Une nouvelle technique rend possible l’édition de gènes à grande échelle chez les animaux, raccourcissant les délais de travail de plusieurs années

Travaillant sur de minuscules vers, les scientifiques peuvent désormais tester les effets de milliers de mutations génétiques d’un seul coup.

Une nouvelle technique d’édition de gènes développée par des chercheurs de l’Université de l’Oregon (UO) comprime ce qui aurait été auparavant des années de travail en quelques jours seulement, rendant de nouveaux types de recherche possibles sur des modèles animaux. Cela permettra aux biologistes de faire des expériences qui comparent de nombreuses versions d’un gène, en recherchant des mutations qui conduisent à des traits spécifiques et en suivant leur évolution dans le temps.

Ces recherches sont souvent une première étape vers l’identification de mutations pertinentes pour la santé humaine ou pour démêler les mécanismes à l’origine des maladies humaines.

Alors que des astuces d’édition de gènes en masse ont été développées pour des organismes unicellulaires comme les bactéries et les levures, c’est la première fois que cela est possible à cette échelle chez un animal.

« En biologie, nous passons beaucoup de temps à travailler avec des mutants génétiques. Mais chez les animaux, nous sommes limités par le nombre de mutants génétiques que nous pouvons créer en même temps », explique Zach Stevenson, étudiant diplômé du laboratoire de Patrick Phillips à l’UO. qui a aidé à concevoir la technique. « C’est un moyen de contourner ce goulot d’étranglement. »

Stevenson et ses collègues décrivent leur nouvelle technique dans une préimpression publiée sur bioRxiv.

Ils ont piloté le système chez C. elegans, un petit ver qui est une espèce populaire pour la recherche en biologie. Une approche similaire pourrait éventuellement fonctionner chez d’autres animaux de laboratoire, comme les mouches ou les souris, a déclaré Stevenson.

« Le génie génétique de l’ADN des microbes a servi de base à la révolution de la biotechnologie au cours des trois dernières décennies, mais il a été difficile de le faire à grande échelle dans les systèmes animaux », a déclaré Phillips. « La nouvelle approche développée dans notre laboratoire peut servir de plate-forme pour une toute nouvelle façon d’utiliser un animal simple comme base de la biologie synthétique de la même manière que les bactéries et les levures sont utilisées depuis une génération. »

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les scientifiques pourraient souhaiter avoir la possibilité de créer plusieurs mutations génétiques à la fois. Par exemple, ils pourraient rechercher une mutation qui pourrait rendre un animal résistant à un médicament spécifique, ou mieux capable de survivre dans certaines conditions, ou moins sensible à une maladie. Ils pourraient avoir besoin de cribler des dizaines, voire des centaines de variations possibles sur un gène pour trouver celui qui est le plus efficace.

Ces types d’expériences sont extrêmement lents chez les animaux. Chaque souche mutante – un ensemble de vers avec une modification génétique spécifique – doit être modifiée individuellement. Fabriquer un mutant « prend généralement entre sept et dix heures de travail pratique », a déclaré Stevenson. En utilisant ce nouveau système, « pour le même travail consistant à faire trois ou quatre mutations, vous pouvez en faire des dizaines de milliers ».

Pour accélérer les choses, Stevenson et ses collègues ont conçu un moyen de compresser des centaines voire des milliers de mutations possibles dans une seule « bibliothèque ». Chaque livre de la bibliothèque est un petit extrait de code génétique, dénué de sens et non fonctionnel en soi. Chaque extrait s’insère dans une lacune artificielle du gène ciblé, comme un puzzle génétique Mad Libs.

Cette conception signifie qu’au lieu d’injecter individuellement de nombreux vers individuels avec différentes versions d’un gène, les chercheurs peuvent injecter toute la bibliothèque de mutations dans un seul ver.

Ensuite, lorsque le ver se reproduit, la bibliothèque s’agrandit. Dans chaque progéniture, un livre de la bibliothèque de mutations est sélectionné au hasard pour compléter le gène ciblé. Lorsqu’un segment de la bibliothèque de gènes se glisse, il rend le gène actif, comme appuyer sur un interrupteur pour terminer un circuit électrique.

Le résultat : une collection de vers qui ont tous des mutations génétiques différentes sélectionnées au hasard.

Les chercheurs ont nommé leur technique TARDIS, un clin d’œil ludique à la boîte de police voyageant dans l’espace et dans le temps du Dr Who. Ici, il signifie Transgenic Arrays Resulting in Diversity of Integrated Sequences. Comme le TARDIS fictif, le ver « est plus gros à l’intérieur », explique Stevenson. (C’est-à-dire qu’il contient beaucoup de matériel génétique supplémentaire.)

Les chercheurs ont testé TARDIS avec un gène qui confère aux vers une résistance aux antibiotiques. Mais ils voient de larges applications pour la biologie en général, y compris la recherche sur d’autres organismes modèles.

Cela pourrait être particulièrement utile pour étudier les interactions entre les protéines ou la signalisation entre les cellules, suggère le professeur de recherche de l’UO Stephen Banse, qui a aidé à développer TARDIS. De telles interactions sont souvent pertinentes pour comprendre la maladie, mais les scientifiques perdent un contexte important en les étudiant dans des levures ou des bactéries, a déclaré Banse. « Maintenant, nous pouvons faire ces choses dans un modèle animal. »