Le grand tournant de la biologie au 21ème siècle Robert Bellé les remodelages génétiques à la portée de tous avec la grande découverte technologique CRISPR/Cas9    Tutelles. Titre. Café des sciences. Site. Direction. Transition. Morlaix . Siege. Robert Bellé Université Pierre et Marie Curie (Sorbonne Universités) Professeur Emérite Lesneven 28 septembre 2017

Les nouveaux concepts Biologie des systèmes Biologie synthétique Les nouvelles technologies Questions éthiques

constitué de « cellules » Le monde vivant est constitué de « cellules »

Les cellules d’un même organisme Ont les mêmes gènes Ne font pas les mêmes protéines

Gènes = mémoire ADN = 2 brins Paires A--T ou G--C Protéines = vie …AATTCGGCATTCTTAGGG… …TTAAGCCGTAAGAATCCC… Paires A--T ou G--C Protéines = vie

La relation gène-protéine …AATTCGGCATTCTTAGGG… …TTAAGCCGTAAGAATCCC… Gène A Gène B Gène C ADN complet= Génome Protéine A Protéine B Protéine C Homme 3 milliards de ATGC = 800 gros livres 21 000 gènes 21 000 protéines

Réseau de protéines dans une cellule Comment prévoir le fonctionnement ?

Le monde du vivant Composants (gènes, protéines…) Les biologistes savent bien faire (XXe siècle) Relations entre les composants « flux d’information » = réseaux Nous en sommes au tout début (XXIe siècle)

la Biologie des systèmes Née en 2001 la Biologie des systèmes Univers : « tout est système » (Hubert Reeves)

L’univers a une histoire...de 14,5 Milliard d’années C’est l’organisation en systèmes successifs Depuis le big-bang initial. Le monde vivant est un système.

Règle mathématique fondamentale Deux composants associés A et B ont plus de propriétés que la somme de leur propriétés individuelles p (A-B) > pA + pB p= propriétés

Biologie des sytèmes, nouvelle discipline Révolution en biologie Biologie Mathématiques Informatique

Réseau de protéines dans une cellule Comment prévoir le fonctionnement ?

Jeunes intéressés par la biologie ? Choisir les cursus d’études dans la biologie des systèmes (par exemple : voir le site de l’université de Harvard)

Biologie Synthétique = applications La révolution mondiale dans l’approche biologique Biologie Synthétique = applications

Protéine = insuline humaine Exemple de l’insuline Maladie (diabète) …AATTCGGCATTCTTAGGG… …TTAAGCCGTAAGAATCCC… Gène (insuline) ADN humain Cellule plus simple (bactérie) Protéine = insuline humaine

L’if fabrique la molécule grâce à des enzymes (= des protéines) Maladie (cancer) …AATTCGGCATTCTTAGGG… …TTAAGCCGTAAGAATCCC… Enz 1 Enz 2 Enz 3 ADN de l’ If Cellule plus simple Enz 1,2 et 3 fabriquent le Taxol

Intérêts pour les malades et les citoyens - Coût de fabrication très abaissé - Quantité produite illimitée

Application pour l’énergie Module de l’alimentation des bactéries Module de fabrication d’acides gras (= gasoil) + Bactéries qui mangent des résidus de plantes et fabriquent du gasoil Réalisée en 2011 !

Mise au point d’une cellule artificielle (usine tehnologique) - Pour comprendre la biologie de la cellule - Pour les applications industrielles Greg Venter

la création d’une cellule artificielle La première étape est réalisée (2010). Un génome artificiel (synthétique) a été introduit dans une cellule « porteuse » et fonctionne.

Mai 2010 BBC

Le code de la vie est dans l’ADN Il n’y a besoin de rien d’autre ! (théories vitalistes...caduques) Intérêts....Dangers....

Née en 2014 La dernière nouvelle technologie Un verrou crucial saute !

Modifier ou changer très facilement le gène que l’on souhaite ! La fabuleuse découverte d’Emanuelle Charpentier et Jennifer Doudna Modifier ou changer très facilement le gène que l’on souhaite !

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats CRISPR/Cas9 Prononcer « Crispeur » Permet de couper l’ADN à l’endroit choisi par l’expérimenteur = ciseaux moléculaires Et de remplacer un gène par un autre = édition de gènes (copier-coller) Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats « Courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées » Voir Wikipedia

Lesneven... après Boston et .../... Etaient présents Le député et la sénatrice chargés d’informer les élus et la presse

Propriétés Equivalent à couper/coller d’un texte = édition de gène = ciseaux moléculaires La technique est utilisée dans TOUS les laboratoires

Regarder les vidéos explicatives sur Youtub Principe Regarder les vidéos explicatives sur Youtub Il y en a des dizaines ! Chercher avec le mot clef CRISPR

Guide de Cas9 TAACGCGACT ADN d’origine Exemple: ADN ciblé ----ATTGCGCTGA----- ----TAACGCGACT----- Guide de Cas9 TAACGCGACT

ADN d’origine (gène ciblé) Cas 9 Coupure

ADN d’origine Cas 9 ADN modifié Gène modifié Protéine modifiée ADN exogène ADN modifié Gène modifié Protéine modifiée

Et donc la protéine codée par ce gène Un gène est changé Et donc la protéine codée par ce gène est modifiée

Premières annonces !

Déjà des milliers d’applications… Paludisme Un moustique rendu résistant au parasite qui ne peut plus se transmettre. Le moustique a été modifié par Crispr/cas9. En quelques générations, les moustiques ne donnerons plus le paludisme. Applicable aussi à la dengue, le chikungunya et le tout nouveau virus Zika (en cours) Paludisme 500 000 morts par an.

Un exemple amusant : La vache sans cornes. Principe : le gène responsable des cornes a été détruit grâce à Crispr/cas9 au stade embryon. Les descendantes n’ont plus de cornes

Un champignon de Paris qui ne brunit pas à l’air

Premiers essais chez le singe Pour corriger des gènes déficients Principe: pour corriger une maladie génétique les gènes de l’embryon ont été modifiés Dans notre région, c’est un espoir pour la mucoviscidose

Chez l’humain ! Un exemple en cours en matière de cancer Cancer du poumon d’humains adultes. Principe : le cancer se développe car les cellules immunitaires ne reconnaissent pas les cellules cancéreuses comme étrangères . Les cellules de défense sont modifiées par Crispr/cas9. Elles attaquent alors les cellules cancéreuses de la tumeur (cette étape fonctionne).

Une solution pour le Sida ! 15 mai 2017 ! Pour le moment chez la souris...

Le 6 juin 2017 Article dans « science »

En août, une expérience de modification de gène humain pour corriger une mutation qui cause une maladie cardiaque appelée cardiomyopathie hypertrophique.

- Cellules reproduction extraites Génome analysé précisément Injection du système Crispr/cas9

Culture des cellules et fécondation Contrôle du génome : maladie éliminée ! Embryons détruits (éthique) Attention, résultat en débat (ce mois-ci) !

Des porcs pour la greffe d’organes À l’étude

La discipline est en émergence ! Les application sont infinies… De grandes perspectives d’emplois ! (recherche, enseignement, industrie) Des formations dans toutes les université du monde Des milliers de créations de nouvelles équipes de recherche Des milliers de créations de « start-ups » Des nouvelles entreprises !

III. Et la place et le rôle du citoyen ?

Les risques sont considérables Santé... Porte ouverte à l’eugénisme Environnement ... Déséquilibres écologiques Ethique Création d’espèces non naturelles ! Et manipulations génétiques humaines Terrorisme…/…. Comment contrôler et par qui ?

Il y a quelques mois !! 30 mai 2017

Déjà…. Nouveaux OGM !

Qui décide: pouvoirs publics Critère Rapport bénéfice/risque

Informer les décideurs Auditions publiques Ministres (santé…) 18 députés 18 sénateurs 10 intervenants scientifiques 80 invités 30 à 50 journalistes 100 auditeurs Celle d’octobre dernier sur CRISPR/cas9 Crispr/Cas9 28 octobre 2016

Des perspectives extraordinaires Epilogue Des perspectives extraordinaires - Recherche biologique Biologie des systèmes - Applications (Santé, Energies, Environnement) Biologie synthétique « Une mobilisation politique, industrielle et citoyenne est absolument nécessaire pour édicter de nouvelles règles »

Catherine Jessus Directrice des sciences biologiques du CNRS

Diaporama de cette conférence http://www.cafe-des-sciences.fr