CRISPR-Cas9 : un scalpel génomique à double tranchant

Une percée biotechnologique de première grandeur occupe la une des journaux. Il s’agit de la méthode CRISPR-Cas9, ce « ciseau moléculaire » qui, en permettant de modifier à volonté et à l’endroit désiré le programme génétique de n’importe quel organisme, constitue un véritable outil d’« édition » génomique.

Ce procédé, issu de la collaboration entre les équipes d’Emmanuelle Charpentier (université de Vienne) et de Jennifer Doudna (université de Berkeley), a suscité dès sa publication en 2012 [1] un intérêt considérable, attesté par l’explosion des publications, dont le rythme mensuel est passé de 29 en 2013 à plus de 200 en 2016. Comme toute invention majeure, la technologie CRISPR-Cas9 suscite non seulement des espoirs mais aussi des craintes, d’autant plus médiatisés que les enjeux scientifiques et sociétaux sont considérables (voir encadré).

Un engouement sans précédent dans l’histoire de la biologie

CRISPR-Cas9, un outil très attendu

Jusqu’en 2012, le système biologique qui est à l’origine de l’outil CRISPR-Cas9 n’intéressait que le cercle restreint des microbiologistes travaillant sur les mécanismes de défense naturelle des procaryotes*. À la suite de la publication princeps [1], plusieurs équipes se sont engouffrées dans la brèche ouverte par le tandem Charpentier/Doudna, montrant que l’outil proposé fonctionne sur des cellules en culture et sur l’animal entier [3,4]. De plus, il s’avérait incomparablement plus efficace, plus précis et moins onéreux que les autres procédés de coupure génomique ciblée utilisés jusqu’alors. En comblant un vide méthodologique, le procédé a rapidement conquis la faveur des chercheurs et l’attention des investisseurs.

CRISPR-Cas9 : l’acronyme et au-delà

CRISPR est l’acronyme de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, nom d’un motif présent dans le génome des procaryotes*. Cas est l’acronyme de CRISPR ASsociated gene et désigne une famille de gènes spécifiant des endonucléases* bactériennes.

Cibler/couper pour modifier, réparer, inactiver voire créer

L’outil CRISPR-Cas9 est un instrument forgé de toutes pièces par la main de l’Homme, en l’occurrence de deux femmes, Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna [1]. En s’inspirant d’un mécanisme complexe d’immunité adaptative des procaryotes contre l’intrusion dans leur génome de séquences mobiles exogènes [2] elles ont conçu un dispositif d’édition génomique programmable comportant la protéine Cas9, une enzyme bactérienne qui joue le rôle de ciseau coupant les deux brins de l’ADN cible, attelée à un ARN guide inspiré du modèle bactérien CRISPR auquel est ajoutée une séquence de vingt nucléotides complémentaires* de la cible choisie, jouant le rôle de tête chercheuse ultra-spécifique. La protéine Cas9 est d’obtention facile, le segment d’ARN guide est aisément synthétisé à façon selon la cible que l’on veut atteindre. Toute modification du génome implique une coupure préalable de l’ADN. C’est là qu’intervient le système CRISPR-Cas9, qui est capable de couper les deux brins de l’ADN très précisément à l’endroit désiré. Au niveau de la coupure, on peut enlever, rajouter, substituer ou réparer, le rétablissement de la continuité des deux brins étant assuré par les systèmes de réparation endogènes.

Pas de crispation terminologique autour du terme « édition » génomique

Les manipulations génomiques permises par CRISPR-Cas9 consistent à opérer ce que les Anglo-Saxons appellent un genome editing. L’expression n’est pas traduisible littéralement en français car le mot edition est un faux ami. En anglais, il désigne la correction d’erreurs typographiques, orthographiques ou syntaxiques, avec, éventuellement, améliorations ponctuelles du texte au sens où on l’entend pour la révision d’un manuscrit ou d’un jeu d’épreuves imprimées, ce qui est exactement le but recherché avec CRISPR-Cas9. En français classique, « éditer » signifie publier, ou faire paraître un texte et éventuellement le diffuser. Parmi les équivalents linguistiquement corrects, les désignations « modifications ciblées du génome » ou « ingénierie du génome » ont la faveur de l’Académie de médecine. En fait, dans son Dictionnaire historique de la langue française, Alain Rey avalise l’acception anglaise, déjà en vigueur dans le vocabulaire informatique français, pour adopter une fois pour toutes et sans réticence l’expression « édition génomique ».

Les premiers succès obtenus avec CRISPR-Cas9

En l’espace de trois années, le procédé a subi une série d’améliorations et a été appliqué avec succès dans tous les domaines de la génétique moléculaire et dans un nombre croissant d’espèces, y compris chez Homo sapiens. Il est apparu qu’on tenait là un outil d’une formidable puissance, utilisable d’une part en génomique fondamentale pour élucider la fonction des séquences non codantes qui constituent 98 % des trois milliards de paires de bases du génome humain, et en génomique appliquée, notamment en médecine. Dans le domaine des recherches biomédicales, le premier acquis incontestable a été de pouvoir reproduire à volonté dans des modèles expérimentaux (cellules, animal entier) les mutations pathogènes observées en pathologie humaine pour en analyser à loisir les conséquences. La portée de cette recherche cognitive est considérable car elle conduit à la compréhension du mécanisme moléculaire des maladies génétiques et à la découverte de cibles thérapeutiques intéressantes, les druggable targets, c’est-à-dire les cibles potentielles pour des nouveaux médicaments. La méthode CRISPR-Cas9 a été très vite expérimentée à des fins thérapeutiques et on a assisté à une explosion de travaux visant à apporter des preuves de faisabilité : (i) pour la correction in situ de mutations pathogènes constitutionnelles (maladies génétiques mono-géniques) ou somatiques (cancers) ; (ii) pour la destruction du génome d’agents infectieux viraux (virus du sida, de l’hépatite B, et papillomavirus humains) ; (iii) pour l’élimination des insectes vecteurs d’organismes pathogènes comme celui du paludisme.

Une ambiance de ruée vers l’or

À partir de 2013, une véritable course de vitesse s’est engagée entre les laboratoires académiques et entre les grands groupes pharmaceutiques. C’est à qui sera le premier à apporter sa preuve de faisabilité, source d’espoirs thérapeutiques et, en attendant la première guérison, source de prestige et de brevets. Une liste des multiples potentialités de l’édition génomique (voir encadré) permet de mieux faire comprendre la nature des enjeux et des implications économiques et sociétales.

Les crispations à propos de CRISPR

Au milieu de cette frénésie, des sujets de préoccupations se font jour dans le monde scientifique et sont désormais sur la place publique. Ils se cristallisent autour d’un conflit de brevets et de la question de l’édition du génome humain germinal*. Dans les deux cas, l’éthique est en jeu et le retentissement médiatique considérable.

Qui a inventé CRISPR-Cas9 ?

Cette question a trait à la guerre des brevets que se livrent les universités de tutelle des inventrices de la méthode (Vienne pour Emmanuelle Charpentier et Californie-Berkeley pour Jennifer Doudna), dont le brevet déposé en 2012 n’a pas encore été octroyé, et le Broad Institute (Harvard/MIT) auquel appartient Feng Zhang qui, dans les mois ayant suivi la publication princeps [1] a perfectionné l’outil en l’appliquant avec succès à des eucaryotes (souris et homme) [3] et obtenu un brevet par une procédure d’urgence. La bataille, qui ne met pas en jeu les chercheurs mais leurs universités, seules détentrices des droits potentiels, risque d’être longue et acharnée car il y a des milliards à la clé. Ces tensions qui défraient la chronique ont été ravivées par un remarquable article d’Eric Lander [5], Directeur du Broad Institute et étoile de première grandeur dans l’univers de la génétique moléculaire, qui retrace en détail l’historique de l’invention de CRISPR-Cas9, mais d’une façon biaisée avantageant son poulain Zhang. Il y a là un conflit d’intérêts non mentionné dans l’article, et cette infraction à la déontologie des publications a valu à son auteur une réprobation quasi-générale. Au-delà des dollars, il y a naturellement un problème de prestige concernant des probables futurs lauréats du Prix Nobel.

Les risques écologiques

Il s’agit des risques inhérents aux expériences sur l’animal visant à éradiquer par le mécanisme du gene drive* une espèce jugée nuisible en relâchant dans la nature des spécimens « édités » au laboratoire, par exemple le moustique vecteur du paludisme [6]. Il n’est peut-être pas anodin de rayer complètement de la carte une espèce, et le risque de bouleversement des écosystèmes a fait hésiter les expérimentateurs et les a incités à alerter la communauté scientifique [7,8]. Cette question s’est posée avant [9], mais se retrouve avec CRISPR-Cas9 mise sur le devant de la scène avec une ampleur plus importante.

Le défi éthique de l’édition du génome germinal humain

Chez l’animal, l’édition thérapeutique in vivo a été expérimentée avec succès dans le génome somatique post-natal et aussi dans le génome germinal (gamète*, zygote*, embryon) avec, dans ce cas, transmission à la descendance.

En revanche, à ce jour, l’édition du génome germinal dans l’espèce humaine est prohibée dans la plupart des pays. C’est pourquoi les protocoles d’essais cliniques de thérapie génique conventionnelle par transfert de gènes exigent d’exclure tout risque de contamination des lignées germinales. Aussi, lorsque la révolution CRISPR a fait son irruption, les seules éditions pratiquées sur du matériel humain l’ont été ex vivo sur le génome somatique* de cellules en culture, et en particulier des cellules souches pluripotentes induites* [10].

Or, le tabou du génome germinal humain a été transgressé en Chine au printemps 2015 avec une expérience d’édition du génome d’embryons humains non viables et non suivie de réimplantation utérine, la cible étant un gène d’hémoglobine [11]. Les résultats ont été intéressants à deux titres : d’une part en démontrant une efficacité limitée (production de mosaïque*) et un manque de spécificité (nombreux événements off-target*) ; d’autre part en mettant au premier plan les problèmes éthiques inhérents aux manipulations du génome germinal humain, objectif d’ailleurs revendiqué par les auteurs. Sur ce dernier point, le succès a été total puisque la publication a soulevé une émotion considérable au niveau mondial [12]. Dans une atmosphère rappelant l’ère des débuts de la génétique moléculaire des années 1970 avec le moratoire de Berg et la conférence d’Asilomar en 1975 [13], de nombreux scientifiques du domaine ont appelé à une réunion internationale pour réfléchir aux potentialités de l’édition du génome germinal et, semble-t-il, pour la bannir [14,15,16,17,18]. Cette réunion a eu lieu à Washington en décembre 2015, rassemblant autour des inventeurs et utilisateurs de CRISPR des biologistes de tous bords et de tous pays – dont Paul Berg et David Baltimore déjà présents à Asilomar exactement quarante ans plus tôt – ainsi que des juristes, des éthiciens et des acteurs de la société civile, y compris les usagers potentiels. On y a débattu des perspectives bénéfiques de l’édition génomique germinale et réfléchi aux aspects potentiellement néfastes de ce genre de manipulation en évoquant le spectre d’un retour à l’eugénisme devenu moléculaire [19].

Prudence dans l’état actuel des connaissances

Dans sa résolution finale [20], l’assemblée a considéré que la seule justification de l’édition génomique germinale dans l’espèce humaine était de l’ordre de la connaissance, avec pour objectif de déchiffrer les mécanismes moléculaires mis en jeu lors des premières divisions de l’embryon et à condition de ne pas le réimplanter dans un utérus. Toute édition germinale humaine à des fins reproductives était jugée « irresponsable » dans l’état actuel de nos connaissances.

En attendant que le sujet mûrisse, la communauté scientifique internationale était conviée à continuer sa réflexion en se réunissant périodiquement. La conséquence la plus importante de ce premier sommet a été de réveiller les consciences dans les pays les plus actifs dans le domaine de l’édition génomique (États-Unis, Chine, Europe). En France, l’Académie de médecine, après une réflexion approfondie avec audition de nombreux spécialistes, a adopté en avril 2016 un rapport très documenté sur la question [21] comportant des recommandations similaires à celles issues de la réunion de Washington. Il y est souligné en outre que si la législation française, avec notamment ses lois évolutives de bioéthique et la vigilance active du Comité consultatif national d’éthique (CCNE), offre déjà une bonne protection contre le mésusage de l’édition génomique chez l’Homme, l’effort de réflexion ne doit pas se relâcher. Par la suite, diverses instances de réflexion, notamment le Comité d’éthique de l’INSERM, devaient parvenir à des conclusions semblables [22].

Ceci n’a pas empêché la Chine d’aller de l’avant et de pratiquer une seconde expérience d’édition germinale dans des embryons humains non viables, ciblant cette fois le gène du récepteur du virus du sida pour y introduire la mutation connue pour conférer une résistance chez certains individus [23,24]. Les résultats ont été décevants, prouvant que la technique était loin d’être maîtrisée, et les auteurs concluent à la nécessité de proscrire la pratique de l’édition génomique des embryons tant qu’elle ne serait pas fiable (voir l’encadré «  Modification CRISPR sur des embryons humains viables  » pour les derniers développements).

Réflexions personnelles sur la période 2012-2016

Face au mélange d’enthousiasme et de crispations suscités par la technique CRISPR, on ne peut ni ne doit rester indifférent, car les enjeux sont importants. Le sujet est tellement mouvant et le recul si faible qu’il paraît vain de tenter une synthèse et a fortiori d’anticiper.

Voici cependant quelques réflexions que le sujet m’inspire en tant que médecin.

Les nucléases programmables de type CRISPR-Cas9 représentent un instrument de recherche fondamentale incomparable. Il est perfectionné tous les jours et appliqué à un nombre sans cesse croissant de domaines. C’est la baguette magique qui fera enfin parler le génome et l’épigénome* humains, et, par voie de conséquence, le pathome* et tous les autres omes* y compris le pharmacome*.

Concernant l’éditothérapie somatique*, dont personne ne conteste la légitimité, il faut éviter de retomber dans les errements de la thérapie génique conventionnelle par transfert de gènes [25] où l’on a commencé à crier victoire avant d’avoir mesuré et surmonté les difficultés de l’entreprise. À la célèbre injonction de Stuart Orkin et Arno Motulski [26] réclamant il y a déjà plus de vingt ans « less hype, more biology » (moins de battage médiatique et plus de biologie), je me permets d’ajouter aujourd’hui à propos de CRISPR « and more common sense  » (« et plus de bon sens »).

En effet, le fait de remplacer le transfert de gènes par l’édition du génome ne contourne en aucune façon les verrous que représentent la vectorisation* et l’adressage optimal. Les avantages de l’édition génomique que sont la correction in situ (donc régulée) et définitive sont contrebalancés par la nécessité absolue de réussir sans bavure (aucun dégât collatéral n’est tolérable). Or, les méthodes d’édition génomique en vigueur, même très améliorées, sont encore loin d’offrir les garanties de sécurité nécessaires [27,28]. Il importe de peser soigneusement les maladies qui pourraient être candidates à une éditothérapie.

Une perspective très innovante de l’édition génomique somatique par CRISPR-Cas9 concerne le domaine de l’immunothérapie* des cancers. En effet c’est l’outil de reprogrammation rêvé pour mobiliser les lymphocytes contre les cellules cancéreuses [29]. C’est pourquoi les premiers essais cliniques autorisés concernent cette application [30].

Concernant l’éditothérapie germinale, on retombe dans le dilemme Cassandre versus Prométhée [31]. Le problème est avant tout d’ordre éthique, mais le savoir-faire progresse à une allure tellement vertigineuse qu’il est difficile de figer la situation par des règles contraignantes.

En permettant de façonner à sa guise n’importe quel génome, la méthode CRISPR-Cas9 apparaît comme une technologie de rupture (la formule est d’Hervé Chneiweiss, président du Comité d’éthique de l’Inserm) [32].

Elle confère à l’Homme une maîtrise pour le moins transgressive puis-qu’elle lui confère la capacité de s’affranchir de la fatalité darwino-mendélienne.

Le cauchemar de Jennifer Doudna

et le rêve de George Church

Une maîtrise de la maîtrise est-elle envisageable ? D’abord est-elle souhaitable ? Pour la plupart des scientifiques, à commencer par les inventrices de la méthode, la réponse est qu’elle est nécessaire. C’est le point de vue que l’on peut résumer par la formule « Le cauchemar de Jennifer » [33] qui récapitule les appréhensions justifiant un encadrement.

Pour d’autres, dont le chef de file est George Church, il faut aller de l’avant, ne pas freiner le progrès, ne pas bouder son plaisir heuristique ni ses pulsions entrepreneuriales par de vaines considérations éthiques [34,35]. Rappelons que George Church est non seulement un savant incontestable mais aussi un businessman avisé dans le domaine de la génomique, voire de la génomancie [36]. « Le rêve de George » utiliseCRISPR pour éditer les embryons humains en leur conférant une dizaine d’allèles protecteurs de pathologies courantes. Entre ces deux points de vue contrastés, il devrait y avoir place pour une édition génomique bien tempérée [37]. Mais plusieurs facteurs s’y opposent : la loi du marché, où pèsera la pression combinée des éditeurs cotés en Bourse et des commanditaires demandeurs légitimes (les associations de malades) ou moins légitimes (parents en quête de bébé parfait ou sur commande) ; incapacité des nations à adopter une charte universelle ; impuissance des Comités d’éthique pour lesquels il est plus facile d’interdire les pratiques irréalisables, mais qui ensuite finissent tôt ou tard par céder.

De toute façon, comme le fait justement remarquer Jennifer Doudna [38], il est impossible d’empêcher une manipulation dès lors que son faible coût et sa simplicité la mettent à la portée de n’importe qui. D’où le fantasme frankensteinien d’éditions clandestines à but inventif, lucratif, récréatif [39], voire criminel (voir encadré « Liste non exhaustive des potentialités de l’édition génomique »).

En attendant, il ne serait pas étonnant que des aventuriers de la science sans conscience franchissent le pas, quelque part dans le global village, en effectuant la réimplantation d’un embryon humain édité... « juste pour voir ». Ce serait le dernier degré de la réification de l’individu puisque les exemplaires défectueux seraient voués au pilon comme il est d’usage chez les éditeurs.

Des rebondissements de dernière minute

Au cours du mois de février 2017, quatre scoops importants concernant CRISPR sont venus aggraver les crispations :

(1) Dans le litige des brevets CRISPR-Cas9, le tribunal a statué en première instance en faveur du Broad Institute, déniant ainsi la paternité de la découverte au tandem E. Charpentier – J. Doudna [40].

(2) Dans un volumineux rapport de 261 pages portant sur les enjeux scientifiques, médicaux et éthiques de l’édition génomique, les Académies des sciences (NAS) et de médecine (NAM) des États-Unis n’écartent pas les perspectives de manipulations du génome germinal humain à des fins de reproduction. Au contraire, elles en décrivent minutieusement les modalités et les indications ainsi que les précautions à prendre [41]. Il s’agit là d’un revirement spectaculaire par rapport à l’attitude jusqu’alors négative de la communauté scientifique, y compris de ces mêmes académies. Il s’oppose aux termes de la convention d’Oviedo ratifiée par la France et la plupart des pays d’Europe, et à la législation prohibitive en vigueur dans certains pays dont la France [21]. Il s’agit là peut-être d’une attitude simplement réaliste car nombre de scientifiques éminents avaient dès 2015 exprimé l’opinion que, quoi que l’on fasse, l’édition génomique germinale était inévitable [42].

(3) Le Manchester Guardian publie le 23 février 2017 un article commentant les programmes de type Jurassic Park actuellement menés par George Church avec le soutien de l’université Harvard. Ce célèbre génomancien songe très sérieusement à exploiter le potentiel de CRISPR-Cas9 pour ressusciter des animaux préhistoriques, et, pour commencer, les mammouths via la création d’un hybride mammouth/éléphant élégamment baptisé « mammophant » [43].

(4) CRISPR et bioterrorisme : « Un rapport secret défense pointe les risques de manipulations génétiques à des fins terroristes » nous apprend Le Monde du 7 février 2017 [44], faisant suite à une émission de France Inter intitulée « La manipulation du génome, arme de destruction massive ? » [45]. Cette nouvelle potentialité a de quoi inquiéter, surtout si l’on sait que de telles armes pourraient être confectionnées par des « biohackers* » sur un coin de table, dans le cadre de l’activité de CRISPR DIY (Do-It-Yourself) qui se développe déjà sur certains sites web [46,47].

Quelques vœux pieux

La médiatisation du débat risque de le faire tomber dans un sensationnalisme irrationnel. Il n’empêche que les dernières nouvelles montrent que CRISPR est potentiellement une arme à double tranchant et, qu’après s’être concentré sur la « valeur ajoutée » du bon tranchant, il est grand temps de se préoccuper de l’autre tranchant avec ses multiples implications environnementales, sociétales, philosophiques. Dans ce contexte les bioéthiciens sont en première ligne et leur tâche n’est pas facile. Ils sont confrontés aux réalités suivantes : (i) ayant franchi le seuil des laboratoires, CRISPR est devenu un sujet de société impliquant la communauté citoyenne, voire tous les représentants du genre Homo sapiens et même de la biosphère ; (ii) faute de recul et de données expérimentales, il est difficile de statuer dès à présent sur la licéité, voire la dangerosité de tel ou tel type d’édition génomique ; (iii) on peut redouter que les efforts des instances bioéthiques pour distinguer et séparer le bon du mauvais tranchant de l’arme CRISPR demeurent inopérants tant est flagrante l’absence de consensus international, tant est impérative l’obligation de ne pas désespérer Wall Street, tant sont juteuses à l’ère de l’Internet les perspectives de marchandisation du corps humain, de ses dérivés et de son précurseur (le génome), tant sont néfastes les mauvaises fréquentations de la science avec la pseudo-science, lesquelles risquent de polluer les espoirs légitimes de progrès médical propagés dans le grand public. Il appartient aux médecins de ne pas désespérer les malades en leur démontrant au plus vite le bien-fondé des espoirs que CRISPR a fait naître.