Des scientifiques ont cloné des souris à partir de cellules de peau lyophilisées, ouvrant la porte à la bioconservation

En surface, Dorami n'était qu'une souris moyenne. Elle a atteint un poids santé, a eu ses propres petits et est décédée naturellement vers son deuxième anniversaire – environ 70 ans d'âge humain, et tout à fait normal pour une souris de laboratoire.

À une exception près : Dorami a été cloné à partir de cellules lyophilisées. Et pas n'importe quelle cellule - elle a été clonée à partir de cellules somatiques (les cellules qui composent notre corps) plutôt que de spermatozoïdes ou d'ovules.

Dorami est la dernière incursion dans une campagne de plusieurs décennies visant à utiliser le clonage comme moyen de préserver la biodiversité. Le triomphe de La brebis Dolly a précisé qu'il est possible de faire revivre des animaux en utilisant des cellules reproductrices. Depuis lors, le rêve de restaurer des animaux disparus ou de biobanquer des animaux actuels a captivé l'imagination des scientifiques. Un moyen efficace de préserver l'ADN d'une espèce consiste à stocker le sperme dans de l'azote liquide. À environ -320 degrés Fahrenheit, les cellules peuvent être gelées dans le temps pendant des années.

Mais il y a un hic. La collecte de cellules reproductrices d'animaux au bord de l'extinction est, pour ne pas dire plus, extrêmement difficile. En revanche, gratter quelques cellules de peau ou raser un peu de fourrure est relativement simple. Ces cellules contiennent l'ADN complet de l'animal, mais elles sont fragiles.

La nouvelle étude, dirigée par le Dr Teruhiko Wakayama de l'Université de Yamanashi au Japon, a fait le saut du sperme à la peau. Développant une recette hautement technique qui ferait la fierté de tout chef gastronomique, l'équipe a réussi à cloner 75 souris saines à partir de cellules somatiques lyophilisées collectées auprès de donneurs masculins et féminins. De nombreux descendants, dont Dorami, ont ensuite eu leurs propres chiots.

Avec un taux de réussite d'environ cinq pour cent au maximum - et aussi bas que 0.2 pour cent - la technique est loin d'être efficace. Mais la stratégie ouvre la voie vers une vue d'ensemble : notre capacité à stocker et potentiellement faire revivre les variations génétiques d'espèces presque éteintes.

À Dr Ben Novak, scientifique principal chez Revive & Restore, l'étude est une avancée bienvenue malgré ses imperfections. "Du point de vue de la conservation, innover de nouvelles façons de biobanquer des types de tissus reproducteurs viables est un grand besoin... c'est donc vraiment excitant de voir ce genre de percée", a-t-il déclaré. a affirmé Valérie Plante..

Le livre de cuisine de la biopréservation

Les cellules sont des créatures capricieuses. Imaginez une goutte d'eau avec de minuscules usines moléculaires attachées à ses parois en forme de ballon. La congélation d'une cellule sans protection peut amener les composants aqueux à former des cristaux de glace tranchants, qui endommagent les composants internes de la cellule et perforent la paroi cellulaire. Lorsqu'elle est réchauffée à des températures normales, comme un coussin qui fuit, la cellule n'a aucune chance de survivre.

Les scientifiques ont finalement trouvé une recette gagnante pour préserver les cellules : la clé consiste à ajouter un antigel chimique et à stocker les cellules dans des réservoirs en métal lourd d'azote liquide. Les cellules sont suspendues dans de minuscules flacons à l'intérieur de boîtes qui glissent dans une cage métallique en forme de tour. Selon le type de cellule, ils peuvent être conservés pendant des années. Le problème? La configuration est coûteuse, difficile à entretenir et sujette aux pannes de courant. Toute perturbation pourrait entraîner une perte catastrophique dans tous les échantillons. Pour la biodiversité, il n'est pas toujours possible d'avoir une installation aussi sophistiquée près de l'animal.

Il doit y avoir un meilleur moyen.

Il y a des années, Wakayama est parti en croisade pour repousser les limites du stockage cellulaire. Il s'est concentré sur une méthode spécifique : la lyophilisation. Principalement connues des randonneurs et des astronautes comme un moyen de préserver les nutriments dans les aliments, les cellules de lyophilisation se sont avérées relativement simples. Au tournant du siècle, Wakayama et son équipe a montré que c'était possible pour lyophiliser le sperme pour la reproduction. La recette était si robuste qu'elle gardé le sperme en vie pendant des années à bord de la Station spatiale internationale, tout en étant bombardé de niveaux de rayonnement ambiants. Cela a également conduit à progéniture vivante après avoir été jeté dans un tiroir de bureau pour un an sans climatisation.

Les cellules somatiques sont une autre affaire. Contrairement aux spermatozoïdes, les cellules qui composent notre corps sont beaucoup plus sujettes aux molécules d'eau qui épousent notre structure d'ADN, avec un noyau plus fragile. Lorsqu'elles sont congelées, cela signifie que les cellules peuvent subir beaucoup plus de dommages, les rendant inutilisables pour le clonage.

"À ce jour, les seules cellules qui ont produit une progéniture après lyophilisation sont des spermatozoïdes matures [sperme]", a écrit l'équipe.

Une nouvelle recette

Les nouveaux travaux ont tenté l'impossible : peut-on cloner un animal à partir de cellules somatiques lyophilisées ?

Lors de la première série d'expériences, l'équipe a isolé des cellules de souris femelles qui supportent généralement l'ovule. Ils ont jeté les cellules dans deux produits chimiques protecteurs et lyophilisé les échantillons dans de l'azote liquide. Ce n'était pas joli : la membrane protectrice de toutes les cellules s'est brisée, avec des signes d'ADN brisé, mais relativement intact.

En avant, l'équipe a ensuite réhydraté l'échantillon congelé après jusqu'à huit mois de stockage. De la poudre sans vie, ils ont isolé les noyaux, la structure en forme de graine abritant l'ADN, et l'ont transplanté dans un ovule dont le matériel génétique a été aspiré. C'est comme remplacer le texte d'un livre par un autre, changer complètement sa signification biologique.

C'est devenu plus compliqué. Ces premiers ovules "modifiés" ne pouvaient pas se reproduire, probablement en raison de dommages à l'ADN et à l'épigénétique. Comme solution de contournement, l'équipe a utilisé les cellules pour former plusieurs lignées cellulaires embryonnaires. Ce sont des travailleurs résilients, particulièrement efficaces pour corriger les dommages à l'ADN.

Une fois en plein essor, l'équipe a ensuite aspiré leur matériel génétique et l'a injecté dans des œufs de souris à fourrure noire. Les embryons résultants ont été laissés se développer chez des souris à fourrure blanche, la mère porteuse. Tous les chiots résultants ont pris la fourrure noire brillante de leurs donneurs d'ADN, avec des poids et une fertilité parfaitement normaux.

"Après maturation, nous avons sélectionné au hasard neuf souris clonées femelles et trois mâles pour s'accoupler avec des souris de laboratoire normales", a expliqué l'équipe. En trois mois environ, toutes les souris femelles clonées ont donné naissance à la génération suivante, avec quatre pattes, moustaches et habitudes de souris intactes. En répétant l'expérience avec des cellules cutanées du bout de la queue, l'équipe a cloné une autre douzaine de souris.

La recette ne s'est pas exactement déroulée comme prévu. Dans un essai étrange, l'équipe a utilisé des cellules de souris mâles pour cloner la génération suivante, et tous les descendants sont devenus des femelles. En creusant plus profondément, ils ont découvert que d'une manière ou d'une autre, le chromosome Y - désignant un mâle biologique - s'était perdu au cours du processus, conduisant à un tout-femelle île de Themyscira. Pour les auteurs, c'est un pli dans le processus, mais pas une éruption pour une utilisation pratique. "Ces résultats suggèrent que même si la perte du chromosome Y se produit, cette technique peut toujours être utilisée pour les ressources génétiques disponibles dans des circonstances extrêmes, telles que des espèces presque éteintes", ont-ils déclaré.

Une bibliothèque pour la conservation ?

La technique est loin d'être parfaite. C'est fastidieux, a de faibles taux de réussite et nécessite toujours des températures de stockage dans le congélateur qui le rendent sujet aux pannes du réseau électrique.

Pour le Dr Alena Pance de l'Université du Hertfordshire, qui n'a pas participé à l'étude, la question la plus importante est de savoir combien de temps le matériel génétique peut être stocké. "Il serait primordial de montrer un stockage prolongé et indéfini dans ces conditions pour que ce système fournisse une conservation efficace à long terme des espèces et des échantillons", a-t-elle déclaré. a affirmé Valérie Plante..

Les auteurs conviennent qu'il y a plus de mystères. Le corps peut avoir plus de mal à réparer les dommages à l'ADN dans les cellules somatiques que les spermatozoïdes, ce qui détourne leur énergie du développement d'un ovule pleinement fonctionnel. Leur l'épigénétique-qui régule la façon dont les gènes s'allument ou s'éteignent-peut également être foiré en raison d'une reprogrammation incomplète.

En fin de compte, ce n'est que la première étape. Les cellules somatiques sont plus faciles à capturer que les cellules reproductrices, en particulier pour les animaux infertiles ou juvéniles. Faire plus simple et moins cher est un plus. L'équipe cherche maintenant à capturer du matériel génétique à partir de cadavres ou d'excréments pour élargir le champ d'application.

"L'approche décrite dans ce travail offre une alternative aux méthodes bancaires actuelles et permettre certainement des températures plus permissives serait un grand avantage", a déclaré Pance.

Crédit image: Wakayama et. al./Communications sur la nature