Des virus utilisés pour transmettre l’outil d’édition génétique CRISPR à des bactéries
Des scientifiques sont parvenus à démontrer qu’il existe une nouvelle méthode potentielle pour modifier le génome des bactéries dans des environnements complexes, en équipant des virus pour traquer ces dernières et y insérer le système d’édition génétique CRISPR.
Image d’entête : représentation de bactériophages (“mangeurs de bactéries”) à la surface d’une bactérie qu’ils sont prêts à attaquer. (Wellcome Sanger Institute)
CRISPR est un outil qui permet aux scientifiques d’effectuer des modifications précises par copier-coller sur les génomes des cellules vivantes. Il est rendu possible par une enzyme (Cas9) qui coupe une section d’ADN de la cible et permet de la remplacer par quelque chose de plus bénéfique. L’utilisation de cette puissante technologie a permis aux scientifiques de trouver de nouveaux moyens de traiter les maladies, mais aussi de créer des cultures plus saines, de lutter contre les parasites, d’éliminer les allergènes des animaux domestiques, de transformer les cellules en minuscules ordinateurs…
Dans la nature, CRISPR était à l’origine utilisé par les bactéries comme mécanisme de défense contre les virus qui s’en prenaient à elles, mais dans la nouvelle étude, les chercheurs ont inversé les rôles. Ils ont conçu des virus chasseurs de bactéries, appelés bactériophages (ou phages), capables de cibler certaines souches de bactéries et de leur injecter de l’ADN CRISPR pour modifier spécifiquement leur génome.
Lors de tests en laboratoire, les phages, appelés T7 et lambda, ont été chargés de transmettre à la bactérie Escherichia coli des gènes rendant la bactérie fluorescente et modifiant sa résistance à un antibiotique. Et bien sûr, ces changements ont été observés chez les insectes, indiquant que cela fonctionnait.
Dans le test suivant, l’équipe a utilisé le phage lambda pour transporter ce que l’on appelle un éditeur de base cytosine (cytosine base editor). Cet outil ne coupe pas l’ADN de la cible, mais modifie une lettre de la séquence, ce qui permet une modification plus douce pour désactiver des gènes spécifiques.
Selon Matthew Nethery, auteur principal de l’étude (lien plus bas) :
Nous avons utilisé un éditeur de bases comme une sorte d’interrupteur programmable pour les gènes de la bactérie E. coli. En utilisant ce genre de système, nous pouvons apporter des modifications très précises d’une seule lettre au génome sans les cassures d’ADN double brin généralement associées au ciblage CRISPR-Cas.
Le dernier test a été conçu pour simuler un environnement plus naturel, en utilisant un écosystème fabriqué (EcoFAB). Il s’agissait de charger un réservoir avec un sol synthétique composé de sable et de quartz, un peu de liquide et trois types différents de bactéries, dont l’E. coli. L’objectif était de tester la capacité des phages à traquer leurs cibles dans un environnement plus réaliste, et de voir s’ils pouvaient distinguer l’E. coli des autres espèces.
Lorsque le phage lambda a été introduit dans l’EcoFAB, il a réussi à modifier l’E. coli, l’équipe faisant état d’une efficacité de 28 % sur l’ensemble de la population bactérienne. Selon les chercheurs, cette technique pourrait être utilisée pour modifier à grande échelle les gènes des bactéries du sol, voire du microbiome intestinal.
Selon Rodolphe Barrangou, coauteur de l’étude :
Nous voyons cela comme un mécanisme pour aider le microbiome. Nous pouvons apporter un changement à une bactérie particulière et le reste du microbiome reste indemne. Il s’agit d’une preuve de concept qui pourrait être employée dans toute communauté microbienne complexe, ce qui pourrait se traduire par une meilleure santé des plantes et du tractus gastro-intestinal, des environnements importants pour l’alimentation et la santé.
L’étude publiée dans PNAS : CRISPR-based engineering of phages for in situ bacterial base editing et présentée sur le site de l’Université d’État de la Caroline du Nord : In Ironic Twist, CRISPR System Used to Befuddle Bacteria.