Le forçage génétique ( en anglais) ou guidage génétique, est une technique du génie génétique qui permet à un gène d'être transmis avec quasi-certitude par reproduction sexuée. Cette technique, apparue au début du , utilise la technique CRISPR/cas9. Le forçage génétique permet de favoriser l'héritage d'un gène particulier et d'augmenter sa prévalence dans une population.
Le forçage génétique peut - en théorie - être utilisé pour la prévention de la propagation d'insectes porteurs de maladies (en particulier les moustiques transmettant le paludisme, la dengue ou l'infection à virus Zika), pour contrôler les espèces envahissantes ou pour éliminer la résistance aux herbicides ou aux pesticides de certaines espèces. La technique peut être utilisée pour ajouter, interrompre ou modifier des gènes d’une population entière de manière à provoquer une réduction drastique de cette population en réduisant ses capacités de reproduction. Le forçage génétique fonctionne uniquement pour les espèces ayant une reproduction sexuelle active, elles ne peuvent pas être employées pour modifier des populations de virus ou de bactéries. Ces exemples restent à l'heure actuelle des promesses.
Plusieurs mécanismes moléculaires peuvent servir au forçage génétique. Le forçage génétique peut apparaître naturellement lorsque des mécanismes moléculaires augmentent les chances à plus de 50 % qui constituent la probabilité normale d’un allèle d’être transmis. Des modules génétiques synthétiques ayant des propriétés similaires ont été développés en laboratoire comme une technique d'édition de génomes de populations. Le forçage génétique par endonucléase est le mécanisme synthétique connu le plus polyvalent et le plus activement en développement en 2017.
Parce que le forçage génétique constitue un moyen d’altérer artificiellement l'héritage de certains gènes, cette technique constitue une étape majeure dans le monde de la biotechnologie. L'impact potentiel de la libération des mécanismes de forçage génétique dans la nature soulève des préoccupations bioéthiques majeures concernant leur développement possible et la gestion qui devra en être faite. En , plus de 150 ONG internationales demandent "un moratoire sur le forçage génétique"https://www.franceinter.fr/emissions/secrets-d-info/secrets-d-info-10-avril-2021.
Historique Austin Burt, un généticien en évolution de l'Imperial College de Londres, a proposé la possibilité de construire des moteurs génétiques basés sur des gènes naturels « égoïstes » utilisant l'endonucléase dès 2003. Les chercheurs avaient déjà montré que ces gènes « égoïstes » pouvaient se propager rapidement à travers des générations successives. Burt a suggéré que le forçage génétique pourrait être utilisé pour empêcher une population de moustiques de transmettre le parasite du paludisme ou annihiler complètement une population de moustiques donnée. Les premières tentatives de forçage génétique basé sur des endonucléases ont été réalisées en laboratoire avec des populations transgéniques de moustiques. et de mouches à vinaigre...
En , la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a publié une « conclusion d'absence d'impact important » (FONSI) pour le plan de l’entreprise de biotechnologie Oxitec visant à libérer des Aedes aegypti (moustiques) génétiquement modifiés en Floride.. Ce plan vise en empêcher la propagation de maladies transmises par les moustiques, y compris l'infection à virus Zika. La modification génétique ajoute un gène qui tue la progéniture des moustiques avant qu'ils n’atteignent l'âge de la reproduction. Le premier lâchage d'insectes génétiquement modifiés en Floride a eu lieu en 2021.
La Fondation Bill et Melinda Gates a investi 75 millions de dollars dans la technologie du forçage génétique, via l'entreprise Oxitec. La fondation estimait à l'origine que la technologie serait prête pour une première utilisation sur le terrain d'ici 2029. Elle a aussi donné 1,6 million de dollars à Emerging A.G., un cabinet de lobby, pour éviter un moratoire international sur cette technique hautement controversée. Le moratoire est actuellement en discussion auprès de la Convention sur la diversité biologique.. En 2020, 78 associations écologistes adressent une lettre ouverte à la commission européenne pour exiger un moratoire.
Tata Trusts, un organisme de bienfaisance basé à Bombay a également investi plusieurs millions de dollars dans des projets de forçage génétique pour lutter contre la malaria notamment..
En , les gouvernements mondiaux ont rejeté les appels à un moratoire mondial des techniques de forçage génétique lors d'une réunion de la biodiversité des Nations unies..
Le , la DARPA a annoncé la mise en place d'un investissement de 65 millions de dollars dans les technologies d'édition de gènes. La majeure partie de l'argent sera investie dans les techniques de forçage génétique. La DARPA devient alors en 2017 avec cet investissement le plus grand bailleur de fonds du monde en recherche sur le forçage génétique. Le but de ces investissements étant notamment de développer des outils pour contrer la propagation hors de contrôle de gènes forcés. De telles méthodes pourraient inclure des produits chimiques pour bloquer l'édition des gènes ou des « lecteurs anti-gènes » pouvant inverser une modification génétique ou immuniser des organismes sauvages non altérés afin qu'ils soient résistants au forçage génétique. Finalement l'enveloppe du Darpa, une agence de l'armée américaine, s’élèverait à 100 millions de dollars.
Selon C. Noisette, l'objectif sous-jacent et non avoué de nombreux promoteurs du forçage génétique pourrait être d'abord agro-industriel ; le forçage génétique étant pour eux une nouvelle tentative de pallier les échecs des pesticides chimiques et des plantes transgéniques face au phénomène d'apparition de souches résistantes aux pesticides et aux plantes Bt. Par exemple une pyrale génétiquement modifiée par forçage génétique pourrait ne donner naissance qu'à des mâles jusqu'à ce que l'espèce disparaisse, mais y compris hors de la zone de diffusion de ce nouveau type d'OGM. De la même manière que l'invention du riz doré a servi à redorer l'image des OGM (pour mieux faire passer les monocultures transgéniques intensives et industrielles de coton, soja, maïs...)..
Mécanisme alt=Mécanisme moléculaire du forçage génétique.|vignette|Mécanisme moléculaire du forçage génétique. Chez les espèces qui se reproduisent sexuellement, la plupart des gènes sont présents en deux exemplaires (sous forme d’allèles différents ou non). Chacune de ces copies a 50 % de chances d'être héritée. Pour qu'un allèle particulier se propage à travers une population importante, il doit apporter un avantage évolutif augmentant les chances des individus de se reproduire et de transmettre cette copie du gène. Cependant, certains allèles ont développé des mécanismes moléculaires qui leur confèrent une plus grande chance de transmission que les 50 % normalement observés. Cela leur permet de se propager à travers une population, même si cette copie du gène n’apporte pas d’avantage évolutif ou même si elle réduit la capacité de chaque organisme à se reproduire. En altérant de manière similaire l'hérédité de certains gènes, le forçage génétique de synthèse pourrait être utilisé pour répandre des altérations à travers des populations.
Mécanismes moléculaires Au niveau moléculaire, le forçage génétique par endonucléase fonctionne en coupant des chromosomes et en forçant la cellule à réparer les dommages causés en recopiant la séquence du gène du forçage sur le brin endommagé générant deux copies identiques sur les deux brins du chromosome. Cette technique est dérivée des techniques d'édition du génome et utilise le fait que les ruptures de double brin sont le plus souvent réparées par recombinaison homologue si le gène est présent sur chaque brin. La réparation se fait plus rarement par jonction d'extrémité non homologue auquel cas le forçage ne fonctionne pas. Dans le cas d’une recombinaison homologue, la cellule a alors deux copies du « gène forcé ». Pour atteindre cet objectif, les unités du gène d'endonucléase sont constituées de deux éléments imbriqués : Soit une homing endonucléase (en) soit une endonucléase guidée par ARN (par exemple Cas9 ou Cpf1) et son ARN guide, qui coupe la séquence cible dans des cellules receveuses La séquence utilisée par le mécanisme de réparation de l'ADN après coupure de la séquence cible. Pour obtenir la fonction auto-propagatrice du gène, cette séquence de réparation doit contenir au moins la séquence d'endonucléase. Du fait que la séquence à copier doit être utilisée pour réparer une cassure à double brin au niveau du site de coupe, ses extrémités sont homologues aux séquences qui sont adjacentes au site de coupe dans le génome hôte. En ciblant un gène exprimé, le forçage génétique entraîne son extinction. Des séquences supplémentaires peuvent être introduites dans le gène forcé pour coder de nouvelles fonctions. En conséquence, l'insertion du « gène forcé » dans le génome va entraîner sa propagation automatique dans la descendance des individus. Chaque individu héritant d'une copie du gène de type « sauvage » et du « gène forcé » ne transmettra que le « gène forcé ». Si le gène est déjà présent dans l'ovule (par exemple lorsqu'il est reçu d'un parent), tous les gamètes de l'individu porteront le gène (au lieu de 50 % dans le cas d'un gène normal).
CRISPR / Cas9
CRISPR / Cas9. est une méthode de découpe de l'ADN qui a rendu le génie génétique plus rapide, plus facile et plus efficace.. L'approche consiste à exprimer l'endonucléase Cas9 ARN-guidée avec un ARNs « guide » permettant de cibler une séquence particulière à modifier. Lorsque Cas9 coupe la séquence cible, la cellule répare souvent les dommages en remplaçant la séquence originale par de l'ADN homologue. En introduisant une séquence supplémentaire avec des extrémités homologues appropriées, Cas9 peut être utilisé pour supprimer, ajouter ou modifier des gènes avec une précision sans équivalent jusqu’en 2013. À partir de 2014, la méthode a été testée avec succès dans des cellules de , y compris les humains. Chez beaucoup de ces espèces, les modifications ont modifié leur lignée germinale, leur permettant d'être héritées.
Esvelt et ses collègues ont suggéré pour la première fois en 2014 que CRISPR / Cas9 pourrait être utilisé pour construire un forçage génétique à endonucléase. En 2015, des chercheurs ont développé et mis en œuvre avec succès une méthode de forçage génétique à l’aide de CRISPR chez Saccharomyces., Drosophila. et chez des moustiques... Les quatre études ont démontré une modification de l'héritage génétique extrêmement efficace au cours des générations successives.
En raison de la flexibilité de ciblage de CRISPR / Cas9, le forçage de gènes pourrait théoriquement être utilisé pour modifier presque n'importe quel trait. Contrairement aux conceptions antérieures, il pourrait être adapté pour bloquer l'évolution de la résistance d'entraînement dans la population cible en ciblant plusieurs séquences dans des gènes appropriés. CRISPR / Cas9 pourrait également permettre une variété d'architectures de commande de gènes destinés à contrôler plutôt que détruire des populations. Il semble également possible de réaliser un forçage génétique avec une autre endonucléase guidée par ARN telle que CRISPR / Cpf1.
En 2018, des chercheurs de l'Imperial College de Londres ont réussi, lors d'une expérience en laboratoire, à conduire à l’extinction, en 7 à 11 générations, une population de moustiques Anopheles gambiae transmettant la malaria. La modification avec CRISPR-Cas9 du gène "doublesex" qui détermine le sexe de l'insecte au cours de son développement a permis d'empêcher sa reproduction. Les chercheurs n'ont observé aucune résistance parmi la population étudiée en laboratoire.
Diffusion dans la population