Le pelage noir de la souris fait référence aux cellules génétiquement modifiées, le blanc aux cellules non modifiées. Les chercheurs élèvent ces animaux pour produire une progéniture 100% génétiquement modifiée, contenant la moitié de CRISPR-Cas9. Crédit : L’Institut Francis Crick
Des scientifiques du Francis Crick Institute, en collaboration avec l’Université du Kent, ont utilisé la technologie d’édition de gènes pour créer des portées de souris exclusivement féminines et masculines avec une efficacité de 100 %.
Cette étude de preuve de principe, publiée dans Communication Nature aujourd’hui (vendredi 3 décembree, 2021), montre comment la technologie pourrait être utilisée pour améliorer le bien-être animal dans la recherche scientifique et peut-être aussi dans l’agriculture.
Dans la recherche scientifique et aussi dans l’élevage, il y a souvent un besoin d’animaux mâles ou femelles. Par exemple, les recherches en laboratoire sur la reproduction mâle ou femelle ne nécessitent que des animaux du sexe étudié. Et en élevage, seules les femelles sont nécessaires à la production d’œufs et dans les troupeaux laitiers. Cela signifie qu’il est de pratique courante pour les animaux du sexe non requis d’être abattus après la naissance.
La nouvelle méthode des chercheurs utilise un système génétique en deux parties pour inactiver les embryons peu de temps après la fécondation, permettant uniquement au sexe souhaité de se développer. Une telle méthode génétique pour contrôler le sexe de la progéniture pourrait réduire considérablement l’abattage dans les deux industries.
La sélection des embryons est basée sur le fait qu’il y a deux éléments de CRISPR-Cas9 – l’enzyme Cas9 qui coupe le ADN, permettant aux scientifiques de modifier des régions spécifiques, et le guide ARN qui transporte le Cas9 au bon endroit sur le génome. L’équipe a placé un élément du système sur le chromosome X ou Y du père, ce qui signifie qu’il ne sera hérité que par les embryons féminins ou masculins respectivement. L’autre élément est apporté par la mère et est hérité par tous les embryons.
Ils ont ciblé le Top 1 gène essentiel à la réplication et à la réparation de l’ADN. Lorsqu’un embryon s’est formé à partir d’un spermatozoïde et d’un ovule contenant chacun la moitié de CRISPR-Cas9, l’édition de gènes a été déclenchée dans l’embryon et il n’a pas pu se développer au-delà d’un stade très précoce d’environ 16 à 32 cellules.
Grâce à cette méthode, les chercheurs ont pu contrôler, avec 100% d’effet, le sexe d’une portée. Pour produire une portée exclusivement masculine, les chercheurs ont modifié le chromosome X du père, ce qui signifie que seules les femelles ont hérité de la mutation délétère, et pour une portée exclusivement féminine, ils ont modifié le chromosome Y.
Étonnamment, la méthode n’a pas conduit à une diminution de 50 % du nombre de descendants produits, mais la taille des portées se situait entre 61 % et 72 % des portées témoins. Les chercheurs suggèrent que cela est dû au fait que les animaux tels que les souris produisent plus d’œufs que nécessaire au cours de chaque cycle ovarien, ce qui permet de perdre une partie d’entre eux au début du développement sans réduire la taille de la portée. Cela signifie que dans les situations où un sexe est nécessaire, moins d’animaux reproducteurs seront nécessaires afin de produire le même nombre du sexe souhaité de la progéniture.
Comme le Top 1 gène est bien conservé chez les mammifères, ces résultats peuvent également être applicables à d’autres animaux.
Charlotte Douglas, premier auteur et ancien doctorant et chercheur postdoctoral au Crick, déclare : « Cette méthode fonctionne lorsque nous divisons le processus d’édition du génome en deux, entre un homme et une femme, et ce n’est que lorsque les deux moitiés se rencontrent dans un embryon. par l’élevage, qu’il est activé. Les embryons avec les deux moitiés ne peuvent pas se développer au-delà des stades cellulaires très précoces.
“Nous avons également montré que ce processus fonctionne avec succès dans différentes combinaisons – en introduisant soit les éléments Cas9 soit les éléments d’ARN guide sur les chromosomes de la mère ou du père.”
Comme les descendants qui survivent ne contiennent que la moitié des éléments CRISPR-Cas9 dans leur génome, cela agit comme un contrôle empêchant la sélection du sexe d’être transmis aux générations suivantes, à moins qu’ils ne soient sélectivement élevés avec un individu du sexe opposé contenant l’autre demi. Ceci est différent du génie génétique par le biais de méthodes de « gene-drive », qui cherchent à diffuser largement une mutation génétique au sein d’une population.
Il n’y a pas non plus d’effets nocifs de la modification génétique sur la progéniture survivante.
James Turner, auteur et chef de groupe du Sex Chromosome Biology Laboratory au Crick, déclare : « Ce travail pourrait avoir un impact immédiat et précieux dans les laboratoires scientifiques, car nous avons montré comment il est sûr et efficace chez la souris, un mammifère commun utilisé recherche médicale et scientifique. Bien que de nombreuses recherches nécessitent les deux sexes, il existe des domaines d’étude où un seul est nécessaire. Par exemple, lors de l’étude du système reproducteur, des maladies spécifiques au sexe ou de certaines hormones.
Peter Ellis, auteur et maître de conférences en génétique moléculaire et reproduction à l’Université du Kent, déclare : « Les implications de ce travail sont potentiellement d’une grande portée lorsqu’il s’agit d’améliorer le bien-être animal, mais devraient être considérées aux niveaux éthique et réglementaire.
« En particulier, avant toute utilisation potentielle dans l’agriculture, il faudrait une conversation et un débat publics approfondis, ainsi que des modifications de la législation. Sur le plan scientifique, il y a aussi beaucoup de travail à faire sur plusieurs années. Des recherches supplémentaires sont nécessaires, d’abord pour développer des kits d’outils d’édition de gènes particuliers pour différentes espèces, puis pour vérifier qu’ils sont sûrs et efficaces. »
Référence : « Les effecteurs CRISPR-Cas9 facilitent la génération de portées à un seul sexe et de phénotypes spécifiques au sexe » 3 décembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-27227-2
