L'invention de l'extinction

Le paludisme tue un demi-million de personnes chaque année, principalement des enfants en Afrique tropicale. Le prix à payer pour éradiquer la maladie est estimé à plus de 100 milliards de dollars sur 15 ans. Pour ce faire, vous auriez besoin de moustiquaires pour tout le monde, de dizaines de milliers de caisses de médicaments antipaludiques et de millions de gallons d'insecticides. Mais il faudrait plus que des trucs. Vous auriez besoin de choses que les pays les plus pauvres du monde n'ont pas, comme des gouvernements forts, un pouvoir d'achat et des systèmes de santé publique fonctionnels. Alors le paludisme continue de tuer.

Et si, à la place, vous n'aviez besoin que d'un seau rempli de moustiques ?

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 2016

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J'ai vu une telle invention à l'Imperial College de Londres. Un étudiant m'a conduit à travers une porte en acier, sous une puissante rafale d'air, et dans une pièce humide chauffée à 83 ° F. Derrière des vitres, des moustiques s'accrochaient aux parois de petites cages recouvertes de filets blancs. Un panneau d'avertissement indiquait : CETTE CABINE ACCUEILLE DES MOUSTIQUES GENE DRIVE GM. Il a poursuivi en avertissant que l'ADN des insectes contient un élément génétique qui a la capacité de se propager à un rythme disproportionnellement élevé.

Un forçage génétique est un gène artificiel égoïste capable de s'imposer à 99% de la progéniture d'un organisme au lieu de la moitié habituelle. Et parce que ce gène particulier rend les moustiques femelles stériles, en environ 11 générations, soit en un an environ, sa propagation condamnerait toute population de moustiques. Si elle était diffusée sur le terrain, la technologie pourrait entraîner l'extinction des moustiques porteurs du paludisme et, éventuellement, arrêter la transmission de la maladie.

Anopheles gambiae les moustiques. L'espèce propage le paludisme en Afrique.

Les moustiques que j'ai vus ont été créés dans le cadre de Target Malaria, un projet dirigé par l'Imperial College qui s'est tranquillement étendu pour impliquer 16 institutions et comprend des équipes en Italie et dans trois pays africains, le Mali, le Burkina Faso et l'Ouganda, où des installations sécurisées contre les moustiques sont actuellement en place. être équipé. Son travail est financé par la fondation pour la santé du milliardaire Microsoft Bill Gates, à Seattle. Un responsable là-bas a déclaré que la fondation considérait désormais les forçages génétiques comme nécessaires pour mettre fin au paludisme et prévoyait que la technologie serait prête des années avant un vaccin efficace. Selon un plan d'affaires élaboré pour la Fondation Gates, les moustiques qui s'autodétruisent pourraient être libérés en 2029.

Le plan est de disperser Anopheles gambiae moustiques hébergeant des gènes égoïstes à travers l'Afrique subsaharienne. Le forçage génétique pourrait se propager sur une vaste bande de territoire, provoquant la disparition des moustiques et bloquant la transmission du parasite responsable du paludisme. Le paludisme est un problème de pauvreté, d'instabilité et de manque de volonté politique, explique Andrea Crisanti, le parasitologue et ingénieur génétique italien qui a développé les insectes à l'Imperial College. Nous demandons la volonté de faire ce que nous ne pouvons pas faire politiquement ou économiquement.

En plus d'aider à lutter contre le paludisme, les défenseurs de l'environnement pensent que la technologie du forçage génétique pourrait sauver les oiseaux indigènes en voie de disparition d'Hawaï (du paludisme aviaire) ou peut-être débarrasser l'Australie des crapauds envahissants et destructeurs qui ont sauté vers l'ouest à travers le continent. Pourquoi ne pas éliminer également Aedes aegypti , le moustique qui propage la dengue et le Zika dans les Amériques ?

Est-ce qu'un pays, une agence ou un individu a le droit de changer la nature d'une manière qui pourrait affecter tout le monde ?

La technologie crée des risques que la société n'a jamais eu à prendre en compte auparavant. L'élimination des moustiques bouleverserait-elle les écosystèmes ? Risque-t-on une épidémie génétique si l'ADN égoïste franchit la barrière des espèces pour affecter d'autres insectes ? Le plus déroutant : quel pays, agence ou individu a le droit de changer la nature d'une manière qui pourrait affecter le monde entier ? C'est pourquoi je déteste le problème du paludisme, déclare Kevin Esvelt, un biologiste du MIT qui a mis en garde contre les dilemmes sans précédent que créeront les forçages génétiques. Cela rend la technologie si tentante à utiliser.

Ces questions appellent des réponses rapidement. Il y a seulement 12 mois, la technologie du forçage génétique était encore une théorie prometteuse. Pas plus. Des progrès techniques rapides se produisent grâce à CRISPR, une nouvelle technique d'édition de gènes. Au laboratoire d'Imperial, j'ai regardé à travers un microscope un moustique immature, appelé pupe, une créature macabre qui ressemble à un jambon de vacances avec une queue de homard attachée. À l'intérieur de son corps, je pouvais voir des taches fluorescentes ardentes où un gène artificiel égoïste était occupé à se copier. Les transformations susceptibles de modifier l'écosystème avaient été réalisées principalement par un étudiant de 27 ans nommé Andrew Hammond pendant quelques mois de nuits tardives au laboratoire. Il y a tellement de façons sympas de les construire, a exulté Hammond. Il y a tellement de choses faciles à faire.

Et c'est juste le problème. Les responsables aux États-Unis et ailleurs craignent que cela ne soit un peu trop facile. Le FBI étudie si les forçages génétiques pourraient être utilisés à mauvais escient, par exemple, pour créer un fléau de créateurs. Et en mai, l'Académie nationale des sciences des États-Unis devrait publier des recommandations pour réduire les risques écologiques et autres avant tout test sur le terrain. Vingt-sept chercheurs ont écrit à La science avec des avertissements contre la libération accidentelle d'organismes génétiquement modifiés, ce qu'ils craignent de dévaster la confiance du public. D'autres ont dit que la recherche devrait être classée, bien qu'il soit trop tard pour cela.

Espèce méprisée

Sur les 3 500 espèces de moustiques, environ 30 propagent le paludisme, bien que trois sous-types presque indiscernables de Anopheles gambiae font le plus de dégâts en Afrique. La piqûre du moustique femelle propage le parasite plasmodium, qui donne de la fièvre et des frissons en faisant exploser les globules rouges. Ces trois moustiques sont ceux ciblés par Imperial pour l'élimination, dit Crisanti, balançant ses lunettes d'un bout et sautant de sa chaise.

Crisanti reconnaît que la technologie du forçage génétique génère des tensions. La pression montera pour utiliser la technique, étant donné les avantages sanitaires et sociaux que l'éradication du paludisme pourrait apporter. D'autre part, il n'existe pas encore de réglementations ou de procédures convenues pour développer une technologie capable de se propager parmi les organismes sauvages. Le forçage génétique est controversé pour le potentiel d'anéantir une espèce, dit-il. Il devrait donc y avoir un avantage évident.

À l'avant-poste italien de Target Malaria, une femme Anophèle les moustiques prennent un repas de sang. Trois jours plus tard, ils pondront des œufs.

Un forçage génétique ne condamnerait pas nécessairement ces espèces de moustiques à l'extinction. Des poches de moustiques pourraient rester, ou elles pourraient être conservées dans un laboratoire, si quelqu'un voulait les ramener. Mais l'éradication est un résultat possible, dit Crisanti, en particulier si la libération du forçage génétique a coïncidé avec des conditions comme une période de sécheresse ou une vague de froid. Les espèces disparaissent continuellement, bien sûr, mais je me suis demandé : est-il éthique d'éliminer délibérément une partie de la nature ? Demandez-vous d'une manière darwinienne ou d'une manière théologique ? Cristi a répondu. Je pense que c'est une compétition d'espèces entre nous et le moustique. Et je ne pense pas qu'une espèce ait le droit d'exister ou de ne pas exister. Il dit que ce que les espèces ont, c'est la forme physique - elles se sont adaptées pour s'épanouir dans leur niche environnementale. Pour les espèces que nous espérons sauver, nous pourrions utiliser des forçages génétiques pour ajouter des gènes bénéfiques, comme ceux pour la résistance aux maladies. Aux espèces que nous méprisons, nous pouvons ajouter celles qui les rendent impropres à la survie.

Gènes égoïstes

Target Malaria est dirigé par Austin Burt, un théoricien de l'évolution de l'Imperial College dont la spécialité est les éléments génétiques égoïstes. Ce sont des gènes parasites, trouvés dans de nombreuses espèces, qui font des copies supplémentaires d'eux-mêmes. (L'un, appelé l'élément P, a même réussi à se frayer un chemin dans le génome de toutes les mouches des fruits sur Terre au cours du 20e siècle.) Burt s'intéressait à un type particulier de gène égoïste présent dans les moisissures visqueuses, appelé endonucléase. Ceux-ci ouvrent l'ADN à des endroits très précis qu'ils reconnaissent puis, en s'offrant comme modèle de réparation, peuvent inciter une cellule à les copier. Burt a conclu que la simplicité de ce processus le laissait ouvert à l'artifice humain et, dans un article de 2003, il a décrit comment il pourrait être transformé en un dispositif d'extinction.

Le paradoxe que Burt a dû résoudre est de savoir comment quelque chose de très mauvais pour les moustiques pourrait également être propagé par eux. Une réponse, a-t-il vu, était un gène égoïste qui est inoffensif si une copie est présente mais provoque la stérilité si deux copies le sont. (Comme les humains, les moustiques ont deux ensembles de chromosomes, un de chaque parent.) En commençant par un moustique mâle avec une copie, le gène égoïste veillera à ce qu'il se retrouve dans chacun de ses spermatozoïdes, plutôt que dans la moitié seulement. De cette façon, toute progéniture avec un moustique sauvage sera également porteuse, de même que toute la progéniture de leur progéniture. En conséquence, le gène se propagera à travers la population.

Finalement, il devient probable que toute paire de moustiques qui s'accouplent seront tous deux porteurs et que leur progéniture, avec deux copies, sera infertile. Rapidement, la population va s'effondrer, ébranlée par le poison génétique. Sur mon exemplaire écorné de l'article de Burt, j'ai souligné ses phrases finales : De toute évidence, la technologie décrite ici ne doit pas être utilisée à la légère. Etant donné la souffrance causée par certaines espèces, elle n'est évidemment pas non plus à négliger.

Burt est un Canadien à la retraite que j'ai localisé dans un bureau qui était en grande partie vide, à l'exception d'un ordinateur. Il a servi du thé que personne n'a bu et a répondu à plusieurs de mes formulations les plus provocantes sur le pouvoir massif de la biotechnologie en disant, euh, ouais. Il a confié qu'il avait essayé de faire breveter son idée. Mais il a été rejeté parce qu'il avait peu de preuves expérimentales à l'époque pour prouver que cela pouvait fonctionner. Je voulais croire que j'avais inventé quelque chose, dit-il.

À l'époque, le laboratoire de Crisanti venait de déterminer comment modifier génétiquement Anophèle les moustiques – une condition préalable pour que les idées de Burt fonctionnent. Ils ont demandé un financement à la Fondation Gates, et depuis lors, Gates a dépensé 44 millions de dollars pour le projet, de loin la plus grosse somme dépensée à ce jour pour la recherche sur le forçage génétique.

Pourtant, concevoir un gène égoïste qui fonctionnerait comme prévu par les équations sur l'écran de l'ordinateur de Burt s'est avéré difficile. L'équipe de Crisanti a essayé d'adapter des gènes égoïstes à partir de moisissures visqueuses, mais il était difficile de les faire couper des gènes de moustiques très différents. En 2011, l'équipe avait un prototype partiel mais rien capable de se répandre largement dans la nature.

Puis, en mars 2015, deux biologistes des mouches en Californie, Ethan Bier et son étudiant Valentino Gantz, ont annoncé qu'ils avaient créé un gène égoïste qui accomplissait la prophétie de Burt. Il s'est propagé à travers une population de mouches de laboratoire, provoquant un changement génétique qui a rendu les insectes jaunes. Au lieu de lutter contre les moisissures visqueuses, Bier et Gantz avaient utilisé Cas9, la molécule de découpage d'ADN devenue célèbre pour son rôle dans la technologie d'édition de gènes appelée CRISPR. La vertu de Cas9 est qu'il est facilement dirigé pour ouvrir n'importe quelle séquence d'ADN que vous aimez. Ils avaient donc ajouté Cas9 au génome de la mouche des fruits et lui avaient dit où couper.

C'est une compétition d'espèces entre nous et le moustique.

Cela signifiait qu'avec CRISPR, même une équipe de deux personnes pouvait, en théorie, changer une espèce entière. En décembre dernier, le groupe de Crisanti et un autre, dirigé par Bier et l'expert en moustiques Anthony James, avaient tous deux utilisé CRISPR pour construire des forçages génétiques capables de propager des traits à travers les populations de moustiques dans des cages - et probablement aussi dans la nature.

Avec de plus en plus de scientifiques travaillant sur les forçages génétiques, le risque de libération accidentelle est devenu une préoccupation. Si l'un des insectes de Bier s'était échappé dans les vergers de Californie, il aurait pu jaunir toutes les mouches. En août, Burt, Bier et 25 autres personnes ont écrit une lettre à La science convenant de la nécessité de stratégies de confinement strictes pour éviter une fuite génétique et appelant les scientifiques à refuser les demandes de partage des organismes qu'ils ont faites jusqu'à ce qu'une sorte de règles puissent être trouvées.

Le laboratoire de moustiques d'Imperial à Londres n'est certainement pas Fort Knox, avec des étudiants qui vont et viennent. Au lieu de cela, une mesure de sécurité clé est son emplacement loin de la gamme actuelle de Anopheles gambiae . Tous les moustiques qui s'échappent - les étudiants les appellent des aviateurs - seraient probablement assommés par l'air sec et le froid dès qu'ils atteindraient les couloirs du laboratoire. Et même si quelqu'un parvenait d'une manière ou d'une autre à 200 mètres de Queen's Lawn, il ne trouverait aucun autre moustique avec lequel s'accoupler. Les moustiques que j'ai vus à Londres, en tout cas, ne sont pas encore prêts à être relâchés. Ils ne sont pas en très bonne santé - il leur serait difficile de rivaliser et de se reproduire dans la nature. Et dans deux des cages, le forçage génétique, qui s'est propagé rapidement au début, a commencé à disparaître après quelques générations de moustiques. La raison probable est la résistance. Un ou plusieurs des moustiques peuvent avoir développé une immunité à la pulsion, peut-être par une mutation fortuite de l'ADN, et la progéniture de ces moustiques s'est rapidement multipliée.

Nous avons quelques problèmes à résoudre, mais nous avons beaucoup de trucs dans le placard, explique Tony Nolan, le lieutenant scientifique du laboratoire de Crisanti. Une idée est de combiner plusieurs lecteurs, ciblant trois sites d'ADN différents à la fois. Les moustiques pourraient éventuellement développer une résistance aux trois, mais peut-être pas avant qu'ils ne soient tous morts.

Sur un moniteur, une larve de moustique brille d'une trace fluorescente.

Déploiement des troupes

La Fondation Gates a dépensé 36,7 milliards de dollars sur l'éducation, la santé publique et les vaccins depuis sa création en 2000. La fraction dépensée pour les lecteurs de gènes s'enregistre à peine, mais la technique a pris une allure particulière dans la résolution du paludisme, longtemps l'un des principaux objectifs de Gates. Si vous deviez inventer le moyen idéal pour résoudre un problème dans le monde en développement … ce serait un forçage génétique, déclare Fil Randazzo, directeur adjoint de la fondation.

Si cela fonctionne, ce sera incroyablement bon marché, facile à distribuer et égalitaire, profitant à tous, riches ou pauvres. Il continuera également à fonctionner une fois publié, évitant un problème commun : souvent, la partie la plus difficile de l'éradication d'une maladie est la fin de partie, lorsque l'attention s'égare ailleurs et que les dépenses par cas montent en flèche. Dans un scénario que Randazzo m'a décrit, des seaux de moustiques seraient libérés tous les 50 kilomètres environ, déclenchant une réaction en chaîne qui, sur deux ans, traverserait les forêts, les pâturages et les villes intermédiaires. Le nombre de moustiques survivants s'effondrerait, à moins de 1 % des niveaux normaux. Avec l'aide de moustiquaires et de sprays, les piqûres seraient réduites au minimum, brisant le cycle de transmission du paludisme. Une campagne de traitement médicamenteux pourrait alors éliminer le réservoir humain du parasite - dans certains pays d'Afrique de l'Ouest, 25 % de la population est infectée.

La Fondation Gates a déclaré qu'elle ne croyait plus que le paludisme puisse être éliminé sans forçage génétique. Vous ne pouvez pas vous promener avec une moustiquaire sur vous tout le temps. Cela ne va pas éliminer le paludisme, dit Randazzo. Avec un forçage génétique, le changement de comportement humain n'est pas nécessaire.

L'équipe impériale a commencé à construire des modèles mathématiques de géographie, de climat et d'autres facteurs pour comprendre comment un forçage génétique pourrait agir dans le monde réel. Au Burkina Faso, des scientifiques publient Anophèle aspergés de poussière fluorescente afin de les suivre. Burt dit qu'il croit qu'un lecteur pourrait se propager de cinq à 20 kilomètres par an à partir de n'importe quel point de rejet, et que moins de 500 moustiques pourraient déclencher la réaction.

Un employé de laboratoire effectue des tests ADN au Polo d'Innovazione Genomica, à Pérouse, en Italie, qui fait partie d'un réseau de laboratoires financés par Bill Gates qui étudient le forçage génétique.

Certains scientifiques m'ont dit qu'ils croyaient que le projet de lutte contre le paludisme était voué à l'échec. Et si différents moustiques finissaient par transmettre la maladie à la place ? Guy Reeves, biologiste de l'évolution à l'Institut Max Planck en Allemagne, prédit que les insectes résistants seront le principal problème, affirmant qu'ils feront échouer la technologie. Nous ne pouvons pas opter pour la nouveauté brillante à chaque fois, dit Reeves, qui pense que les insectes basés sur les théories de Burt ne se révéleront jamais suffisamment prévisibles pour être utilisés en toute confiance.

En mars dernier, environ 75 experts politiques et scientifiques, dont Burt, ont assisté à un symposium de trois jours à huis clos sur le forçage génétique en Caroline du Nord. Les personnes qui étaient là disent que l'inquiétude était palpable quant à la perspective de changements génétiques qui peuvent se propager largement, à travers les frontières. Esvelt du MIT, qui était présent, a déclaré que le problème avec l'idée du paludisme est qu'elle aura un effet sur tout le monde en Afrique, mais qu'il sera impossible d'amener tout le monde à accepter la technologie. Je pense que Gates a bien l'intention de faire avancer les choses, dit-il. Et la question est, comment pouvez-vous le faire éthiquement ?

Randazzo dit que l'organisation de Gates s'est engagée à remettre la technologie du forçage génétique au peuple africain et à le laisser décider. Les efforts dans ce sens sont bien avancés. À partir de 2012, Target Malaria a commencé à développer des opérations terrestres dans une poignée de pays africains, à former des scientifiques, à réaménager des laboratoires d'insectes et à envoyer des équipes pour informer les communautés locales.

Le plan ressemble à une campagne militaire, avec des exercices, des manœuvres et des charges à blanc. Il comprend l'introduction par étapes de moustiques génétiquement modifiés dépourvus de forçage génétique. Bien que ceux-ci n'aident pas à lutter contre le paludisme, les scientifiques locaux peuvent s'entraîner avec eux et créer une voie réglementaire pour la vraie chose. Une demande d'importation des premiers moustiques génétiquement modifiés d'Afrique est déjà en cours au Burkina Faso.

De petites cages en filet sont utilisées pour contenir les moustiques à des fins d'étude.

Mais les véritables insectes génétiquement modifiés resteront en Europe tant que les pays africains n'auront pas accepté la technologie et ses conséquences. La raison en est que dans un endroit tropical, contrairement à Londres, un accident de laboratoire qui laisse les moustiques s'échapper pourrait avoir des conséquences irréversibles. Nous ne les importerons pas en Afrique tant qu'elles ne seront pas acceptées, car nous ne pensons pas pouvoir garantir à 100% qu'elles seront contenues, déclare Delphine Thizy, la politologue qui gère les équipes d'engagement de Target Malaria.

Les Africains voudront-ils cette technologie ? J'ai parlé à un entomologiste kenyan, Richard Mukabana, qui a travaillé sur la campagne de terrain dans les communautés autour du lac Victoria. À l'aide d'affiches et de schémas, les équipes se sont rendues dans les zones rurales pour expliquer l'idée, souvent à des personnes analphabètes. Un dessin animé utilisé pour transmettre ce qui se passe montre un scientifique blond tenant une cage à moustiques à côté d'un drapeau britannique. L'objectif du travail de fond est d'établir une licence sociale d'exploitation - un type d'accord, dit Mukabana, qui n'est pas écrit ou collé au mur, mais qui devra exister si un forçage génétique doit un jour être publié.

Même la plupart des scientifiques ne savent pas encore ce qu'est un forçage génétique ou comment il fonctionne. Et le décrire aux gens dans le dialecte Luo (la langue que parlait le père du président Obama) est un défi, car la langue manque de mot pour ADN. Mukabana a emprunté des mots à l'anglais et au swahili et a utilisé le sang comme synonyme de gènes.

Mukabana m'a dit que lorsque les gens des communautés où les enfants meurent du paludisme entendent que la maladie peut être éliminée, ils sont pour. Et s'il y a un défenseur des moustiques autour du lac Victoria, il n'en a pas rencontré. Les gens ne se soucieront pas de l'extinction des moustiques, dit-il.

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