Blog CRISPR peut-il faire la différence ? Comment les «ciseaux génétiques» redéfinissent l’édition du génome au service de la sécurité alimentaire
Nombre d’entre nous ont déjà mangé par inadvertance une amande amère : une expérience désagréable qui constitue aujourd’hui l’exception plutôt que la règle. Il y a des milliers d’années, une « mutation génétique spontanée » a « désactivé » la production d’amygdaline par l’amandier, ce composé libérant du cyanure présent dans les amandes amères.
Cette « activation » ou « désactivation » de voies génétiques existe depuis toujours dans le cadre de l’évolution naturelle. Ces mutations naturelles ont conduit à de nombreuses améliorations, notamment des variétés de blé et de riz plus résilientes, dotées de tiges plus robustes. Avec le temps, ces variétés plus productives et plus appréciées pour leurs qualités gustatives se sont largement diffusées.
Mais que se passerait-il si ce « bouton » du génome des plantes pouvait être activé ou désactivé de manière intentionnelle, en ciblant des gènes qui déterminent la productivité, la valeur nutritionnelle, la résistance aux maladies et d’autres facteurs clés de la sécurité alimentaire ? C’est précisément la promesse de la technologie d’édition génomique CRISPR. Contrairement aux organismes génétiquement modifiés transgéniques (OGM), pour lesquels du matériel génétique provenant d’une autre variété ou d’une autre espèce est introduit dans l’ADN, la technologie CRISPR permet aux chercheur.e.s d’utiliser un fragment d’ADN issu de la même espèce et, sous microscope, d’activer ou, le plus souvent, de désactiver des voies génétiques déjà existantes. Il s’agit ainsi d’une modification précise et ciblée des caractéristiques d’une culture.
CRISPR, souvent qualifiée de « ciseaux génétiques », a été découverte en 2012 et s’est imposée comme la technologie d’édition génomique la plus rapide et la plus précise au monde, ce qui a valu à ses conceptrices le prix Nobel de chimie en 2020. Depuis, son potentiel pour contribuer à la sécurité alimentaire mondiale suscite un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique. À ce jour, la technologie CRISPR a démontré sa capacité à doubler la productivité du riz, à désactiver l’absorption de métaux lourds toxiques et fait l’objet de recherches visant à accroître la densité nutritionnelle des cultures, à lutter contre les maladies végétales et à favoriser l’adaptation à des conditions climatiques plus difficiles.
Un producteur de cacao en Colombie inspecte ses cultures. Crédit : CIAT/Neil Palmer
Paul Chavarriaga, responsable du programme d’édition génomique de l’Alliance, analyse des échantillons en laboratoire. Crédit photo : E. Ramirez
Sauver le chocolat : activer l’interrupteur génétique pour un cacao sûr
À l'insu de nombreux amateurs de chocolat, le cacao - l'ingrédient de base - est confronté à un défi qui menace la sécurité alimentaire et les moyens de subsistance : L'absorption du cadmium présent dans le sol. Le cadmium est un métal lourd absorbé par les racines des plantes, associé à un risque accru de cancer, à un dysfonctionnement des reins et même à des dommages musculo-squelettiques. Ces dernières années, les engrais chimiques, les déchets industriels et même les catastrophes naturelles ont augmenté la densité de cadmium dans les sols, et l'absorption par les cultures présente un risque pour la santé publique. Plutôt que d'attendre une évolution spontanée incertaine du cacao résistant au cadmium pour protéger la santé des consommateurs et les moyens de subsistance des cultivateurs de cacao - dont beaucoup de produits sont bloqués par le règlement de 2019 de l'UE sur la teneur en cadmium - les chercheurs de l'Alliance identifient le génome de l'ADN des cultures de cacao responsable de l'absorption des minéraux, prêts à "éteindre" ce gène pour réduire l'absorption du cadmium à des niveaux sûrs pour la consommation humaine.
Un chercheur surveille la croissance d'une variété de riz améliorée à haut rendement. Crédit : CIAT/Neil Palmer
Doubler la production de la culture la plus consommée au monde
Dans une étape importante vers l'augmentation de la production alimentaire, les scientifiques de l'Alliance ont découvert qu'en "supprimant deux nucléotides dans le gène gn1a du cultivar de riz Llanura 11", le nombre de grains de riz cultivés par plante a augmenté de manière significative, doublant potentiellement le rendement total du riz cultivé sur la même surface. À une époque où les disponibilités alimentaires doivent augmenter pour nourrir une population mondiale croissante, cette percée indique que l'adoption de cultures modifiées par CRISPR pourrait être essentielle pour atteindre les objectifs mondiaux visant à éliminer la faim.
Diverses variétés de fourrages tropicaux conservées à la banque de gènes de l’Alliance à Cali, en Colombie. Crédit photo : CIAT/Neil Palmer
Quantité et qualité des aliments
La "sécurité alimentaire" va au-delà de la disponibilité abondante d'aliments et englobe l'accès des consommateurs à "des aliments sains et nutritifs qui répondent à leurs besoins et préférences alimentaires pour une vie active et saine", ce qui signifie que l'augmentation de la disponibilité d'aliments de base tels que le riz n'est qu'une des pièces du puzzle de la sécurité alimentaire mondiale. De nombreuses personnes souffrent de carences en micronutriments bien qu'elles consomment suffisamment de calories, ce que l'on appelle la "faim cachée". Là aussi, CRISPR pourrait jouer un rôle, car des recherches préliminaires ont identifié des voies génétiques qui pourraient accroître la teneur en vitamine A du riz, augmenter les antioxydants des tomates et même modifier la composition de l'amidon pour obtenir des glucides plus sains, ce qui permettrait à CRISPR de contribuer à des aspects plus larges de la sécurité alimentaire, y compris la qualité des aliments.
Un chercheur de l’Alliance effectue un test de sécurité sur des cultures modifiées. Crédit photo : CIAT/Neil Palmer
Des boîtes de Petri contenant des échantillons de variétés de manioc améliorées et résistantes aux maladies. Crédit photo : CIAT/Trong Chinh
Défis post-récolte : Aligner les avancées, les consommateurs et la réglementation
Malgré le potentiel avéré des cultures modifiées par CRISPR pour améliorer la productivité agricole et la santé humaine, la plupart des cultures modifiées par CRISPR sont encore loin d'atteindre les champs des agriculteurs et les assiettes des consommateurs, avec des obstacles tels que l'hésitation des consommateurs et une réglementation stricte..
En ce qui concerne l'intérêt des consommateurs, bien que l'édition de gènes CRISPR et la modification génétique soient des processus différents (l'édition de gènes étant l'accélération de l'amélioration des cultures par l'activation ou la désactivation de caractères existants, et la modification génétique étant l'insertion d'ADN étranger dans un organisme), la controverse passée liée au brevetage des OGM et leurs impacts inconnus sur la santé humaine et environnementale rendent le concept d'édition de gènes peu attrayant pour de nombreux consommateurs. Cependant, des études récentes montrent que lorsque les consommateurs sont informés de la différence entre ces deux processus, la "naturalité perçue" et la "nouveauté" de l'édition de gènes CRISPR augmentent l'acceptation des consommateurs. Ces résultats suggèrent que lorsqu'on leur fournit des informations distinguant les différents types d'"amélioration des cultures" et les contributions précieuses de ces nouvelles variétés à la sécurité alimentaire, les consommateurs sont plus réceptifs. Interrogé sur ses aspirations en tant que leader de la technologie CRISPR, Paul Chavarriaga - responsable de la plateforme d'édition génétique de l'Alliance - a souligné la nécessité de créer des campagnes mondiales de sensibilisation du public, afin d'obtenir le soutien du public pour les cultures modifiées par CRISPR afin de fournir une alimentation suffisante et sûre pour tous.
Un chercheur de l'Alliance tient une boîte de Petri avec des graines de riz en germination dans le cadre d'une étude visant à développer des variétés résistantes aux maladies. Crédit : CIAT/Neil Palmer
Les chercheurs de l'Alliance analysent les résultats du laboratoire. Crédit : CIAT/Neil Palmer
Un autre défi pour la commercialisation des cultures modifiées par CRISPR est l'autorisation légale de cultiver ces variétés. Bien que Les cultures d'OGM sont largement produites dans le monde - produites sur une superficie estimée à 209 millions d'hectares ; les États-Unis, le Brésil et l'Argentine étant les principaux pays ; et le soja, le maïs et le coton étant les principales cultures - très peu de cultures modifiées par CRISPR sont disponibles dans le commerce, et comme CRISPR est une technologie plus récente, il existe encore un l'absence de critères convenus pour son approbation par les régulateurs. Paul Chavarriaga a expliqué que si plusieurs pays d'Amérique latine ont déjà classé les variétés modifiées par le CRISPR comme des cultures conventionnelles (notamment des variétés de riz, de maïs et de bananes), d'autres pays et autorités de réglementation (comme la Commission européenne) classent les cultures modifiées par le CRISPR comme des OGM, ce qui signifie que leur approbation est bloquée par des processus d'autorisation longs et coûteux. Pourtant, de nombreux scientifiques et associations industrielles se sont inquiétés du manque de distinction entre les OGM et les cultures modifiées par CRISPR, et en 2023, la Commission européenne a proposé un règlement pour les "plantes obtenues par certaines nouvelles techniques génomiques", qui, s'il est approuvé, augmenterait les chances de commercialiser les cultures modifiées par CRISPR.
Une rizicultrice bolivienne observe sa récolte. Crédit : CIAT/Neil Palmer
De l'évolution des cultures à leur amélioration ciblée : Tenir la promesse des "ciseaux génétiques" de CRISPR
Comme le montre la saveur douce et crémeuse des amandes commerciales actuelles, les mutations génétiques ont toujours été le moteur de l'évolution naturelle de l'agriculture. Aujourd'hui, face à l'insécurité alimentaire croissante, au changement climatique et à la dégradation de l'environnement, il est nécessaire d'agir pour créer des systèmes de production plus productifs et plus résistants, et la précision inégalée de CRISPR dans l'amélioration de la productivité, de la sécurité et de la nutrition des cultures en fait un outil clé pour aligner la transformation des systèmes alimentaires sur les besoins environnementaux et humains. Bien qu'il reste des défis à relever en ce qui concerne la préparation des consommateurs et les cadres réglementaires, à mesure que le rôle de la technologie s'accroît dans tous les domaines de la vie moderne, l'édition de gènes à l'aide des "ciseaux génétiques" de CRISPR pourrait encore jouer un rôle important dans la réalisation de l'objectif mondial de la faim zéro, en redéfinissant les systèmes alimentaires de l'avenir.
