George Church domine la plupart des gens. Il a une longue barbe grise du sorcier de la Terre du Milieu, et le travail de toute sa vie - jouer avec l'ADN et plonger dans les secrets de la vie - n'est pas allé si loin du monde de la magie profonde. Le généticien de 63 ans dirige l'un des laboratoires les plus grands et les mieux financés au monde, dont le siège est au deuxième étage de l'immense bâtiment en verre et en acier, le New Research Building, Harvard Medical School. Il travaille également en tant que consultant et soutient des dizaines de projets, consortiums, conférences, divisions et startups, unis par la mission de repousser les limites de l'accessible - de la création de biorobots à la résurrection d'un mammouth. Par un matin brumeux d'août, il voulait me parler des limites de ma propre vie.
Church est l'un des chefs de file de l'initiative appelée Génome Project-Write (GP-Write), qui organise les efforts de centaines de scientifiques du monde entier travaillant sur la synthèse de l'ADN de différents organismes. Le groupe continue de se demander jusqu'où cela devrait aller dans la synthèse de l'ADN humain, mais Church - debout dans son bureau dans une veste de sport froissée derrière une chaire étroite, qu'il utilise à la place d'une table - dit que son laboratoire a déjà fait son choix à ce sujet. question: "Nous voulons synthétiser des versions modifiées de tous les gènes du génome humain dans les prochaines années."
Il va concevoir et créer de longues chaînes d'ADN humain, pas seulement couper et coller de petits morceaux - une pratique similaire s'apparente désormais à la routine, grâce aux dernières technologies comme CRISPR, qui permet aux scientifiques de modifier l'ADN à moindre coût et facilement - mais en écrasant des sections critiques de chromosomes qui peuvent ensuite être connectées à génome d'origine naturelle. En cas de succès, ce sera un saut passionnant dans la complexité des génomes des bactéries et des levures, dont la synthèse a travaillé jusqu'à présent. «Nous prévoyons des choses bien supérieures à CRISPR», déclare Church. «C'est comme la différence entre éditer un livre et en écrire un nouveau.»
En écrivant son livre, Church espère y changer à volonté l'histoire de l'homme. En remplaçant les nucléotides sélectionnés - symboles de vie ACGT dispersés sur les chromosomes - et en remplaçant, disons, T par A ou C par G pendant le processus de transcodage, Church veut créer des cellules qui résistent aux virus. «Comme le VIH ou l'hépatite B», dit-il.
"Et un rhume?" Je demande.
Il hoche la tête et ajoute qu'ils ont déjà réussi à transcoder la bactérie, la rendant immunisée contre les virus. «Cela est décrit dans notre travail de 2016», dit-il.
Church et d'autres travaillant sur la synthèse de l'ADN humain ont créé leur propre projet dans le cadre de GP-Write - l'enregistrement de projet du génome humain (Human Genome Project-Write, HGP-Write). Ses perspectives de succès sont telles que les biologistes discutent avec véhémence du potentiel de traitement des maladies, de création de cellules et même, éventuellement, d'organes entiers à l'aide de la bio-ingénierie. Les critiques se grattent la tête pensivement en raison de difficultés techniques, de coûts élevés et de problèmes pratiques. Francis Collins, directeur des National Institutes of Health, admet que la synthèse d'un génome humain à part entière est réelle, mais il ne comprend pas le sens de cette entreprise. "Je pense que c'est possible si vous avez suffisamment de temps et d'argent", dit-il, "mais pourquoi le faire? Aujourd'hui, des technologies comme CRISPR sont beaucoup plus abordables. »
Et la question se pose de l'éthique de l'utilisation d'une technologie puissante pour les jeux avec un code de vie de base. Théoriquement, les scientifiques pourront un jour créer des génomes, humains ou autres, aussi simples que d'écrire du code sur un ordinateur, de transformer des copies numériques de l'ADN d'un ordinateur portable en cellules vivantes ou même en Homo sapiens. Conscient de la controverse, Church et ses collègues de HGP-Write insistent sur le fait que leur objectif n'est pas de créer de nouvelles personnes - bien que l'impudence nécessaire pour apporter des modifications à grande échelle à l'ADN soit suffisante pour provoquer la controverse. «Les gens se fâchent si quelqu'un met des gènes d'un type différent dans les aliments», explique Henry Greely, bioéthique et avocat de Stanford. «Et ici, nous parlons d'une réécriture complète de la vie? Oui, ici les cheveux se terminent et ils le percevront avec hostilité. »
Mais, malgré toutes les baïonnettes, Church et l'équipe se précipitent. "Nous voulons commencer par le chromosome Y humain", dit-il, se référant au chromosome sexuel masculin, qui, explique-t-il, possède le moins de gènes des 23 chromosomes, il est donc plus facile à créer. Mais il ne veut synthétiser aucun chromosome Y. Lui et l'équipe veulent utiliser la séquence de ce chromosome, tirée d'une vraie personne - de moi.
"Pouvez-vous faire ça?" Je trébuche, je demande.
«Bien sûr, nous pouvons - avec votre permission», dit-il, rappelant qu'il serait facile d'utiliser mon génome, car il est stocké numériquement dans les ordinateurs de son laboratoire, dans le cadre du projet qu'il a lancé en 2005, «The Personal Genome Project» (Projet de génome personnel, PGP). PGP a attiré des milliers de personnes qui ont accepté de contribuer leur génome complet à une base de données ouverte accessible aux chercheurs et à quiconque en général; J'ai également fourni mon génome pour ce projet.
Avec ma permission, après quelques touches sur le clavier, Church pourra ouvrir des dessins numériques de mon chromosome Y sans effort. Ensuite, les scientifiques de son laboratoire pourront en faire une copie synthétique, mais avec les différences: ils réencodent ma séquence pour qu'elle résiste aux virus. S'ils réussissent - et s'ils peuvent recoder tous les autres chromosomes et les introduire dans les cellules humaines, et ce sont deux gros "si" - théoriquement, ils pourront implanter ces cellules "corrigées" dans mon corps, où, si vous avez de la chance, ils se multiplieront, changera le fonctionnement de mon corps et réduira le risque d'infection virale.
Mais nous prenons de l'avance sur nous-mêmes. Pour l'instant, Church veut simplement transcoder et synthétiser mon chromosome Y. "Lorsque nous aurons terminé, un petit morceau de vous sera conservé au réfrigérateur." Une version optimisée de moi qui pourra un jour se décongeler - dans dix ans, ou dans cent mille. D'ici là, dit Church, les scientifiques seront capables de manipuler mon génome encore plus profondément. Il pourra me rendre plus fort, plus rapide ou encore plus intelligent. Ils pourront peut-être créer une toute nouvelle version de moi. Qui sait ce qui deviendra possible à l'avenir?
La biologie synthétique, un espace dédié à la compréhension et à la refonte des éléments de base de la vie, est née dans les années 1970 lorsqu'une équipe dirigée par le biochimiste de Stanford Paul Berg a fait des découvertes clés dans la technique de découpe de courtes séquences d'ADN d'organismes (des bactéries aux humains) et de les insérer d'autres (généralement des bactéries). Cette pratique a permis aux scientifiques d'utiliser des systèmes de cellules microbiennes pour produire des protéines qui, dans certains cas, sont devenues des médicaments efficaces, comme
Epogen , qui est utilisé pour stimuler la production de globules rouges chez les personnes anémiques, en dialyse ou le Tour de France.
La biologie synthétique à grande échelle a commencé à apparaître au début de 2000, lorsque les scientifiques ont commencé à synthétiser l'ensemble du virus. En 2010, une équipe du J. Craig Venter Institute a créé la première cellule bactérienne synthétique auto-reproductrice. Mais jusqu'à présent, personne ne s'est approché des plans ambitieux de GP-Write ou HGP-Write, en raison de leur nom au projet original pour l'étude du génome humain, Human Genome Project, une entreprise massive qui a séquencé 3 milliards de paires de gènes qui composent le génome humain pour 2,7 $. milliards d’argent des contribuables américains. (Le deuxième projet privé dirigé par Craig Venter a fait de même beaucoup moins cher). "Nous considérons le projet HGP-Write comme une continuation du projet du génome humain", a déclaré le généticien Andrew Hessel, l'un des fondateurs de GP-Write et HGP-Write, et ancien chercheur de la division des sciences de la vie d'Autodesk.
C'est Hessel, un homme mince de 54 ans avec une barbe courte barbelée, qui m'a parlé pour la première fois de ce nouveau projet d'étude du génome humain il y a trois ans lorsque je suis venu lui rendre visite dans sa petite maisonnette accrocheuse à côté de la rivière russe à Sonoma, en Californie. Sirotant du vin rouge à côté d'un poêle à bois par une soirée brumeuse, Hessel a raconté comment il avait commencé sa carrière à la fin des années 1990 chez Amgen, analysant les données d'un projet d'entreprise privé. «Même lorsque nous terminions le HGP-Read (projet de lecture du génome humain)», dit-il, en utilisant leur brève désignation du projet du génome humain, «j'étais déjà impatient de voir comment nous pourrions commencer à créer quelque chose. J'ai attendu et attendu, mais il ne s'est rien passé. Pas assez d'imagination. La technologie a atteint un certain stade de développement, mais personne n'a évolué. » Il a assisté à l'avènement de CRISPR et d'autres technologies d'édition de gènes, mais ils ne l'ont pas satisfait.
En 2015, Hessel a sérieusement décidé de reprendre le projet d'édition du génome et a demandé à Church d'aider à organiser l'initiative, qui est devenue GP-Write (et HGP-Write). Church a insisté sur la nécessité de faire venir un autre biologiste synthétique de premier plan, Jeff Boeke de l'Université de New York. Les objectifs du groupe vont de l'aide au développement de technologies qui fonctionnent plus rapidement et à moindre coût, au développement d'une plateforme éthique pour synthétiser la vie. Ils ont déjà une réponse à la question de Francis Collins et d'autres sur la synthèse du génome humain - pourquoi faire cela? Hessel, Church et la société parlent du potentiel de changements majeurs qui affectent l'ensemble du génome, qui peuvent être utilisés pour développer des cellules résistantes aux virus, des organes synthétiques et de nouveaux médicaments. Mais ils tracent la ligne sans activer le génome dans les
cellules de la lignée germinale , capables de changer les gènes que nous transmettons à nos enfants. «Nous ne créons pas de bébés - nous éditons uniquement des génomes», insiste Hessel. "Le vrai travail de création d'un bébé synthétique restera pour la prochaine génération."
En mai dernier, GP-Write a tenu sa première réunion publique au New York Genome Center. La conférence de deux jours a attiré 250 scientifiques, professionnels de l'éthique, avocats, scientifiques amateurs, artistes, décideurs politiques et entreprises de 10 pays, dont la Chine, le Japon, la Grande-Bretagne, le Canada, Singapour et les États-Unis. Il y a eu des rapports avec des titres tels que «Utiliser un tableau grossissant isotherme pour étendre la séquence du gène artificiel» ou «Prédire et comprendre les systèmes de contrôle».
Lors de la conférence, des présentations ont été faites de projets pilotes dont l'organisation a envisagé ou mis en œuvre le soutien. Par exemple, Harris Vaughn de l'Université de Columbia veut changer les cellules de mammifères grâce à la bio-ingénierie afin qu'elles deviennent des usines de nutriments, produisant des acides aminés et des vitamines essentiels que les humains doivent consommer comme nourriture. Un autre projet de June Medford de l'Université du Colorado vise à modifier les génomes des plantes qui leur permettront de filtrer l'eau ou de détecter des produits chimiques. Lors de la réunion, elle a montré une image d'un cadre d'aéroport entouré de buissons reconnaissant les explosifs.
Le mouvement GP-Write a fait la dernière de ses percées l'année dernière lorsque le laboratoire de Boeke à l'Université de New York a annoncé qu'il avait complètement créé 6 chromosomes artificiels sur 16 qui composent le génome de la levure. Boeke prévoit d'achever la synthèse des 16 chromosomes d'ici la fin de l'année. «Nous nous efforçons de démêler, moderniser et refaire les dessins génétiques de la levure», dit-il. «Après avoir synthétisé les 16 chromosomes, nous prévoyons de créer une cellule de levure fonctionnelle.»
Ce sera une réalisation remarquable, mais étant donné que la levure a quatre fois moins de gènes que l'homme, cela ne deviendra toujours pas une approximation de la tâche difficile de synthétiser tout ou partie du génome humain. Le plus long des 16 chromosomes de levure contient environ un million de bases appariées. Une base appariée est constituée de lettres génétiques dupliquées qui courent le long de chaque segment de la double hélice d'ADN, à la manière des marches d'une échelle. Le chromosome Y contient 59 millions de bases appariées et est l'un des plus courts des 23 chromosomes humains. Certains scientifiques estiment que l'enregistrement de l'ensemble du génome humain, les 3 milliards de bases appariées, peut coûter 3 milliards de dollars, ce qui est non seulement irréaliste, mais peut ne pas être nécessaire. «Nous n'avons pas besoin de tout réécrire» pour changer sérieusement le chromosome », explique Church. "Seulement ses parties importantes."
En 2002, dans le cadre des tentatives de notre magazine d'expliquer et de rapprocher les gens de la nouvelle technologie de séquençage des gènes, je suis devenu l'une des premières personnes dont le génome a été séquencé. Puis mon génome a semblé quelque chose de très personnel, et a promis de révéler les secrets de ma santé, enfouis profondément dans mon ADN. Dans le cadre de cet article, Sequenom m'a testé pour plusieurs centaines de marqueurs ADN associés à des risques de maladie, de la maladie d'Alzheimer et de l'hypertension artérielle à certains types de cancer. Par exemple, des scientifiques de Sequenom ont découvert une mutation dans mon sixième chromosome, qui a ensuite été associée à une légère augmentation du risque de crise cardiaque. Comme beaucoup de personnes dont le génome a été séquencé par des services comme 23andMe, je me suis souvenu de ces informations avec une note «bon à savoir». Quinze ans plus tard et zéro crise cardiaque, moi, en examinant mon propre projet HGP-Write, j'ai réfléchi à la façon dont il était de savoir qu'une petite partie de moi était copiée et transcodée à des fins d'amélioration.
Après avoir rencontré Church l’été dernier, j’ai rencontré son équipe dans une salle de conférence du Harvard Weiss Institute of Engineering, inspirée par la biologie, une étonnante structure en acier et en verre située derrière le bâtiment principal du laboratoire de Church. L'équipe comptait quatre chercheurs et un postdoctorant d'Albanie, Erion Hisolli, 32 ans. Son très sérieux Hisolly, avec des nattes dans ses cheveux, m'a guidé tout au long du processus de création de mon chromosome Y.
La synthèse des gènes, a expliqué Hisolly, commence par le fait que les chercheurs découvrent la séquence génétique sur un ordinateur. Sur un écran lumineux, elle me montre un segment de ma séquence qui ressemble à ceci:
CGG CGA AGC TCT TCC TTC CTT TGC ACT GAA AGC TGT AAC TCT AAG TAT CAG TGT GAA ACG GGA GAA AAC AGT AAA GGC AAC GTC CAG GAT CGA GTG AAG CGA CCC ATG AAC GCA TTC ATC GTG TGG TCT CGG GAT CGG GAT CAG GCT CTA GAG AAT CCC CGA
... et ainsi de suite. Hisolli explique qu'au lieu de synthétiser chaque nucléotide de mon chromosome Y, l'équipe de Church se concentrera sur des unités individuelles du code génétique, des
codons qui déterminent quel acide aminé (et, finalement, la protéine) la cellule va produire. Chaque codon se compose d'un maximum de trois nucléotides (par exemple, ATG ou TCC), et Hisolly et l'équipe espèrent qu'en échangeant certains nucléotides dans les codons, ils seront capables de faire des changements à l'échelle du génome entier qui peuvent rendre la cellule résistante aux virus. Après avoir transcodé les codons cibles, Hisolli enverra ce dessin génétique à Integrated DNA Technologies, qui produit de petits segments sur mesure d'ADN réel, des
oligonucléotides . L'entreprise va ensuite sécher et congeler ces oligonucléotides et les renvoyer à Hisolly. Lui et ses collègues rejoindront les segments obtenus en séquences de plus en plus longues, et chaque nouveau segment les rapprochera d'un pas de plus du chromosome terminé.
Au moins, un tel plan - et cela peut prendre une année entière pour le terminer. En attendant, je demande à Hisolli une démonstration moins ambitieuse du travail d'édition de l'ADN. Au début, elle ne veut pas faire quelque chose qu'elle considère simple. Mais alors il est d'accord, et nous sélectionnons le segment d'ADN sur mon sixième chromosome qui contient la mutation identifiée par mon test génétique précédent - celui qui est associé à un faible risque de crise cardiaque. Pour créer une nouvelle version améliorée de ce fragment génétique, Hisolly corrige une mutation risquée sur un ordinateur. Elle transcode également ce morceau d'ADN afin qu'il résiste aux virus - juste pour des raisons d'ordre. Puis Hisolly commande un fragment d'ADN transcodé à la société, et il arrive quelques jours plus tard.
Ayant obtenu le fragment, les chercheurs le clonent et le placent dans le cytoplasme d'
E. Coli , une bactérie bien connue. La génétique utilise souvent la capacité d'E. Coli à se reproduire rapidement. Après quelques jours, E. coli produit un nombre suffisant de copies de mon chromosome altéré, et Hisolly m'envoie une photo des bactéries dans la boîte de Pétri contenant ces petits morceaux de moi. Bien que je ne puisse pas voir ces particules nanométriques. Mais je peux voir les gouttes lumineuses vertes dispersées à l'intérieur des cellules. Ces gouttelettes sont reproduites par un
gène rapporteur fluorescent prélevé sur une méduse, que les scientifiques utilisent constamment pour étiqueter les gènes. Cette soupe microbienne sale, vert brunâtre, recouverte de taches lumineuses, est très loin de la version de moi qui pourrait être reconnue, mais j'ai grimacé, imaginant qu'un jour je pourrais regarder une version plus complète de mon génome dans une boîte de Pétri, caricaturée me rappelle.
La dernière étape de la création d'un mini-me synthétique consiste à remplacer le gène corrigé dans les cellules où il doit être stocké.
Mais pas tous - les scientifiques utilisent mes globules blancs pour créer des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) qui peuvent se développer et devenir n'importe quelle cellule de mon corps. (Cellular Dynamics International, une entreprise qui crée des cellules souches pour des sociétés et des institutions pharmaceutiques, s'occupe du côté bio-ingénierie du problème à Madison, Wisconsin. Un jour, ces cellules peuvent être introduites dans mon corps, dans l'espoir qu'elles changeront la façon dont cela fonctionne, mais jusqu'à présent, "mettre des cellules éditées dans le corps est une tâche extrêmement difficile", dit Hisolly. - Dans de nombreux tissus, vous pouvez simplement entrer directement dans les cellules et observer si un petit pourcentage peut survivre et prospérer. Ou vous pouvez injecter des cellules souches sanguines dans une veine et voir si elles peuvent cibler la moelle osseuse ou le thymus". Et jusqu'à ce que cette technologie se développe, mes cellules éditées seront stockées congelées, de sorte qu'à l'avenir, moi ou d'autres les contacterons.Church met en garde contre le fait que la technologie de synthèse du génome à grande échelle est toujours émergente, coûteuse et complexe. GP-Write n'a pas encore reçu d'investissements significatifs, bien que des laboratoires individuels, tels que Church et Bokecke, aient reçu des fonds d'organismes gouvernementaux tels que la National Science Foundation et DARPA, le département de recherche et développement du Pentagone. Pour l'instant, je n'espère pas que dans un avenir proche, je serai en mesure de recevoir mon chromosome Y transcodé - ou la petite correction apportée par Hisolly sur mon sixième chromosome - comme implant. Mais ils seront stockés dans un congélateur, au cas où de nombreux problèmes éthiques et techniques pourraient être résolus, ainsi qu'un problème de sécurité.Pourtant, je me demande comment un jour il sera possible d'utiliser ce code de base, qui fait de moi qui je suis. J'utilise les deux mains pour utiliser une telle technologie pour développer de nouveaux médicaments ou pour développer des ajustements de l'ADN à l'échelle du génome qui peuvent prévenir les maladies, si elles sont sûres et n'ont pas d'effets négatifs intentionnels - et c'est un très grand «si». Mais si nous surmontons la barrière thérapeutique, je me demande comment je réagis au fait que moi, ou mes enfants, serons améliorés et deviendrons plus forts ou plus intelligents. Je répète que si cela est sûr et fonctionne réellement, je soupçonne que beaucoup de gens accepteront facilement une mise à niveau, bien que je doive me demander si l'apparition de nouveaux génomes améliorés se produira - nous utiliserons le transcodage à l'échelle du génome ou des technologies comme CRISPR - à çaque nous changerons complètement.Qu'est-ce que cela va devenir dans les années et décennies à venir - on ne peut que deviner. Mais à l'heure actuelle, des outils sont déjà en cours de création qui peuvent nous donner l'occasion de faire plus que d'introduire quelques nouvelles améliorations, explique Pam Silver, ingénieur bio de Harvard: "Seule votre imagination vous limitera." Elle travaille sur le projet GP-Write, qui se concentre sur la production d'acides aminés que les gens obtiennent avec de la nourriture. Son opinion est soutenue par le généticien Charles Cantor, professeur émérite à l'Université de Boston qui m'a aidé à participer à mon séquençage d'ADN en 2002 au Sequenom. Cantor pense que les scientifiques et les éthiciens sont trop timides. «Quand j'imagine éditer le génome», dit-il, «j'aime penser aux différents genres dans lesquels les gens peuvent écrire des compositions.Personnellement, j'aime la fiction - trouver des génomes complètement nouveaux, par exemple, pour créer des gens qui tirent leur énergie de la photosynthèse ou des plantes qui marchent. »Le fait que les chercheurs réfléchissent sérieusement aux cellules capables de résister aux virus ou aux plantes ambulantes rend encore plus important pour les scientifiques comme Church, Hessel et Boeke, ainsi que les jeunes chercheurs comme Hisolly, de partager leur travail publiquement et pour les des projets comme GP-Write - travaillez de manière transparente et respectez les normes chaque fois que possible. «Je pense que le public devrait rassurer les scientifiques en pensant à cela, et pas seulement prendre et faire quelque chose de la catégorie des génies fous», a déclaré Nicole Lockhart, directrice des recherches du National Institutes of Health sur les conséquences éthiques, juridiques et sociales. Ou, comme le dit Hessel: "Peut-être que nous ne serons pas en mesure d'empêcher les méchants d'utiliser cette technologie, mais comme cela apparaîtra, il est toujours préférable d'en parler ouvertement."Lors d'une de mes dernières visites au laboratoire, j'ai demandé à Hisoli quel chromosome ils allaient expérimenter la prochaine fois qu'ils finiraient de synthétiser mon Y.«Nous ne savons pas encore», dit-elle. Peut-être l'un des petits chromosomes restants, 21 ou 22. Church l'encourage, elle et son équipe, à tenter leur chance avec le chromosome X."Mais pour l'instant, ce sera un peu trop", dit Hisolly, étant donné qu'elle a plus de 10 fois plus de gènes en elle et qu'elle est beaucoup plus grande que Y.Je lui demande soigneusement la séquence qu'ils utiliseront dans le cas de ceci et d'autres chromosomes pour créer les restes d'un génome humain artificiel transcodé.«Nous pourrions utiliser le vôtre», dit-elle, me souriant à peine avant de se détourner et de continuer à travailler.