L’IA peut-elle réécrire notre ADN ? GATTACA n’est plus de la science-fiction

De la modification d’un gène à l’édition du génome complet

Jusqu’à récemment, les modifications génétiques étaient assez grossières, insérant une nouvelle séquence génétique de façon aléatoire dans les organismes cibles. La méthode d’insertion était également très destructive. En conséquence, seuls les bactéries et les plantes étaient régulièrement modifiées génétiquement, et toute édition de gènes chez des organismes comme les mammifères (y compris les humains) était complexe, coûteuse et lente.

Cela a partiellement changé avec la technologie CRISPR, qui a soudainement ouvert la voie à une édition génétique précise et contrôlée, aboutissant à l’approbation de la première thérapie génique pour une maladie génétique humaine à la fin de 2023.

Cependant, CRISPR n’est toujours pas suffisant pour éditer plus d’un, voire quelques gènes. Une refonte complète du génome semblait encore hors de portée.

Cela pourrait venir de changer grâce à une découverte révolutionnaire de chercheurs chinois de l’Académie chinoise des sciences à Pékin. Ils ont annoncé une nouvelle méthode permettant de modifier d’énormes fragments de chromosomes entiers, ouvrant la voie à ce que l’édition de gènes soit remplacée par l’édition du génome complet.

Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue scientifique Cell¹, sous le titre « Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales ».

Édition de gène vs édition du génome

Grâce à CRISPR et à d’autres technologies associées, comme « l’édition de base », il est désormais possible de modifier un gène spécifique sans édition non ciblée indésirable, ni laisser de dommages à la séquence génétique ciblée. L’édition simultanée de plusieurs gènes devient même possible.

Cependant, déplacer ou éditer un fragment plus grand d’un chromosome tend à être inefficace, ce qui rend peu probable son exécution in vivo chez les organismes complexes, car la plupart des cellules ne seront pas modifiées ou seront endommagées dans le processus.

Le système le plus couramment utilisé est le système d’édition génomique « Cre-Lox » utilisant la recombinase Cre provenant d’un bactériophage, et des séquences répétées de sites LoxP dans les génomes.

Source: Vector Builder

La symétrie des sites lox peut parfois entraîner des réactions de recombinaison réversibles, inversant les modifications souhaitées.

Les protéines Cre, composées de 4 sous-unités, peuvent également rendre les efforts d’ingénierie difficiles, entravant l’optimisation de l’activité.

Une autre limitation des méthodes d’édition génomique actuelles est la « marque » (sites de recombinaison), où le point de suppression et d’insertion dans le chromosome est endommagé par le processus, pouvant entraîner des dommages catastrophiques à la cellule résultante, même si le processus d’édition du génome a fonctionné.

Améliorer le système Cre-Lox pour l’édition génomique à grande échelle

Nouveaux outils améliorés

Tout d’abord, les chercheurs ont construit une plateforme à haut débit pour la modification rapide des sites de recombinaison et ont utilisé une conception de site Lox asymétrique.

De cette manière, ils ont développé de nouvelles variantes de Lox qui réduisent l’activité de recombinaison réversible (renversement indésirable) de plus de 10 fois tout en conservant une recombinaison avant à haute efficacité (l’objectif visé).

Ensuite, ils ont utilisé une méthode d’ingénierie de recombinase assistée par IA (Contraintes informées par IA pour l’ingénierie des protéines – AiCErec) pour générer des variantes de Cre avec une efficacité de recombinaison 3,5 fois supérieure à celle du type précédemment utilisé.

Source: Cell

Enfin, ils ont exploité la haute efficacité d’édition des éditeurs premiers pour remplacer précisément les sites Lox résiduels par la séquence génomique originale.

Rassembler les innovations

Ensemble, ces trois innovations ont permis des manipulations d’ADN de kilobases à mégabases sans cicatrices dans les plantes et les cellules humaines.

Cela comprend des délétions, remplacements, inversions et translocations au niveau chromosomique.

Les chercheurs ont testé les outils pour divers niveaux d’édition du génome:

• Intégration ciblée de grands fragments d’ADN jusqu’à 18,8 kb
• Remplacement complet de séquences d’ADN de 5 kb
• Inversions chromosomiques couvrant 12 Mb
• Délétions chromosomiques de 4 Mb
• Translocations de chromosomes entiers.

Il est donc maintenant prouvé que ces outils peuvent inverser, supprimer ou insérer d’énormes morceaux de code génétique tant chez les plantes que chez les animaux.

Source: Cell

Parmi les exemples d’édition génomique réalisés par les chercheurs à titre de test, ils ont créé du riz résistant aux herbicides en inversant une énorme section de son ADN (une inversion précise de 315 kb), ce qui était presque impossible auparavant.

Applications futures

Il est en fait difficile de saisir pleinement le potentiel de cette nouvelle technologie. La raison est qu’elle peut remplacer des segments entiers d’un chromosome de manière transparente, et apparemment très contrôlée.

Cela ouvre la voie à une forme d’ingénierie génétique qui était auparavant totalement hors de portée, la rendant potentiellement aussi impactante que la découverte primée par le prix Nobel du CRISPR.

Un exemple de telle édition pourrait être de remplacer entièrement la façon dont certaines plantes ou organismes combattent un pathogène donné, en transférant entre variétés ou espèces un bloc complet de matériel génétique afin de créer de tout nouveaux caractères.

Une autre option pourrait être de modifier dans la lignée germinale (au moment de la conception ou au stade embryonnaire) des segments entiers de chromosomes qui sont regroupés et contrôlent des caractères spécifiques.

Si cela était testé et autorisé chez l’homme, cela pourrait, par exemple, modifier la résistance à certains cancers, le système immunitaire, les risques de certaines maladies comme la maladie d’Alzheimer, des caractères physiques comme la couleur des cheveux et de la peau, ou même des gènes liés à l’intelligence et à d’autres traits mentaux.

Jusqu’à présent, la recherche sur les caractères contrôlés par plusieurs gènes, notamment les complexes comme le système immunitaire ou l’intelligence, liés à des centaines de gènes différents, a été freinée par l’application limitée que de telles découvertes pourraient avoir.

Mais si l’édition du génome complet devient possible, découvrir comment remplacer un chromosome entier d’un seul coup pourrait aider à créer du matériel génétique optimal, à condition que nous comprenions suffisamment quels caractères sont souhaitables ou non.

Questions éthiques

Évidemment, cela sera déjà controversé concernant les plantes ou les animaux. Et davantage si l’on envisage cela pour les humains.

Cependant, il y aura également d’énormes pressions et intérêts de la part de nombreuses personnes souhaitant offrir à leurs enfants une vie plus longue et plus saine, ou un avantage compétitif en intelligence ou en apparence par rapport à leurs pairs « non édités ».

Cela a déjà été abordé dans la science-fiction, notamment dans le film GATTACA, qui explore un futur où seuls les humains « parfaits » ont accès aux niveaux supérieurs de la société, indépendamment de leurs talents réels.

Source: Frame Rated

Un tel résultat est indésirable. Mais s’il est réalisé de manière éthique et mesurée, cette technologie pourrait au contraire offrir un potentiel immense pour augmenter la longévité humaine, améliorer la santé au niveau de la population, et résoudre virtuellement de façon permanente toutes les maladies génétiques, qui causent actuellement des millions de souffrances quotidiennes.

Investir dans la génomique et la biotechnologie

Si l’édition du génome devient une réalité, le dépistage massif des génomes pour détecter les séquences génétiques problématiques susceptibles de provoquer des maladies deviendra courant.

Cela pourrait également devenir un test régulier effectué sur chaque nouveau-né, même si l’édition génétique massive n’est pas acceptée, et uniquement autorisée pour des conditions menaçant la vie, mais pas pour l’apparence ou l’intelligence.

En conséquence, les entreprises détenant une position forte dans le séquençage du génome seraient les premières à en bénéficier.

Illumina

Alors que les autres -omiques dans le multiomique (protéomique, transcriptomique, etc.) sont importantes, presque toutes s’articulent d’une manière ou d’une autre autour de la génomique, le « manuel d’instructions » de chaque cellule vivante.

Et de loin, le plus grand producteur de machines de séquençage du génome est Illumina. L’entreprise se concentre sur la lecture de courtes séquences génétiques, celle utilisée pour la détection du cancer. Elle possède actuellement plus de 22 000 séquenceurs installés dans 165 pays.

Environ la moitié des consommables des machines de séquençage d’Illumina sont utilisés dans des applications cliniques, l’autre moitié étant employée dans des laboratoires de recherche publics et privés. Dans les applications cliniques, la moitié de la demande provient de l’oncologie.

Source: Illumina

À mesure que la génomique et le multiomique deviennent le centre du processus de découverte de médicaments, ainsi que du diagnostic du cancer, l’équipement d’Illumina devrait connaître une forte demande. L’entreprise prévoit que la demande pour le NGS (séquençage de nouvelle génération) croîtra de 18 % de TCAC pour les applications cliniques et de 6 % de TCAC pour la recherche, augmentant le marché total adressable (TAM) du secteur de 100 Mds $ pour le clinique à 25 Mds $ pour la recherche d’ici 2033.

Source: Illumina

Illumina a eu une histoire compliquée avec la société de biopsie liquide Grail (GRAL -0,36 %), qui était une spin‑off d’Illumina, rachetée plus tard, et maintenant contrainte à nouveau à une spin‑off par les autorités de concurrence aux États‑Unis et dans l’UE.

Une fois ce problème résolu, Illumina pourrait reprendre sa croissance à long terme et la hausse de son cours boursier, surtout que, en fin de compte, les tests de biopsie liquide de Grail dépendront probablement toujours des séquenceurs Illumina.

(Vous pouvez également lire une analyse plus détaillée des activités d’Illumina, des technologies futures et de son histoire dans le rapport d’investissement dédié).

Dernières nouvelles et développements sur l’action Illumina (ILMN)

Étude référencée

^{1. Chao Sun, Hongchao Li, Yijing Liu, Yunjia Li, Rui Gao, Xiaoli Shi, Hongyuan Fei, Jinxing Liu, Ronghong Liang, Caixia Gao. Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales. Cell. 4 août 2025. DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.011}