Imaginez pouvoir guérir n'importe quelle maladie génétique, prévenir les bactéries de résistance aux antibiotiques, modifiez les moustiques pour qu'ils ne peut pas transmettre le paludisme, prévenir le cancer ou transplanter avec succès des organes d'animaux chez l'homme sans rejet. La machinerie moléculaire pour atteindre ces objectifs n'est pas la substance d'un roman de science-fiction se déroulant dans un avenir lointain. Ce sont des objectifs réalisables rendus possibles par une famille de Séquences d'ADN appelés CRISPR.
CRISPR (prononcé "crisper") est l'acronyme de Clustered Regularly Interspaced Short Repeats, un groupe de Séquences d'ADN trouvées dans des bactéries qui agissent comme un système de défense contre les virus qui pourraient infecter une bactérie. Les CRISPR sont un code génétique qui est divisé par des «espaceurs» de séquences de virus qui ont attaqué une bactérie. Si la bactérie rencontre à nouveau le virus, un CRISPR agit comme une sorte de banque de mémoire, ce qui facilite la défense de la cellule.
La découverte de répétitions d'ADN en grappes s'est produite indépendamment dans les années 1980 et 1990 par des chercheurs au Japon, aux Pays-Bas et en Espagne. L'acronyme CRISPR a été proposé par Francisco Mojica et Ruud Jansen en 2001 pour réduire la confusion causée par l'utilisation de différents acronymes par différentes équipes de recherche dans la littérature scientifique. Mojica a émis l'hypothèse que les CRISPR étaient une forme de bactérie l'immunité acquise. En 2007, une équipe dirigée par Philippe Horvath l'a vérifié expérimentalement. Il n'a pas fallu longtemps aux scientifiques pour trouver un moyen de manipuler et d'utiliser les CRISPR en laboratoire. En 2013, le laboratoire de Zhang est devenu le premier à publier une méthode d'ingénierie des CRISPR pour une utilisation dans l'édition de souris et du génome humain.
Essentiellement, le CRISPR naturel donne une capacité de recherche et de destruction de cellules. Chez les bactéries, CRISPR fonctionne en transcrivant des séquences d'espacement qui identifient l'ADN du virus cible. L'une des enzymes produites par la cellule (par exemple, Cas9) se lie ensuite à l'ADN cible et le coupe, désactivant le gène cible et désactivant le virus.
En laboratoire, Cas9 ou une autre enzyme coupe l'ADN, tandis que CRISPR lui indique où couper. Plutôt que d'utiliser des signatures virales, les chercheurs personnalisent les espaceurs CRISPR pour rechercher les gènes d'intérêt. Les scientifiques ont modifié Cas9 et d'autres protéines, telles que Cpf1, afin de pouvoir couper ou activer un gène. Désactiver et réactiver un gène permet aux scientifiques d'étudier plus facilement la fonction d'un gène. La découpe d'une séquence d'ADN permet de la remplacer facilement par une séquence différente.
CRISPR n'est pas le premier outil d'édition de gènes dans la boîte à outils du biologiste moléculaire. D'autres techniques d'édition de gènes comprennent les nucléases à doigts de zinc (ZFN), les nucléases effectrices de type activateur de transcription (TALEN) et les méganucléases modifiées à partir d'éléments génétiques mobiles. CRISPR est une technique polyvalente car elle est rentable, permet une vaste sélection de cibles et peut cibler des emplacements inaccessibles à certaines autres techniques. Mais, la raison principale pour laquelle c'est un gros problème, c'est qu'il est incroyablement simple à concevoir et à utiliser. Tout ce qui est nécessaire est un site cible de 20 nucléotides, qui peut être fait en construisant un guide. Le mécanisme et les techniques sont si faciles à comprendre et à utiliser qu'ils deviennent la norme dans les programmes de premier cycle en biologie.
Les chercheurs utilisent CRISPR pour créer des modèles cellulaires et animaux afin d'identifier les gènes qui causent des maladies, de développer des thérapies géniques et de concevoir des organismes pour qu'ils aient des caractéristiques souhaitables.
De toute évidence, CRISPR et d'autres techniques d'édition du génome sont controversées. En janvier 2017, la FDA américaine a proposé des directives pour couvrir l'utilisation de ces technologies. D'autres gouvernements travaillent également sur des réglementations pour équilibrer les avantages et les risques.