Une arme que les virus utilisent dans leur guerre sans fin contre les bactéries pourrait être utilisée pour désactiver l'outil d'édition de gènes le plus puissant du monde.
Cela, à son tour, pourrait réduire le risque que le système de couper-coller bactérien, appelé CRISPR-Cas9, découpe les mauvais gènes et introduise des changements génétiques incontrôlés chez l'homme ou d'autres espèces dans la nature.
Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont découvert qu'une minuscule protéine arrête le système et, au moins dans une boîte de Pétri, la protéine fonctionne dans les cellules humaines, ont déclaré les chercheurs.
"Il s'agit simplement d'une seule protéine que nous pouvons fabriquer dans la cellule ou livrer à la cellule qui éteindra Cas9, l'empêchera de se lier et de couper l'ADN", a déclaré l'auteur de l'étude Joseph Bondy-Denomy, microbiologiste à l'Université de Californie, San Francisco.
Recherche génétique et remplacement
Le complexe CRISPR-Cas9 est un outil puissant dans la défense immunitaire bactérienne contre les virus envahisseurs. Lorsqu'un virus s'infiltre dans une cellule bactérienne, les bactéries mobilisent une séquence d'ADN, appelée CRISPR, ou "grappes palindromiques courtes régulièrement espacées". L'ADN est constitué de courts blocs de paires de bases répétitives séparées par un ADN espaceur. Les bactéries copient et insèrent la séquence d'ADN viral dans la région CRISPR et produisent deux brins d'ARN. Cet ARN s'associe ensuite à une enzyme appelée Cas9, qui agit comme une paire de ciseaux guidés, se référant à l'ADN viral cible et le coupant. Enfin, la cellule répare l'ADN, remplaçant l'extrait d'ADN supprimé par une autre pièce de remplacement (fournie par les scientifiques). Essentiellement, le système CRISPR / Cas9 peut être utilisé comme «découverte et remplacement» génétique.
La facilité d'utilisation du système CRISPR signifie qu'il pourrait être utilisé pour presque toutes les techniques d'édition de gènes. Par exemple, les médecins pourraient un jour modifier les cellules immunitaires humaines en laboratoire pour reconnaître les cellules cancéreuses, puis réinjecter ces cellules à une personne en tant que traitement ciblé du cancer, a déclaré Bondy-Denomy. Récemment, des chercheurs en Chine ont utilisé CRISPR pour modifier des embryons humains présentant de graves anomalies génétiques, bien qu'ils n'aient pas permis aux embryons de mûrir.
Effets hors cible
Cependant, le système d'édition de gènes a un problème: il coupe encore parfois les mauvaises séquences d'ADN. Cas9 reste également trop longtemps; il faut environ 24 heures pour que la moitié du Cas9 soit dégradée par une cellule, ce qui lui donne beaucoup de temps pour effectuer des coupes hors cible de l'ADN, a déclaré Bondy-Denomy à Live Science.
Par conséquent, si Cas9 a un interrupteur "off", cela rendrait la possibilité de génie génétique humain plus sûre, a déclaré Bondy-Denomy.
Lui et ses collègues ont estimé que les virus doivent avoir un moyen de désactiver CRISPR / Cas9. Pour se répliquer, les virus insèrent souvent leur propre ADN dans le génome de la bactérie, cooptant le mécanisme génétique de la cellule pour faire de nombreuses copies de l'ADN viral. Selon cette logique, les virus doivent donc avoir un moyen de désactiver CRISPR / Cas9, sinon le système immunitaire de la bactérie identifierait l'ADN viral cible dans son propre génome, le couperait et se provoquerait lui-même, Bondy-Denomy et son collègues ont dit.
"Cas9 devrait produire un ARN qui clivera ensuite le virus qui se trouve dans son propre génome - il n'est pas assez intelligent pour savoir qu'il se trouve dans son propre génome", a déclaré Bondy-Denomy à Live Science. L'équipe a estimé que si la cellule bactérienne est stable et n'est pas autodestructeur, "alors peut-être que ce virus fabrique une protéine inhibitrice."
Ensuite, l'équipe a examiné 300 souches de Listeria bactéries, qui causent des maladies d'origine alimentaire, pour des signes que l'ADN viral a infiltré le génome bactérien. Pourtant, les bactéries ne s'autodétruisent pas. De là, ils ont recherché des protéines qui inactivaient ListeriaLa version de Cas9, qui est très similaire à celle utilisée dans la plupart des laboratoires du monde entier, appelée SpyCas9.
L'équipe a trouvé quatre protéines anti-CRISPR, dont deux fonctionnaient contre le SpyCas9 couramment utilisé, ont rapporté les chercheurs aujourd'hui (29 décembre) dans la revue Cell. Dans une boîte de Pétri, ces deux protéines anti-CRISPR ont également fonctionné dans les cellules humaines pour désactiver le système CRISPR / Cas9.
Une ingénierie plus sûre
L'équipe doit encore prouver que l'utilisation des protéines anti-Cas9 réduit le potentiel de coupure hors cible de Cas9, et ils ne savent pas combien de temps la protéine persiste dans les cellules. Cependant, s'ils peuvent montrer que la protéine fonctionne in vivo, la nouvelle découverte aurait le potentiel de rendre l'édition génique plus sûre en éliminant rapidement Cas9.
"Vous ne comptez pas sur sa dégradation passive; vous vous assurez en fait qu'il soit éteint", a déclaré Bondy-Denomy.
La technique pourrait également être utilisée pour d'autres applications. Par exemple, les gens ont discuté de l'utilisation de Cas9 pour introduire un gène mutant dans une population entière de moustiques pour les éradiquer ou empêcher la propagation de certaines maladies.
"Cela déclenche essentiellement la bioterrorisme sur un organisme", ce qui pourrait avoir des conséquences bonnes, mauvaises ou complètement imprévisibles, a déclaré Bondy-Denomy. Donc, ces protéines anti-CRISPR pourraient être un interrupteur ou un mécanisme de contrôle pratique à utiliser au cas où une telle ingénierie à l'échelle de l'espèce devrait être restreinte, a déclaré Bondy-Denomy.
