Nous rêvons de vivre pour toujours. Nous espérons que nous pourrons cloner votre animal préféré, comme cela s'est produit avec Dolly le mouton. Nous voulons nous promener dans le "Jurassic Park", regarder les dinosaures et les mammouths, voir le moa éteint, le dodo et d'autres créatures.
Beth Shapiro, professeure au Département d'écologie et de biologie évolutive de l'Université de Santa Cruz en Californie, nous raconte l'histoire fascinante de la science moderne des loisirs d'espèces.
Dès qu'un organisme meurt, son ADN commence immédiatement à s'effondrer sous l'influence des rayons ultraviolets et des bactéries, vous ne pouvez donc pas simplement prendre une cellule et cloner un animal disparu. Les chercheurs doivent faire face à une tâche difficile - ils essaient de monter un puzzle dans lequel certaines pièces d'ADN sont perdues.
Voyons si nous devons faire revivre les espèces disparues (Beth Shapiro est sûre que cela en vaut la peine), quelles difficultés nous attendent en cours de route et à quoi elles peuvent conduire.
Extrait
CRÉATION DE CLONES
Lorsque vous travaillez dans la toundra, personne ne se soucie que vous chantiez faussement à haute voix en vous promenant le long d'une rivière sinueuse. Personne ne rit des cinq couches de vêtements portés sur vous et ne se moque pas de la variété de filets que vous vous êtes empêtrés dans votre dernière tentative condamnée pour empêcher les moustiques de pénétrer dans votre corps. Personne ne mène l'oreille lorsque votre hélicoptère Mi-8 chevronné fait un atterrissage inattendu au milieu de la toundra sibérienne afin de prendre un couple francophone avec un enfant de cinq ans et un grand réfrigérateur rouge.
J'ai appris tout cela à l'été 2008, au cours de ce que je me souviens avec tendresse comme ma saison de chasse aux os la plus étrange et la moins réussie. Cet été-là, nous avons passé plusieurs semaines dans un petit camp entouré de lacs dans la toundra de plaine de la péninsule de Taimyr. Nous avons chassé des mammouths.
L'expédition à Taimyr était dirigée par Bernard Buig, un explorateur expérimenté et en quelque sorte excentrique de l'Arctique, et il n'y avait aucune raison de croire que nous échouerions. Pendant des décennies, Bernard a dirigé la société Cerpolex (de la société française CERcles POLaires EXpédition) et a dirigé des expéditions terrestres en Sibérie et au pôle Nord. Ces expéditions ont commencé dans sa base bien équipée à Khatanga, une petite ville russe sur la rivière Khatanga dans le territoire de Krasnoïarsk. Au début des années 2000, Bernard est passé à des expéditions de nature plus scientifique et a fondé l'organisation Mammuthus (latin «mammouth») sous Zerpolex, dont le but déclaré était d'explorer et de glorifier l'Arctique et ses nombreux trésors. Cependant, comme l'indique le nom de cette organisation, son attention particulière a été concentrée sur la recherche des restes momifiés des mammouths et la promotion de leurs recherches. La formation de Mammuthus était soit une étape entreprenante, soit tout simplement très opportune, car depuis le début de ce siècle, les momies de mammouths et d'autres géants antiques de la période glaciaire ont commencé à se retrouver de manière surprenante souvent dans le pergélisol de Sibérie.
Après avoir rencontré Bernard, il était impossible de ne pas être sûr à la fois de ses qualités de leader et du succès de l'expédition. En 2008, Bernard avait des dizaines d'années d'expérience de travail dans la toundra sibérienne. Il avait une énergie et un enthousiasme inépuisables, connaissait bien les difficultés de la logistique lorsqu'il travaillait en Sibérie (et savait comment contourner ces difficultés), et possédait également une grande collection de vestes chaudes. Plus important encore, il a longtemps collaboré avec la population locale, ce qui explique en quelque sorte pourquoi il était si souvent le premier à avoir accès aux momies de mammouths récemment découvertes. Tout indiquait que l'expédition devait réussir.
Notre aventure a commencé dans la maison sibérienne de Bernard à Khatanga. Khatanga est un endroit insolite. C'est l'un des points les plus septentrionaux du monde où les gens vivent. Bien que la population de la ville soit inférieure à 3,5 mille personnes, il existe un aéroport, un hôtel et un musée de la nature et de l'ethnographie, regorgeant d'expositions liées aux habitants de cette région et à son histoire. Khatanga a également plusieurs restaurants servant de la viande animale locale assaisonnée à l'aneth, et plusieurs petits magasins vendant des carottes avec des signes d'engelures pour 8 $, des mitrailleuses semi-automatiques et une variété fantaisie de chewing-gum aromatisé. Les routes et les rives sont parsemées de mécanismes inconnus, dont certains peuvent encore fonctionner. Les gens vivent n'importe où - dans de petites cabanes en bois, dans de grands immeubles d'habitation et même dans des conteneurs de transport - ceux utilisés sur les porte-conteneurs pour transporter des marchandises à travers l'océan. Même la maison de Bernard se composait en partie de conteneurs de transport reliés entre eux et, vraisemblablement, bien isolés de l'environnement. En fin de compte, la ville est située à 71 degrés de latitude nord, et les hivers à Khatanga sont sombres et froids, avec une température minimale mensuelle moyenne d'environ –35 ° C et une absence totale de soleil pendant plusieurs jours en décembre et janvier. Certes, nous y étions de juillet à août, et la température de l'air fluctuait dans une fourchette acceptable de 5 à 15 ° C, et le soleil brillait 24 heures sur 24. Bien sûr, plusieurs moustiques ont tourné autour, gâchant le reste de la merveilleuse atmosphère. Plus précisément, plusieurs centaines de moustiques.
Par centimètre cube d'air.
Bernard, son épouse Sylvia et leur neveu Pete de vingt ans, plusieurs Russes travaillant pour Bernard, une réalisatrice française et son petit ami, ainsi que toute une collection de scientifiques ayant une grande variété d'intérêts concernant les animaux de la période glaciaire ont participé à notre expédition. Le plus vieux scientifique de notre groupe était Dan Fisher, un spécialiste des mammouths et professeur à l'Université du Michigan. Dan est un expert mondial dans son domaine: en examinant les schémas de croissance des défenses de mammouths, il peut déterminer le sexe, les antécédents reproductifs, le mode de vie et même la cause de la mort animale. Dan mesure également la quantité d'isotopes stables des éléments chimiques, du carbone et de l'azote, accumulés dans la défense du mammouth au fur et à mesure de sa croissance. Ces isotopes constituent un enregistrement presque continu des changements dans l'alimentation du mammouth et dans son environnement. Adam Rountry et David Fox, précédemment formés par Dan, ont également travaillé avec nous. Enfin, nous étions deux chercheurs en ADN: moi et Ian Barnes, qui enseignait alors au Royal Holloway College de l'Université de Londres, mais je l'ai rencontré au moment où je travaillais sur ma thèse à l'Université d'Oxford.
Dan, David et Adam rêvaient de trouver des défenses, tandis que Ian et moi espérions des os de mammouth. Les défenses conviennent mieux à l'analyse des isotopes, mais elles contiennent très peu d'ADN. Ian et moi étions également intéressés par tous les animaux qui vivaient à Taimyr pendant les périodes de glaciation, nous n'étions donc pas strictement concentrés sur la collecte d'os de mammouths.
Pour des raisons qui restaient un mystère pour moi, et malgré les promesses faites à Bernard avant notre arrivée à Khatanga, nous avons dû attendre une semaine entière pour l'hélicoptère. Nous nous sommes temporairement installés à Bernard et, pour tuer le temps, nous avons commencé à étudier le Khatanga. Nous avons essayé beaucoup de vestes chaudes et de moustiquaires. Nous avons erré dans les rues, taquinant les chiens locaux et essayant de démêler le but de divers mécanismes. Nous avons installé des pièges à insectes et déterminé les types de ceux qui y étaient arrivés. Nous avons percé des trous dans plusieurs ossements de la collection Bernard pour notre équipe de tournage et au profit de futurs projets de recherche. Pendant que nous attendions, Bernard a organisé et a participé à des rencontres successives avec son groupe de scientifiques et de spécialistes de la logistique russes. Ces réunions étaient vives et passionnantes: les cartes géantes ne tenaient pas sur des tables, les conversations tournaient sur un ton surélevé, des rapprochements avec de vieux documents scientifiques décrivant les limites géographiques des glaciations passées étaient effectués, de la vodka versée dans des verres et un plan pour une future excursion était fait.
Finalement, l'hélicoptère est arrivé et il était temps de voler dans le champ. Nous avons ramassé de la nourriture, du carburant et des choses, et avons conduit de la maison de Bernard directement à l'aéroport. Nous avons franchi le contrôle de sécurité jusqu'à la piste et nous nous sommes retrouvés face à face avec notre prochain véhicule: le bien-aimé hélicoptère Mi-8. Environ un quart de l'espace qu'il contenait était déjà occupé par deux énormes bouteilles de gaz. En passant devant les cylindres, nous avons jeté à l'intérieur de notre équipement de camping, des caméras et du matériel d'éclairage pour le tournage, deux grands bateaux gonflables et deux moteurs hors-bord d'une capacité de 250 chevaux chacun, des fournitures de riz et des aliments lyophilisés inconnus, suffisants pour nourrir vingt personnes pendant six semaines , une gigantesque bouteille d'essence pour cuisiner et de la vodka en quantité suffisante pour ressentir du bonheur pendant au moins une journée. Environ un tiers des fenêtres manquaient dans l'hélicoptère Mi-8, ce qui faciliterait vraisemblablement la fumée à bord.
Après avoir chargé toutes nos affaires, nous sommes montés à l'intérieur et nous sommes installés sur des bancs sous les fenêtres, ainsi qu'en haut sur des choses et des bouteilles de gaz. Le dernier à embarquer était Pacha, le chien de notre cuisinier, un husky sibérien d'un an. Pacha a exprimé ses inquiétudes quant à sa participation à notre expédition, essayant de fusionner avec la couverture de la piste sous la rampe. J'ai partagé les doutes de Pashin quant à ce qui est le mieux: être avalé par la piste ou voler dans le ciel sur le Mi-8. Quand il est devenu clair que la bande ne voulait pas absorber Pacha, il s'est enfui. Le cuisinier et l'un des pilotes sont sortis, ont fumé plusieurs cigarettes, attrapé Pacha, l'ont attrapé au milieu de la rampe, ont réussi à le manquer, l'ont rattrapé, l'ont suffisamment apaisé pour le traîner jusqu'au bout de la rampe et le faire entrer par la porte, et finalement nous nous sommes installés dans le cockpit. Aux exclamations joyeuses et aux hurlements désespérés de Pacha, nous avons décollé et avons volé vers la toundra.
Transfert nucléaire somatique
Si tant d'os ont déjà été accumulés dans des collections du monde entier, pourquoi devons-nous sortir sur le terrain pour en trouver d'autres? Pourquoi faire face à des hélicoptères cassés, des mines d'or, vingt-quatre heures de lumière du jour et des nuages de moustiques? La réponse est simple: les meilleurs os sont ceux qui nous sont venus directement de la toundra glacée. Nous voulons trouver des os qui n'ont jamais décongelé. Ils contiennent les cellules les mieux conservées avec l'ADN le mieux conservé.
Nous ne sommes pas le seul groupe de scientifiques à passer leurs étés dans l'Arctique à la recherche des restes d'animaux de la période glaciaire ou à traîner dans les champs aurifères, mais je suis heureux de penser que nous avons l'approche la plus sensée en matière d'affaires. Par exemple, nous savons que nous ne recherchons pas de cellules pouvant être clonées. Tout ce que les scientifiques savent sur le clonage d'animaux à l'aide de cellules somatiques (c'est-à-dire qu'ils ne sont ni spermatozoïdes, ni ovules) suggère que le clonage ne fonctionnera que si la cellule contient un génome intact. Pas une seule de ces cellules n'a été trouvée dans les restes d'animaux disparus trouvés dans la glace de la toundra.
La destruction de l'ADN commence immédiatement après la mort du corps. Les cellules végétales et animales contiennent des enzymes dont la tâche est de rompre les liaisons au sein de la molécule d'ADN. Ces enzymes, appelées nucléases, se trouvent dans les cellules, le liquide lacrymal, la salive, la sueur et même au bout des doigts. Pendant que nous vivons, les nucléases sont essentielles pour nous. Ils détruisent les microbes pathogènes qui pénètrent dans notre corps avant de nous causer du tort. Ils réparent l'ADN endommagé, permettant à nos cellules de réparer ce qui a été brisé. Et après la mort de nos cellules, les nucléases détruisent leur ADN, il est donc plus facile pour notre corps de s'en débarrasser. En d'autres termes, les nucléases ont évolué de manière à rester actives après la mort de la cellule, et c'est une mauvaise nouvelle pour ceux qui veulent cloner un mammouth.
En laboratoire, nous ne permettons pas aux nucléases de détruire l'ADN que nous essayons d'isoler, soit en immergeant un échantillon frais dans une solution d'inhibiteurs chimiques, soit en le soumettant à une congélation rapide. L'Arctique est un endroit froid, mais pas assez froid pour geler quelque chose (surtout gros comme un mammouth) assez rapidement pour protéger l'ADN de la pourriture. De plus, les nucléases sont produites par tous les organismes vivants, y compris les bactéries et les champignons, qui colonisent les corps en décomposition des animaux morts. Par conséquent, le risque que les génomes de n'importe quelle cellule puissent rester complètement intacts pendant une longue période après la mort est faible. Sans génome intact, le clonage mammouth ne fonctionnera pas. Plus précisément, il ne sera pas possible de cloner un mammouth par transfert nucléaire somatique.
Le transfert nucléaire somatique est un nom terne, mais tout à fait approprié pour le processus, grâce auquel nous avons, en particulier, le clone le plus célèbre - le mouton Dolly (Fig. 8). Dolly a été clonée par des scientifiques du Roslyn Institute en Écosse en 1996. Les scientifiques ont retiré le noyau, la partie de la cellule contenant le génome, d'une cellule de la glande mammaire prélevée sur un mouton adulte, et ont placé ce noyau dans l'œuf préparé d'un autre mouton adulte. Ensuite, cet ovule s'est développé dans l'utérus d'une autre femelle adulte en un individu complètement sain de son genre. Il est important de noter que le mouton cloné par transfert nucléaire était génétiquement identique à l'animal qui est devenu le donneur de la cellule de la glande mammaire et n'avait rien à voir avec sa mère porteuse ou le mouton dont l'ovule a été prélevé.
Pour comprendre les subtilités de ce processus, vous devez apprendre quelque chose sur les cellules. Notre corps (et le corps d'autres organismes vivants) est composé de trois types de cellules de base: les souches, les organes génitaux et les somatiques. Somatique - surtout, il s'agit des cellules de la peau, des cellules musculaires, des cellules cardiaques, etc. Les cellules somatiques ont un ensemble diploïde de chromosomes, ce qui signifie qu'elles contiennent deux copies de chaque chromosome - une de la mère et une du père. Les cellules somatiques ont également une spécialisation - il peut s'agir de cellules cérébrales, de cellules sanguines ou de cellules mammaires, similaires à celles utilisées pour créer Dolly. Une autre catégorie de cellules est constituée par les cellules germinales primaires (gonocytes), à partir desquelles les gamètes sont formés - les spermatozoïdes et les ovules. Les gamètes ont un ensemble haploïde de chromosomes, c'est-à-dire qu'ils ne contiennent qu'une seule copie de chaque chromosome. Avec une reproduction sexuée normale, deux gamètes haploïdes fusionnent au moment de la fécondation, formant un zygote diploïde, à partir duquel l'embryon se développe ensuite.
Dans le transfert nucléaire, l'étape de fécondation et de fusion des gamètes est omise. Au lieu de cela, un processus appelé énucléation se produit, au cours duquel le génome de l'œuf haploïde est retiré. Ensuite, le noyau diploïde de la cellule somatique (dans le cas de Dolly, les cellules mammaires) est placé à sa place.
Dans le cadre de la reproduction sexuelle normale des mammifères, le zygote formé lors de la fécondation contient des cellules qui n'ont aucune spécialisation. Ces cellules non spécialisées appartiennent à la troisième catégorie et sont appelées cellules souches. Les cellules souches qui composent le zygote à un stade précoce de son développement sont appelées totipotentes, car elles peuvent se transformer en cellules de tout type et, par conséquent, peuvent donner naissance à tout un organisme vivant. Avec le développement ultérieur de l'embryon, les cellules se multiplient et commencent à se différencier, c'est-à-dire à remplir des fonctions plus spécialisées dans le corps. À l'une des premières étapes du développement de l'embryon, les cellules souches totipotentes perdent leur capacité à se transformer en cellules de tout type, mais n'ont toujours pas de spécialisation claire. Maintenant, ces cellules sont appelées pluripotentes. Les cellules souches pluripotentes de mammifères, par exemple, peuvent être transformées en cellules de tout type sauf placentaire.
Les cellules souches pluripotentes présentent un intérêt particulier pour la science, car elles peuvent être utilisées pour traiter des personnes. Lorsque les cellules souches se divisent, elles produisent soit d'autres cellules souches, soit des cellules somatiques spécialisées. Cela signifie qu'ils sont potentiellement capables de remplacer les cellules malades ou endommagées. Les cellules souches peuvent être trouvées non seulement dans l'embryon en développement, mais aussi dans tous les tissus du corps adulte. Les cellules souches adultes ont tendance à être plus spécialisées que les cellules embryonnaires, mais malgré cela, elles sont essentielles pour réparer les tissus endommagés et les renouveler. À des fins médicales, des cellules souches adultes sont souvent prélevées. Par exemple, les cellules souches hématopoïétiques peuvent se transformer en différents types de cellules sanguines et elles sont utilisées dans le traitement des maladies du sang, y compris la leucémie.
Revenons au clonage par transfert nucléaire. Les cellules somatiques, contrairement aux cellules souches, sont hautement spécialisées. Ils ne peuvent pas se transformer en différents types de cellules, car ils représentent le point final du processus de différenciation. Les cellules somatiques ont une fonction spécifique, et leurs mécanismes cellulaires sont adaptés à la qualité de ce travail. Dans une cellule somatique prélevée sur la glande mammaire d'un mouton, seules les protéines qu'elle doit exprimer pour remplir la fonction d'une cellule de la glande mammaire sont exprimées, et donc seuls les gènes qui codent pour ces protéines y sont inclus.
Pour qu'une cellule somatique puisse se transformer en tout un organisme vivant, elle doit «tout oublier» de sa spécialisation et se différencier. Il devrait redevenir une cellule souche embryonnaire.
Bien que Dolly soit sans doute l'animal le plus connu né du transfert nucléaire somatique, elle n'était pas le premier clone créé de cette façon. Dans les années 50 et 60 du 20e siècle, John Gerdon de l'Université d'Oxford a prouvé que les œufs de grenouille se développent chez les grenouilles même après que les noyaux de ces cellules ont été retirés et remplacés par des noyaux de cellules somatiques. Bien qu'à cette époque, le mécanisme de ce phénomène n'était pas bien compris, l'observation clé de Gerdon était que l'œuf déclenche en quelque sorte le processus de dédifférenciation de la cellule somatique - et ce dernier «oublie» de quel type de cellule il s'agissait auparavant. En 2012, Gerdon a reçu le prix Nobel pour cette découverte avec Xinya Yamanaka de l'Université de Kyoto.
Yamanaka a découvert plus tard que la même pluripotence (dédifférenciation des cellules somatiques) peut être obtenue in vitro, c'est-à-dire dans une culture tissulaire dans des conditions de laboratoire, en ajoutant à la cellule un ensemble de facteurs de transcription, qui sont des protéines qui se lient à des sections spécifiques de l'ADN et contrôlent quels gènes devraient allumer et quand. Ces cellules sont appelées cellules souches pluripotentes induites (iPSC).Le transfert nucléaire est utilisé pour cloner des moutons, des vaches, des chèvres, des cerfs, des chats, des chiens, des grenouilles, des furets, des chevaux, des lapins, des porcs et de nombreux autres animaux. Le clonage d'animaux ayant des propriétés spécifiques souhaitées gagne également en popularité. Les services commerciaux de clonage d'animaux de compagnie et de création de descendants clonés de chevaux champions sont largement diffusés sur Internet. Les premiers résultats sont déjà visibles: fin 2013, le cheval Shaw Mi âgé de six ans, clone de la jument Sage, qui a joué en polo équestre, est devenu le champion de la Triple Couronne en Argentine, inaugurant ainsi peut-être une nouvelle ère dans l'élevage d'animaux pour les spectacles et les sports.Cependant, le clonage par transfert nucléaire a une faible efficacité. Dolly était le seul embryon sur 277 créé à l'Institut Roslyn, qui a vécu pour voir sa naissance. Une jument nommée Prométhée, le premier cheval cloné à naître était le seul embryon sur 841 à devenir un individu à part entière de son genre. Snuppi, un lévrier afghan, cloné par le scientifique coréen Hwan U Sok, était l'un des deux chiots nés après l'implantation de 1095 embryons par 123 mères porteuses différentes, et le seul à vivre plus de quelques semaines. Dans tous ces cas, les scientifiques avaient accès à un nombre potentiellement infini de cellules somatiques prélevées sur des animaux vivants.Les mammouths vivants n'existent pas.»Plus de détails sur le livre peuvent être trouvés sursite éditeurPour les lecteurs de ce blog, une remise de 20% sur le coupon - Mammoth