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En résumé
L'interférence à ARN est un processus cellulaire endogène, c’est-à-dire qu’il existe de manière naturelle dans toutes les cellules, dans lequel des molécules d'ARN sont utilisées pour bloquer l’expression des gènes de manière ciblée. Ce procédé est utilisé en biotechnologie pour produire des pesticides et des plantes génétiquement modifiées.
Comment fonctionne et à quoi sert l'interférence à ARN?
L’interférence ARN sert à réguler ou réduire au silence l’expression d’un ou plusieurs gènes cibles. Il est aussi une composante essentielle du système de défense des plantes car il est utilisé par la plante pour reconnaître et repousser l'ARN étranger, provenant de virus notamment. Pour répliquer leur matériel génétique, de nombreux virus passent par un stade de long brin double d’ARN (ARNdb), une forme d’ARN rare dans la cellule, qui est détruite si elle est détectée. Le processus d’interférence à ARN est déclenché lorsqu'une cellule reconnaît un ARNdb viral et le coupe en morceaux courts. La machinerie cellulaire d’interférence ARN utilise ensuite la similarité de séquence qui existe entre ces courts fragments d’ARNdb et l’ARNm viral pour reconnaître et détruire spécifiquement cet ARNm viral. La destruction de l’ARNm bloque la production de protéines virales et, donc, la réplication du virus.
Ce processus cellulaire interne peut être exploité en introduisant délibérément des ARN double brin (ARNdb) synthétique dans la cellule. Si ces fragments d’ARN sont complémentaires à un ARN messager (ARNm) codant pour une protéine végétale, ils interfèrent avec sa fonction et prennent le nom d’ARN interférents (ARNi). En effet, comme ces ARNi sont complémentaires à l’ARNm endogène, l’action de la machinerie de l’interférence à ARN conduit à la destruction de l’ARNm végétal. La biosynthèse de la protéine est temporairement interrompue et le gène réduit au silence. L’interférence à ARN permet de bloquer l’expression des gènes de manière ciblée par l’introduction dans la cellule de fragments d’ARN synthétiques.
Applications
Ce procédé trouve diverses applications en agriculture. Beaucoup sont en phase de test et de commercialisation.
Pesticides
Les pesticides composés d’ARNi devraient combattre les ravageurs en réduisant au silence l’expression de leurs gènes. Cette méthode aurait l'avantage que même les plantes sauvages et économiquement inintéressantes comme les adventices pourraient être altérées de l'extérieur sans subir de transformation définitive de leur génome. Le plus grand obstacle est d’obtenir une préparation pulvérisable qui permet d'introduire les ARNi dans la plante. Ceci n'est pas tout à fait banal, car ces molécules sont relativement grandes et chargées électriquement.
Monsanto travaille au développement d’une ligne de produits basés sur les ARNi, appelée BioDirectTM. Les produits dont le développement est plus avancé sont un pesticide à base d’ARNi contre le doryphore de la pomme de terre et une solution de sucre contenant des ARNi pour combattre les acariens Varroa infectant les abeilles. La solution sucrée a été développée par la société israélienne Beeologics, rachetée par Monsanto en 2011. D'autres produits BioDirectTM se concentrent sur la lutte contre les Tospovirus et l'altise du canola. Cette technologie doit également être utilisée dans un spray contenant des ARNi qui éliminerait l’expression des gènes de résistance au glyphosate dans des « mauvaises herbes », les rendant à nouveau susceptible à l’herbicide. Par conséquent, un produit combinant glyphosate (RoundupTM) et ARNi (BioDirectTM) est développé pour combattre les mauvaises herbes résistantes au glyphosate.
Syngenta travaille également à la commercialisation de divers pesticides se basant sur la technologie d’ARNi, dont un insecticide contre le doryphore de la pomme de terre. En 2012, Syngenta a fait l'acquisition de Devgen, qui développe des sprays à base ARNi, pour USD 523 million.
Plantes transgéniques
Les plantes peuvent être génétiquement modifiées (PGM) de telle sorte qu'elles synthétisent elles-mêmes les ARNi spécifiques pour la destruction des insectes. L'avantage sur les pulvérisations est que la plante est protégée en permanence des parasites. Si les parasites absorbent les molécules d'ARNi via la plante, le processus d'interférence ARN est déclenché et les gènes vitaux des insectes sont réduits au silence.
Aux États-Unis, l'Agence de Protection de l’Environnement (EPA) a approuvé l'utilisation des ARNi dans le maïs pour la première fois en juin 2017. La graine de maïs contient l'ARN DvSnf7, qui désactive le gène Snf7, essentiel à la survie de la chrysomèle des racines du maïs. Lorsque le ravageur absorbe l'ARN DvSnf7 via la plante, le processus de l'ARNi est déclenché. Ce maïs est déjà autorisé à la culture dans certains pays. Dans l'UE, son autorisation à l’importation en tant que denrée alimentaire et aliment pour animaux est en cours d’examination. Selon Monsanto, le premier produit commercial, Smart-Stax ProTM, une collaboration entre Monsanto et Dow, devrait être lancé prochainement. Smart-Stax ProTM est une ligne de plantes OGM, modifiées pour exprimer diverses toxines Bt et l’ARN DvSnf7 pour la défense contre les insectes. L’introduction de la technologie ARNi dans les plantes par génie génétique ne se limite pas à la lutte contre les insectes, mais est en train d’être étendue au développement d'une résistance aux virus dans les plantes cultivées comme la papaye, les haricots, les tomates, les bananes, etc.
Les plantes peuvent également être manipulées pour éliminer certains caractères indésirables. Les pommes Arctic Apples [voir l’article sur les pommes sous l’onglet « Organismes »] et les pommes de terre Innate sont déjà commercialisées. Celles-ci ne brunissent plus lorsqu'elles sont tranchées. Les pommes de terre sont également plus résistantes contre les taches noires qui apparaissent pendant le transport et le stockage et produisent moins d'acrylamides toxiques lors du chauffage, du brunissage ou de la friture. Des fèves de soja à teneur modifiée en huile sont également déjà commercialisées et autorisées pour l'importation de denrées alimentaires et d'aliments pour animaux dans l'UE. Il s'agit du soja des sociétés Monsanto (Vistive GoldTM) et Pioneer (TreusTM et PlenishTM). Des recherches sont en cours sur de nombreuses autres plantes dont la composition nutritive a été modifiée, comme le café décaféiné ou les arachides sans allergènes.
Risques et incertitudes
- Les ARNi manquent de spécificité dans les organismes dans lesquels ils pénètrent ou sont exprimés. Il est prouvé qu’ils désactivent souvent non seulement le gène cible, mais aussi des gènes collatéraux, similaires en séquence mais qui ne devraient pas être pris pour cible par les ARNi. Comme ces ARN sont très courts (21-23 nucléotides), ils possèdent habituellement la capacité de se lier à plusieurs séquences de base complémentaires dans le génome de l'organisme cible et d’interférer avec leur fonctionnement.
- La similitude de séquence peut également conduire à la désactivation de gènes chez des organismes non ciblés, à condition qu'ils soient exposés aux molécules d'ARNi et qu'ils soient capables d’interférence à ARN.
- La culture à grande échelle de PGMs exprimant des ARNi ou l'utilisation généralisée de pesticides à base d'ARNi entraînerait la libération de grandes quantités de molécules d'ARNi dans l'environnement. Le temps de survie des molécules d'ARNi dans l'environnement et l'exposition qui en résulte pour les organismes non ciblés sont largement inconnus. Cependant, une étude menée en 2012 (REF) a montré que les ARNi spécifiques aux plantes représentent 5 à 10% des ARNi trouvés chez l'homme et que ces ARNi sont probablement assimilés après l’ingestion de plantes de culture.
- Cet apport d’ARNi peut provoquer une réponse immunitaire chez les mammifères. On ne sait pas très bien comment le système immunitaire d'autres organismes réagit à l'apport d'ARNi ou comment une telle stimulation immunitaire influencerait la viabilité des organismes non ciblés.
- De grandes quantités de molécules d'ARNi étrangères peuvent saturer les mécanismes de l'interférence à ARN de la cellule et ainsi nuire à l'efficacité avec laquelle la cellule régule l'expression de ses propres gènes. Il n'est pas clair si les PGMs produisent suffisamment de molécules d'ARNi pour que cette saturation se produise.
- En plus de l'ARNi, les PGMs Smart-Stax Pro contient également diverses toxines Bt pour combattre la chrysomèle des racines du maïs. Il faut donc évaluer le potentiel d'interaction possible entre ces différents insecticides. Cependant, les études sur les effets synergiques possibles font défaut.
- Non seulement la technologie, mais aussi les nouvelles fonctionnalités peuvent présenter des risques pour les personnes et l'environnement. Dans le cas des cultures à teneur modifiée en éléments nutritifs, comme le soja à teneur modifiée en huile, il est particulièrement important d'évaluer l'impact de ces produits sur la santé humaine. Toutefois, il n'existe pas de directive appropriée pour l'évaluation de la sécurité de ces cultures.
Explication des termes:
Fonction de l’ARN : Dans une cellule végétale, l’information génétique, stockée sous forme d’ADN, est copiée en ARN puis cet ARN messager (ARNm) est traduit par les ribosomes, la machine de biosynthèse des protéines de la cellule. L’ARN messager est une copie temporaire qui sert à transporter l’information génétique. Il est donc un intermédiaire dans l’expression de cette information génétique.
Virus, ARNm et interférence à ARN : Les virus utilisent la machinerie normale d’expression des protéines de la cellule pour fabriquer la capside virale, une coque servant à protéger le matériel génétique viral lors de l’infection de nouvelles cellules . L’information génétique virale est donc copiée sous forme d’ARN messager (ARNm) qui sert de plan à la fabrication des protéines virales. En détruisant spécifiquement l’ARNm viral, la machinerie d’interférence à ARN empêche le virus de former une capside qui lui permettra de contaminer d’autres cellules.
Nous utilisons les abréviations suivantes : ARN double brin (ARNdb), ARN messager (ARNm), ARN interférent (ARNi). Il existe deux classes ARN interférents : les microARN (ARNmi) et les petits ARN interférents (ARNsi: small interfering RNA). Le mécanisme d’interférence peut varier si on parle d’ARNmi ou d’ARNsi mais le résultat de l’interférence est toujours une désactivation de l’expression du gène cible.
D’autres termes sont expliqués dans l’article traitant de la Mutagénèse dirigée par oligonucléotides.