses membres un nouveau rapport d’un groupe d'experts produit par les Académies nationales des sciences (États-Unis). Le rapport intégral est disponible en ligne.

Prof Sally Otto, MRSC, a eu l’amabilité de fournir un point de vue canadien sur ce rapport et son importance pour le Canada et les Canadiens. La Prof. Otto est professeure titulaire au sein du département de zoologie de l'University of British Columbia, où elle étudie la génétique des populations et la biologie évolutive. Elle développe et analyse des modèles mathématiques pour étudier l'évolution des populations à travers le temps. Son travail vise à déterminer quand et si des transitions évolutionnaires particulières sont possibles.

La transmission accélérée des gènes : conséquences des nouvelles technologies de forçage génétique – Un point de vue canadien

Le « forçage génétique » est un concept méconnu par la plupart des Canadiens. Pourtant, il s'agit probablement de la technologie génétique de cette dernière décennie dont les conséquences sociologiques, éthiques et politiques sont les plus importantes. Le récent rapport de la National Academy of Sciences (« Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values ») explique en détail le forçage génétique, son importance et les risques associés.

Les mécanismes de transmission héréditaire ont globalement évolué dans le sens de l'équité. Si vous avez un enfant, il héritera à chances égales des gènes du père et de la mère. La plupart des gènes dans le génome obéissent à cette règle du 50:50, la clé de voute de la « génétique mendélienne ». Il existe toutefois des exceptions : certains gènes font pencher la balance en leur faveur, se transmettant ainsi à plus de 50 % à la progéniture. Ce phénomène général est connu sous le nom de « mouvement méiotique », et se produit de manière occasionnelle dans la nature au moyen de différents mécanismes.

Le « forçage génétique » est une technique de manipulation génétique consistant à forcer un gène à faire une copie de lui-même par méiose depuis un chromosome parental vers l'autre. À la base, seuls certains types de gènes étaient capables d'agir ainsi. Mais un système utilisé par les bactéries pour détecter et éliminer un ADN étranger a servi de modèle pour mettre au point une technique (CRISPR) permettant d’appliquer cette capacité à pratiquement tous les gènes (voir le Chapitre 2 du rapport de la NAS). Il s'agit d'une avancée technologique révolutionnaire. Le forçage génétique peut désormais être appliqué à presque tous les gènes dans le génome, ce qui permet au gène manipulé de se propager comme une traînée de poudre au sein d'une population - ou « réaction en chaîne mutagène » (Gantz and Bier, 2015) - puisque le gène forcé est transmis chez presque tous les enfants de chaque génération.  

Les conséquences en termes de politiques réglementaires sont considérables tant les risques et le potentiel sont énormes, comme le souligne le rapport de la NAS. Le forçage génétique peut notamment être utilisé pour propager des gènes, qui soit réduisent la capacité des moustiques à transmettre des parasites (Gantz et al. 2015), soit stérilisent les femelles après diffusion des gènes forcés par les moustiques mâles (Hammond et al. 2016). Ces systèmes peuvent contribuer à éradiquer certaines maladies mortelles, comme la malaria, Zika et la dengue, qui tuent un demi-million de personnes dans le monde entier, majoritairement des enfants. Le forçage génétique peut également être utilisé pour réduire la propagation d'espèces invasives, soit en les stérilisant ou en masculinisant les individus. Aux États-Unis, les espèces exotiques invasives représenteraient plus de 120 milliards de dollars de dégâts et de coûts de contrôle, et constituent un facteur de risque majeur pour de nombreuses espèces en voie de disparition (Pimentel et al. 2005).

Cependant, les risques du forçage génétique après diffusion des gènes forcés sont également importants, car leur propagation peut s'étendre au-delà de la zone d'intérêt, éliminant ainsi des espèces invasives en dehors des régions concernées, voire dans le monde entier. Les gènes forcés peuvent également se propager au-delà des espèces ciblées, en raison de l'hybridation occasionnelle avec d'autres espèces (comme cela a été le cas pour les gènes provenant de cultures, Ellstrand et al. 2013, et dans de nombreux systèmes naturels, Harrison and Larson 2014). Les gènes forcés peuvent également évoluer et propager des séquences génétiques différentes de ce qui était initialement prévu. Autre scénario possible : une certaine résistance est susceptible de se développer, éliminant ainsi les avantages escomptés, mais laissant le potentiel du forçage génétique au sein des populations naturelles. L'utilisation du forçage génétique pour réduire ou éliminer une population de parasites ou d'espèces invasives peut souvent avoir des effets secondaires inattendus. Par exemple, l'élimination des moustiques pourrait, dans une certaine mesure, réduire la disponibilité alimentaire des prédateurs aquatiques et des chauves-souris, et provoquer des changements écologiques inconnus. Même les effets recherchés, comme l'extinction intentionnelle d'espèces vectrices de maladies, seront source de profonds désaccords éthiques.

Autre risque : Si l’impact des gènes forcés disséminés dans la nature doit encore être testé en conditions réelles sur le terrain, la technologie peut quant à elle être appliquée dans n'importe quel laboratoire de biologie moléculaire moderne. Alors que les organismes de réglementation du monde entier s'efforcent de rester au fait des progrès scientifiques, le risque de propagation de ces gènes reste possible dans les pays où les cadres réglementaires sont insuffisants. Même avec une réglementation stricte, la possibilité d’une utilisation malveillante de cette technologie par certains individus est préoccupante.

Surtout, les gènes forcés se propagent via la reproduction sexuée. Par conséquent, les espèces qui se reproduisent sur de longues périodes de temps (sur plusieurs années, comme l’Homme) courent peu de risques. Nous sommes probablement capables de détecter et limiter les conséquences du forçage avant que le gène forcé ne se propage trop vite. En revanche, les risques réels concernent les organismes sexués dont la durée de vie est courte, puisque les problèmes peuvent se propager avant d'être détectés, d’autant que la capture de tous les individus touchés peut s'avérer impossible.  

Le rapport de la NSA décrit différents moyens permettant d'atténuer les risques (Chapitre 5). Une des recommandations consiste à mener des recherches approfondies avant même que l'on envisage de relâcher les gènes forcés, de façon à ce que les risques puissent être mieux définis et quantifiés. Le rapport recommande également que toutes les études soient menées avec des méthodes appropriées de confinement (c'est-à-dire, dans des zones où l'organisme ne peut naturellement pas se développer) et de sécurité (c'est-à-dire, avec des protections physiques ou biologiques empêchant la propagation de l'organisme). Le rapport récapitule également un certain nombre de méthodes moléculaires permettant de limiter le forçage génétique, comme le développement du « forçage génétique inversé » (DiCarlo et al., 2015), où les pilotes fonctionnent dans la direction opposée : le gène muté est remplacé par la séquence initiale.

Toutefois, l'atténuation du risque nécessitera des déclarations de principes claires à tous les niveaux de gouvernance (Oye et al. 2014). Au Canada, des directives spécifiques sur le forçage génétique font actuellement défaut (une recherche sur canada.ca pour « forçage génétique » ne renvoie aucun document pertinent). Des énoncés de politiques du gouvernement fédéral et des fiches de documentation expliquant le forçage génétique et ses modes de réglementation sont nécessaires.

Les divers ministères et organismes gouvernementaux canadiens doivent s'engager sur la voie de la réglementation du forçage génétique, en fonction des utilisations recherchées et selon que les activités impliquent des recherches et/ou des actions de dissémination. Environnement et Changement climatique Canada est un ministère dont le mandat statutaire est de régir la technologie génétique chez les animaux, que ce soit pour des recherches ou des actions de dissémination (p.ex. conformément à la Loi canadienne sur la protection de l’environnement (1999) et au Règlement sur les renseignements concernant les substances nouvelles (Organismes)). En outre, si le forçage génétique venait à être utilisé pour la protection phytosanitaire, l'Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire de Santé Canada aurait également compétence.

Particulièrement, la réglementation canadienne régissant la dissémination de tout organisme génétiquement modifié s'appliquerait également aux organismes porteurs d'un gène forcé. Ceci est dû au fait que le Canada possède un système réglementaire basé sur le produit et non sur le processus, ce qui permet de couvrir automatiquement les organismes développés à l'aide de nouvelles technologies. En particulier, toute proposition d'un forçage génétique au sein du Canada serait soumise à une évaluation des risques environnementaux et sanitaires.

Bien que la réglementation en vigueur régissant les organismes génétiquement modifiés soit également valable pour le forçage génétique, les questions de sécurité de celui-ci sont de nature différente, puisque le mécanisme implique à la fois une modification génétique et des méthodes permettant de propager ce changement au sein d'une population. Par ailleurs, compte tenu des problèmes éthiques liés à la modification ou à l'élimination d'espèces naturelles (voir le Chapitre 7 dans le rapport de la NAS), des niveaux supplémentaires de surveillance éthique sont nécessaires pour les recherches et essais sur le terrain afin d'évaluer les risques de la dissémination d'organismes porteurs de gènes forcés. À l'heure actuelle, une approbation éthique est obligatoire pour les recherches universitaires qui utilisent des animaux vertébrés ou des humains, mais une approbation éthique similaire doit être exigée pour les recherches sur le forçage génétique, quel que soit l'organisme (microbes, plantes, invertébrés, vertébrés). Les questions de justice sociale jouent également un rôle majeur : qui prêtera attention à ceux qui, loin du lieu du développement de cette technologie, voudront faire entendre leurs voix sur les bénéfices ou les risques qui y sont associés?

Sur le plan international, le Protocole de Carthagène sur la prévention des risques biotechnologiques oblige les parties au Protocole à informer les autres parties et le Centre d'échange pour la prévention des risques biotechnologiques de toute dissémination susceptible de conduire à un déplacement transfrontalier d'« organismes vivants modifiés » capables de perturber la diversité biologique. Cependant, le Canada n'a pas ratifié ce Protocole et n'est donc pas en mesure de s'assurer que les gènes forcés sont correctement maîtrisés. Étant donné que les bénéfices et risques des gènes forcés peuvent dépasser les frontières, il est crucial que le Canada figure sur la scène internationale pour aider à développer et garantir une gouvernance mondiale appropriée dans ce domaine.

Références

Protocole de Carthagène sur la prévention des risques biotechnologiques :  https://bch.cbd.int/protocol/

« Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values. » 2016. National Research Council of the National Academies, The National Academies Press, Washington DC, DOI : 10.17226/23405. http://dels.nas.edu/Report/Gene-Drives-Horizon-Advancing/23405 

Ellstrand, N. C., Meirmans, P., Rong, J., Bartsch, D., Ghosh, A., et al. 2013. « Introgression of crop alleles into wild or weedy populations. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics », 44: 325-345. 

Gantz, V.M., et E. Bier. 2015. « Genome editing. The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations. » Science 348:442-444. 

Gantz, V.M., N. Jasinskiene, O. Tatarenkova, A. Fazekas, V.M. Macias, E. Bier, et A.A. James. 2015. « Highly efficient Cas9-mediated gene drive for population modification of the malaria vector mosquito Anopheles stephensi. »  Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112(1):E6736-E6743.

Hammond, A., R. Galizi, K. Kyrou, A. Simoni, C. Siniscalchi, D. Katsanos, M. Gribble, D. Baker, E. Marois, S. Russell, A. Burt, N. Windbichler, A. Crisanti, et T. Nolan. 2016. « A CRISPR-Cas9 gene drive system targeting female reproduction in the malaria mosquito vector Anopheles gambiae. » Nat. Biotechnol. 34:78-83. 

Harrison, R. G., et E. L. Larson. 2014. « Hybridization, introgression, and the nature of species boundaries. » Journal of Heredity, 105(S1), 795-809. 

Oye, K.A., Esvelt, K., Appleton, E., Catteruccia, F., Church, G., Kuiken, T., Lightfoot, S.B.Y., McNamara, J., Smidler, A. et J. P. Collins. 2014. « Regulating gene drives. » Science, 345:626-628.

Pimentel, D., Zuniga, R. et D. Morrison, D. 2005. « Update on the environmental and economic costs associated with alien-invasive species in the United States. » Ecological economics, 52(3): 273-288.