L'étude de l'embryon humain a toujours été un domaine de recherche fascinant et complexe. Récemment, l'attention s'est portée sur le rôle des bactéries dans le développement embryonnaire. Cet article vise à explorer ce domaine émergent, en s'appuyant sur les données disponibles et les avancées scientifiques récentes.
Modifications génétiques et recherche sur l'embryon humain
L'Institut Crick Francis à Londres a récemment obtenu l'autorisation d'effectuer des modifications génétiques sur l'embryon humain. L'objectif de cette recherche est de mieux comprendre le rôle des gènes clés au cours des tout premiers jours du développement des cellules qui forment ensuite le placenta, et du développement de l'embryon humain. Cette autorisation a été accordée pour l'utilisation de la technique d'édition génique CRISPR/Cas, reconnue comme une technologie biomédicale de pointe.
Kathy Niakan a reçu l'autorisation des autorités de la HFEA de manipuler des embryons humains surnuméraires en utilisant la technologie CRISPR. Le comité a jugé que CRISPR était la bonne approche technique, adaptée aux objectifs de l'étude, malgré la proposition d'un expert d'utiliser des techniques alternatives.
Si cette autorisation constitue pour certains une dérive vers l'eugénisme, d'autres experts considèrent que ce recours aux outils d'édition de gènes va permettre une nouvelle compréhension des mécanismes génétiques de base qui contrôlent la répartition des cellules dans l'embryon et qui permettent d'assurer un développement sain et normal de l'embryon.
En avril, lorsqu'une équipe chinoise avait testé CRISP sur quelque 80 embryons humains (non viables), certains experts avaient tiré la sonnette d'alarme dans la revue Science, estimant que la limite éthique était franchie.
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Le rôle des virus dans le développement embryonnaire
Les virus, souvent perçus comme des agents pathogènes, jouent en réalité un rôle crucial dans le développement embryonnaire. Sans les virus, la gestation serait impossible, car deux segments de l'ADN empruntés à des virus se trouvent aujourd'hui dans les génomes des humains et d'autres primates. De plus, un ADN viral niché dans les gènes des animaux terrestres favorise la collecte et le stockage des souvenirs dans d'infimes bulles de protéines. D'autres gènes dérivés de virus contribuent à la croissance des embryons, régulent le système immunitaire et aident à résister au cancer.
Les virus ont joué un rôle crucial pour déclencher des transitions majeures de l'évolution. Éliminez tous les virus et la colossale diversité biologique de la planète s'effondrerait.
Un virus est un parasite, mais parfois, ce parasitisme ressemble plus à une symbiose - une dépendance mutuelle qui profite à la fois à l’intrus et à l’hôte.
Chaque particule virale est constituée d’un jeu d’instructions génétiques, écrites sous forme d’un code dans l’un des deux acides nucléiques, l’ADN ou l’ARN. Elles sont empaquetées dans une capsule de protéines - ou capside.
Un virus peut se dupliquer seulement s’il pénètre dans une cellule. Car il doit emprunter à la cellule le processus d’impression en 3D qui transforme l’information génétique en protéines.
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Il est possible que le virus s’installe tout simplement dans cet avant-poste douillet. Il peut se mettre en sommeil, ou bien intégrer son petit génome dans celui de la cellule, ce qui a de vastes conséquences sur le mélange des génomes, sur l’évolution, et même sur notre sentiment d’identité en tant qu’humains.
Certains virus sont bénéfiques. La capside protéique enveloppe un message génétique.
L'origine des virus et leur place dans l'arbre de la vie
L'origine des virus est un sujet de débat. Trois hypothèses principales tentent d'expliquer leur origine évolutive : la « primauté du virus », l'« évasion du virus » et la « réduction en virus ». Selon celle de la primauté, le virus a précédé la cellule, en s'assemblant directement à partir de la soupe primordiale. Selon celle de l'évasion, des gènes ou des fragments de génomes se sont échappés de la cellule en s'enfermant dans des capsides protéiques pour devenir un virus parasite. Selon celle de la réduction, le virus est dérivé de la cellule par miniaturisation progressive, du fait de la concurrence entre cellules, jusqu'à devenir si minimaliste qu'il n'a pu survivre qu'en parasitant d'autres cellules.
Une hypothèse, variante de l’évasion, est celle de la «chimère». Elle s’appuie sur les transposons (ou gènes sauteurs). Ces éléments génétiques opportunistes sautent d’une position dans le génome à une autre, d’une cellule à une autre, voire d’une espèce à une autre. Ils utilisent les ressources cellulaires pour se cloner indéfiniment. Ils constituent près de la moitié du génome humain. Les premiers virus seraient des transposons ayant, au hasard de leur pérégrination génomique, emprunté par voisinage des gènes de capside les protégeant lors de la libération dans le milieu extracellulaire.
Le virus géant a été découvert dans des amibes (des eucaryotes unicellulaires) récoltées dans l’eau d’une tour de refroidissement, à Bradford, en Angleterre. Certaines de ces amibes renfermaient une mystérieuse goutte. Elle était assez grosse pour être vue au microscope optique (d’ordinaire, un virus ne se voit qu’au microscope électronique) et ressemblait à une bactérie. Mais les scientifiques n’ont pas pu détecter des gènes bactériens à l’intérieur.
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L’équipe l’a nommée Mimivirus, car de taille mimant celle de bactéries. Mimivirus affichait un diamètre énorme. Il était plus grand que la plus petite des bactéries. Son génome était tout aussi énorme pour un virus : près de 1,2 million de lettres (ou paires de bases), contre 13 000 pour un virus de la grippe, par exemple.
La découverte de Mimivirus a causé beaucoup de problèmes, car le séquençage de son génome a révélé quatre gènes très inattendus. Des gènes qui codent des enzymes présumées être uniquement cellulaires et jamais vues auparavant dans un virus. Ces enzymes font partie des composants qui traduisent le code génétique pour assembler les acides aminés en protéines.
Peu après, des virus géants similaires ont été découverts dans la mer des Sargasses. Mimivirus est devenu le nom d’un genre, fort de nombreuses espèces.
L’équipe d’Aix-Marseille a alors découvert deux autres mastodontes - tous deux parasites d’amibes -, l’un dans des sédiments peu profonds, au large du Chili, l’autre dans un étang australien. Jusqu’à deux fois plus gros que Mimivirus, encore plus singuliers, ils ont été classés dans un genre distinct, Pandoravirus.
L’équipe marseillaise a alors proposé une variante audacieuse de l’hypothèse de la réduction : les virus sont peut-être issus de la réduction de cellules très anciennes, disparues depuis. Et ces «protocellules ancestrales» étaient peut-être différentes de l’ancêtre commun à toutes les cellules connues aujourd’hui - et en concurrence avec lui.
Les définitions précédentes d’un «virus» étaient inadéquates, a suggéré Patrick Forterre, de l’Institut Pasteur, à Paris. En effet, les scientifiques confondaient les particules virales (les éléments de génome protégés dans leur capside et appelés «virions») avec la totalité d'un virus.
Forterre a appelé cette entité combinée une «virocellule». Ce concept court-circuite les débats sur la nature vivante ou non vivante des virus. Un virus est vivant dès lors qu’il s’agit d’une virocellule, et peu importe que ses virions soient inanimés.
Lors du processus, souligne Forterre, «de nouveaux gènes peuvent apparaître dans un génome viral. Et c’est un point majeur pour moi.» Les virus innovent. Mais les cellules réagissent avec leurs propres innovations défensives, telles que la paroi cellulaire ou le noyau. Cette course aux armements conduit vers une complexité croissante.
Forterre, Claverie, Gustavo Caetano-Anollés, de l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign, et d’autres défendent une conception plus radicale : les virus seraient les principaux instigateurs de la diversité génétique.
Selon cette théorie, au fil de milliards d’années, les virus ont enrichi les possibilités d’évolution des créatures cellulaires en déposant du matériel génétique nouveau dans les génomes de ces dernières. Cet étrange processus est une version du phénomène appelé «transfert horizontal des gènes», où les gènes se déplacent à travers les frontières des différentes lignées (le transfert vertical des gènes, des parents à leur progéniture, étant la forme d’héritage la plus connue).
Le rôle des bactéries endosymbiotiques dans le développement
Les bactéries endosymbiotiques, qui vivent à l'intérieur des cellules de leur hôte, jouent un rôle important dans diverses fonctions physiologiques, telles que la nutrition, le développement et l'immunité. Par exemple, la fixation de l'azote atmosphérique chez les Fabacées, la digestion de la cellulose chez les ruminants et la protection immunitaire chez l'être humain sont des exemples de l'influence des bactéries endosymbiotiques.
La bactérie Wolbachia sp. a été décrite pour la première fois en 1924, puis répertoriée en tant que nouvelle espèce en 1936 chez le Moustique commun (Culex pipiens). Retrouvées au sein des gonades de leurs hôtes, les bactéries Wolbachia sont premièrement associées à la mort des cellules infectées. Plus tardivement dans les années 70, des travaux ont montré un effet de Wolbachia sur la reproduction de son hôte : les femelles moustiques infectées ne peuvent se reproduire qu’avec des mâles également infectés !
Chez les animaux, le déterminisme du sexe est un processus développemental gouvernant la différenciation sexuelle des individus en mâles ou en femelles. Il s’effectue généralement par l’intermédiaire de facteurs chromosomiques, communément portés par des chromosomes sexuels. Chez certaines espèces, le déterminisme du sexe peut être impacté par des micro-organismes endosymbiotiques héritables : on parle alors de déterminisme cytoplasmique du sexe.
Le Cloporte Armadillidium vulgare possède un système hétérogamétique femelle avec des femelles ZW et des mâles ZZ. Par ailleurs, de nombreuses femelles produisent une descendance majoritairement féminine en raison des Wolbachia héritées de la mère. Ce déséquilibre du sex-ratio réside également dans la féminisation des mâles génétiques en femelles phénotypiques.
Il est toutefois intéressant de noter qu’un autre facteur de détermination du sexe existe chez cette espèce. En effet, certaines lignées dépourvues de Wolbachia produisent une descendance majoritairement féminine. Les femelles de ces lignées sont des mâles génétiques ZZ convertis en femelles par un agent féminisant inconnu appelé « élément f ». En 1984, Legrand et Juchault émettaient l'hypothèse que l'élément f pourrait être un fragment du génome de Wolbachia, porteur d'informations de féminisation, ayant été intégré au génome nucléaire d'A. vulgare.
De nos jours, des travaux démontrent que l’élément f est un fragment important du génome de Wolbachia transféré horizontalement vers le génome nucléaire du Cloporte. Bien que l'élément f ne soit pas intégré dans le chromosome sexuel W natif, le lien entre les sexes féminins et l'hémizygotie, ainsi que l'effet féminisant connu chez l'ancêtre cytoplasmique de Wolbachia, soutiennent fortement l'idée selon laquelle l'élément f agit comme un inducteur du sexe féminin dans les lignées porteuses de l’élément f.
Wolbachia induit de nombreux changements phénotypiques chez des Arthropodes adultes matures, suggérant ainsi que cette bactérie est capable d'influencer la différenciation cellulaire chez son hôte. Une telle dédifférenciation est probablement à relier au mode de transmission de la bactérie mutualiste : chez de nombreux Arthropodes, Wolbachia est héritée verticalement et est présent tout au long du développement de son hôte, par opposition à d’autres bactéries transmises horizontalement chez un hôte adulte entièrement différencié.
Souvent présent dans les cellules souches germinales de son hôte, Wolbachia est capable de maintenir cette lignée cellulaire. Chez les femelles homozygotes D. melanogaster ne possédant pas Wolbachia, des mutations dans les gènes de maintien des cellules souches germinales provoquent une stérilité et entraînent la formation de tumeurs au sein des ovaires. En revanche, une même mutation est sans conséquence pour les femelles portant Wolbachia. En effet, Wolbachia participe au maintien de ces cellules souches en garantissant leur caractère indifférencié.
Les espèces de Guêpes du genre Asobara en sont un exemple. L’ovogenèse d’Asobara tabida est assurée par la présence de Wolbachia. En effet, ces Guêpes sont incapables de se reproduire lorsqu'elles sont dépourvues de Wolbachia.
Bien que Wolbachia puisse altérer positivement la reproduction en augmentant le succès reproducteur de son hôte concomitamment à son succès de transmission verticale, cet endosymbiote provoque paradoxalement une infertilité chez le Moustique femelle. En effet, il a été montré que Wolbachia agissait en convertissant des femelles fertiles en femelles stériles sans pour autant engendrer une transition de sexe.
Une partie des effets évoqués précédemment peuvent être expliqués par la présence de bactéries Wolbachia au niveau des cellules germinales de l’hôte. Cependant, un examen attentif d’un individu infecté montre la présence de celles-ci au sein de cellules somatiques : glandes salivaires, muscles, tube digestif ou encore cerveau.
Les Drosophiles mâles infectées ont plus de rapports sexuels comparées à celles non associés à des bactéries. Par ailleurs, les femelles infectées, copulant avec un mâle aussi infecté, ont par la suite tendance à ne plus le côtoyer.
Dans le cas des Drosophiles, des variations de la composition en hydrocarbures à la surface de la cuticule influencerait le choix du partenaire. De plus, la quantité de phéromones produites est réduite par rapport à d’autres Drosophiles non infectées, modifiant alors le profil olfactif des individus.
Brevets et recherche sur l'embryon humain
Le développement des biotechnologies et les récents travaux menés sur le génome humain soulèvent la question de la clarification et de la définition de l’action humaine sur les entités vivantes. L’action humaine met en œuvre des savoirs et des pratiques qui s’appuient sur les structures et les processus naturels, elle imite ceux-ci mais elle les transforme également de manière inédite.
Le brevet est un monopole accordé pour un certain laps de temps (20 ans) à un inventeur et qui lui octroie l’exclusivité de la commercialisation de son produit. Selon le Code de la propriété intellectuelle (Art. L.611-10) et la Convention sur le brevet européen (Art. 52-57), un produit est brevetable s’il s’agit d’une invention ayant un caractère de nouveauté résultant d’une activité inventive susceptible d’application industrielle.
Les premiers brevets portaient sur des procédés et des produits mécaniques ou chimiques mais pas sur ce qu’on appelaient alors « les produits de la nature », les organismes et leurs composés. La raison invoquée nous intéresse au premier chef : la matière vivante est le résultat de l’action propre de la nature et non principalement celle de l’inventivité humaine.
La découverte suppose une activité préalable, celle qui est nécessaire pour faire apparaître la chose qui sera découverte, pour la dégager physiquement-chimiquement de son environnement. La purification est au cœur des brevets que Louis Pasteur obtient entre 1857 et 1873 sur des procédés de fermentation ou de conservation des aliments.
En 1972, la question du statut de l’entité vivante soumise à une demande de brevet resurgit avec la polémique autour du brevet du microbiologiste Ananda M.Chakrabarty déposé par la General Electric sur une bactérie génétiquement modifiée susceptible de dégrader le pétrole. L’enjeu est ici d’obtenir un brevet non seulement sur le procédé de production de la bactérie et le matériau la supportant mais surtout sur la bactérie elle-même.
Cette bactérie est un produit artificiel et donc brevetable parce qu’elle a été isolée de son milieu naturel et qu’elle a été génétiquement manipulée en laboratoire. De nombreux brevets ont ainsi été déposés sur des micro-organismes purifiés ou modifiés ou sur des animaux génétiquement modifiés.
Un exemple de cette évolution est donné par l’Article 5 de la directive 98/44/CE du Parlement européen et du Conseil en date du 6 juillet 1998 relative à la protection juridique des inventions biotechnologiques. La distinction entre la découverte et l’invention ou encore entre ce qui peut être breveté et ce qui ne peut pas l’être, repose sur les critères d’isolement et de production par un procédé technique. Ce n’est plus la création ou la modification par intervention génétique qui servent de critères pour définir l’invention mais bien le simple fait d’isoler une entité vivante de son environnement naturel sans modifier pour autant ses caractéristiques et sa structure.
Dans son Avis n° 64 du 8 juin 2002, le Comité consultatif national d’éthique français critique le critère de la production par un procédé technique avancé par la Directive européenne.
Le second commentaire touche au statut et au sens de ce qu’on appelle « un élément » du corps humain, comme un gène ou une partie de sa séquence. L’ADN renvoie à la fois à une très grande généralité par ses constituants chimiques et à une très forte particularité par sa détermination des caractéristiques d’une espèce ou d’un individu.
Ainsi, la Déclaration universelle sur le génome humain et les droits de l’homme de l’UNESCO datée du 11 novembre 1997 stipule, dans son article premier, que « le génome humain sous-tend l’unité fondamentale de tous les membres de la famille humaine, ainsi que la reconnaissance de leur dignité et de leur diversité ». Chaque être humain doit pouvoir disposer de ce type de connaissance. Celle-ci ne peut être limitée par un brevet à vocation commerciale et industrielle.
Le brevet est dans ce contexte limité à des procédés innovants issus de la connaissance des gènes ou par exemple, sur « un gène cloné bien caractérisé pour produire une protéine recombinante d’efficacité biologique démontrée ».
Cellules souches et recherche embryonnaire
Les cellules souches sont des cellules indifférenciées qui ont la capacité se développer apparemment de manière illimitée en culture et de produire des cellules d’un ou de plusieurs types spécifiques. Certaines cellules souches sont dites pluripotentes, ce qui signifie qu’elles sont capables de se différencier en tous types de cellules ; d’autres sont dites multipotentes, ce qui signifie qu’elles ne peuvent se différencier qu’en certains types de cellules.
Les cellules souches peuvent être obtenues à partir de trois sources principales : à partir d’organes et d’organismes déjà nés ; à partir d’un transfert nucléaire de cellules somatiques ou encore à partir d’embryons. C’est cette dernière source qui nous retiendra plus particulièrement.
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