CRISPR-Cas9 : L'intelligence artificielle s'implique dans l'édition de gènes

Découvert en 2013, le CRISPR-Cas9 est une nouvelle technique révolutionnaire d'édition génétique.

Qu'il s'agisse d'une solution miracle pour traiter les maladies génétiques ou d'un outil puissant pour augmenter la résistance de l'homme et créer une espèce humaine plus résistante, CRISPR-Cas9 est devenu un merveilleux champ de recherche pour la communauté scientifique. Une qui implique l'IA. Richard Sherwood, professeur adjoint de médecine au Brigham and Women's Hospital de la Harvard Medical School (Boston), a créé InDelphi, un programme informatique faisant appel à l'IA qui permet de prédire les résultats des réparations CRISPR. Nous lui avons parlé.

Richard Sherwood

DirectIndustry e-magazine : Pouvez-vous nous expliquer rapidement le fonctionnement de CRISPR-Cas9 ?

Richard Sherwood : En biologie, CRISPR-Cas9 est un système immunitaire bactérien contre les virus. Les bactéries ont mis au point une façon de reconnaître des séquences d'ADN spécifiques et d'utiliser l'enzyme Cas9, qui est une paire de ciseaux moléculaires, pour hacher cette séquence d'ADN qui va essentiellement tuer le virus. Ce que les chercheurs ont réussi à faire en 20 ans de recherche, c'est de détourner ce système de sorte que maintenant, en guidant l'enzyme Cas9 vers n'importe quelle séquence d'ADN de votre choix dans une cellule humaine, vous pouvez faire couper cette séquence à l'enzyme Cas9. Ensuite, ce qui se passe, c'est que la cellule humaine, contrairement au virus, ne meurt pas simplement, elle trouve un moyen de réparer cette coupure. Cette réparation provoque souvent une mutation. Causer des mutations de l'ADN est au cœur du champ CRISPR Cas9. Du point de vue de la recherche, c'est incroyablement utile parce que de nombreuses maladies génétiques héréditaires, ainsi que le cancer, sont en fait causés par des mutations génétiques.

DI e-mag : Pouvez-vous nous en dire plus sur InDelphi ?

R.S. : La motivation de ce que nous avons fait est que la plupart des gens utilisent CRISPR pour briser des gènes. J'utilise souvent cette analogie : si vous avez un marteau, la façon la plus simple de l'utiliser est de simplement casser quelque chose, mais vous pouvez aussi l'utiliser pour ciseler et faire une sculpture si vous l'utilisez correctement. C'est ce que nous cherchions : pouvons-nous utiliser Cas9 d'une manière plus raffinée pour savoir ce que nous faisons et, dans certains cas, être en mesure de réparer des gènes cassés ?

Le processus que nous avons examiné concerne ce qui se passe dans une cellule après que l'ADN de cette cellule a été coupé avec le CRISPR. Nous avons découvert que lorsqu'une cellule a été coupée, la réparation n'est pas aléatoire ; il existe des moyens très spécifiques pour réparer les coupures du CRISPR. Nous avons donc pu utiliser l'apprentissage automatique pour avoir un programme informatique qui peut prédire comment cela se produit. Ce que nous pouvons maintenant faire, ce qui n'était pas possible auparavant, c'est que lorsque le CRISPR est dirigé vers un site du génome, nous pouvons prévoir le type de mutations qui seront causées. Notre algorithme a pu trouver des modèles et l'une des choses vraiment surprenantes qui en sont ressorties est qu'il y a certains endroits dans le génome où lorsque CRISPR coupe, la cellule a essentiellement une façon dominante de réparer cette rupture.

DI e-mag : Comment la machine le sait-elle ? Comment l'entraînez-vous ?

R.S.. : Pour ce faire, nous générons de très nombreuses données. Nous avons mis au point une approche permettant de cibler le CRISPR sur des milliers de sites différents du génome et de surveiller les types de mutations qu'il peut provoquer. Il s'agissait d'un riche ensemble de données qui comprenait des centaines de millions de mutations réelles de l'ADN. En utilisant cet ensemble de données sans précédent sur les types de mutations causées par le CRISPR, nous avons pu former l'algorithme à la recherche de modèles. Il a pu trouver des modèles et l'une des choses vraiment surprenantes qui en sont ressorties est qu'il y a certains endroits dans le génome où lorsque CRISPR coupe, la cellule a essentiellement une façon dominante de réparer cette rupture.

C'est comme si vous brisez un morceau de verre, vous vous attendez à ce qu'il se brise en plusieurs morceaux et vous ne pouvez pas prédire le type de morceaux que vous obtenez. Ce que nous avons montré, c'est que si vous cassez un morceau de verre (à un endroit précis), il se brisera toujours d'une certaine façon.

DI e-mag : Comment pouvez-vous être sûr que les prédictions de la machine sont correctes ?

Avec l'aimable autorisation d'InDelphi

R.S. : Dans le domaine de l'apprentissage machine, il existe des moyens assez standard pour tester la précision. En général, vous entraînez votre programme sur 80 ou 90 % de vos données, puis vous utilisez les 10 ou 20 % restants pour tester la qualité de l'algorithme. Notre algorithme était extrêmement précis pour prédire les événements de réparation. Depuis, nous avons en fait créé un tout autre ensemble de milliers de sites brisés dans le génome et nous avons constaté que l'algorithme était tout aussi précis pour prédire ce qui s'est passé à ces sites.

On n'a fait ça que sur les cellules d'un plat. Avant même de songer à l'utiliser à des fins thérapeutiques sur des patients, nous voulons le tester sur des modèles animaux et, éventuellement, dans des milieux plus pertinents sur le plan clinique.

DI e-mag : Qu'en est-il de l'utilisation du CRISPR sur des personnes en bonne santé ? Le biologiste Josiah Zayner prétend qu'il a utilisé CRISPR sur son propre ADN. Qu'est-ce que t'en penses ?

R.S.. : À mon avis, à l'heure actuelle, les gens qui prétendent utiliser le CRISPR à l'extérieur du système médical ne font rien de vraiment utile. Dans l'affaire

dans le domaine médical, nous disposons d'une méthode très bien éprouvée pour déterminer si quelque chose est utile pour les patients, ce qu'on appelle les essais cliniques. Je ne croirais pas des choses en dehors des essais cliniques.

DI e-mag : Qui peut utiliser la technologie CRISPR ? Est-ce facile ?

R.S. : Oui et c'est une des raisons pour lesquelles le CRISPR est si révolutionnaire : pour les scientifiques, il est extrêmement facile à utiliser. C'est vraiment mieux de le faire en laboratoire parce qu'il faut introduire à la fois l'enzyme Cas9 et l'ARN guide dans votre cellule. Il y a des moyens très bien répartis en laboratoire pour rendre cela très facile à faire. Cela fonctionne à peu près sur tous les types d'animaux ou de plantes. En dehors d'un laboratoire, je ne sais pas quel genre de personnes essaient de faire des expériences, mais le CRISPR est certainement accessible à tout scientifique. Vous pouvez acheter la protéine Cas9 elle-même que quelqu'un d'autre a purifiée, auprès de compagnies médicales. Vous pouvez également acheter le guide ARN comme ADN.

DI e-mag : Qu'en est-il de la perspective transhumaniste de l'utilisation du CRISPR pour créer des humains augmentés ?

R.S. : À long terme, oui, je pense qu'on pourrait l'utiliser pour augmenter le nombre d'humains parce que c'est une technologie qui peut changer les gènes. Mais nous l'utilisons depuis très peu de temps, nous avons aussi vu qu'il peut avoir des conséquences involontaires. Nous en sommes encore à un stade si précoce de la recherche que l'idée de l'utiliser pour quelque chose qui ne corrige pas une maladie génétique est pour moi très prématurée parce que nous ne comprenons pas les effets à long terme.

DI e-mag : Pensez-vous qu'avec CRISPR nous allons créer un nouveau genre humain ?

R.S. : À court terme, je dirais que la réponse est non. De nombreuses découvertes passionnantes en médecine ont vu le jour au cours des 25 dernières années, mais il faut vraiment des décennies pour qu'elles commencent à avoir un impact important sur les soins de santé. Un exemple est l'utilisation du système immunitaire pour combattre les cancers. Cette idée est apparue au cours des 10 à 20 dernières années et ce n'est que maintenant qu'il existe la première immunothérapie sur le marché - qui a eu quelques remèdes miracles. Cependant, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir. C'est donc la même chose pour CRISPR. Nous pourrions nous pencher sur un horizon de cent ans, je pense, puis cela pourrait avoir des répercussions et nous aurions peut-être à nouveau cette discussion..