MOET-assisted CRISPR/Cas9-mediated MSTN genome editing in caprine embryos by electroporation and embryo transfer

Dans le monde de l'élevage, l'objectif est depuis longtemps d'améliorer les animaux qui fournissent de la nourriture et des moyens de subsistance à des millions de personnes. Pendant des décennies, les éleveurs et les scientifiques se sont appuyés sur la sélection généalogique, attendant que la nature produise des animaux dotés de meilleurs traits, ou utilisant des technologies de reproduction pour multiplier la progéniture des meilleurs individus. Cependant, ce processus est lent et limité par la variation génétique déjà présente dans le troupeau. Un outil plus récent, connu sous le nom d'édition du génome, offre un moyen d'apporter des modifications précises au code génétique d'un animal, permettant potentiellement d'introduire des traits désirables bien plus rapidement que les méthodes traditionnelles. Un gène spécifique, qui agit comme un frein naturel à la croissance musculaire, est devenu une cible principale pour cette technologie. Lorsque ce frein est desserré ou supprimé, les animaux développent plus de muscles, un trait très précieux pour la production de viande. Le défi réside dans l'administration des outils d'édition aux stades les plus précoces de la vie sans endommager l'embryon délicat, une tâche qui exige un équilibre entre précision et délicatesse.

Une équipe de chercheurs de l'Institut central de recherche sur les chèvres en Inde a franchi une étape importante vers la résolution de ce défi en combinant deux techniques établies : une méthode pour collecter de nombreux embryons à la fois et un moyen d'administrer les outils génétiques en eux sans chirurgie invasive. Les chercheurs se sont concentrés sur le gène de la myostatine, le régulateur naturel qui limite la taille des muscles chez les chèvres. Leur objectif était de voir s'ils pouvaient désactiver temporairement ce gène dans des embryons de chèvre juste après la fertilisation, en utilisant un outil moléculaire qui agit comme une paire de ciseaux pour couper l'ADN à un endroit spécifique. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique appelée électroporation, qui utilise des impulsions électriques brèves et contrôlées pour ouvrir de minuscules trous temporaires dans la membrane cellulaire, permettant aux outils d'édition de s'y glisser. Cette approche évite la nécessité d'injecter chaque embryon individuellement avec une aiguille, un processus difficile et chronophage lorsqu'on traite de nombreux embryons à la fois.

L'étude a débuté avec huit chèvres femelles qui ont été traitées avec des hormones pour produire plusieurs œufs en même temps, un processus appelé superovulation. Les chercheurs ont collecté soixante-dix-huit œufs fécondés, ou zygotes présumés, à partir de ces animaux en utilisant une procédure chirurgicale peu invasive. Ces minuscules embryons ont ensuite été placés dans une solution contenant les outils d'édition génétique, qui consistaient en une protéine et une molécule guide conçue pour trouver le gène de la myostatine. Le groupe a été soumis à trois impulsions électriques courtes, chacune durant trois millisecondes, pour aider les outils à pénétrer dans les cellules. Après le traitement électrique, les embryons ont été placés dans un environnement chaud et contrôlé pour croître. Remarquablement, les soixante-dix-huit embryons se sont développés jusqu'au stade morula en culture, dont deux ont progressé davantage pour devenir des blastocystes, un stade de développement plus avancé.

Pour vérifier que l'édition avait réellement fonctionné, les scientifiques ont examiné quatre embryons au stade morula. Ils ont extrait le matériel génétique de ces cellules et ont cherché des signes montrant que le gène de la myostatine avait été coupé et réparé avec des erreurs, ce qui est la manière dont le gène est désactivé. L'analyse a montré que trois des quatre embryons, soit 75 pour cent, portaient la modification génétique prévue. Cela a confirmé que la méthode électrique avait réussi à administrer les outils d'édition et que les outils fonctionnaient correctement à l'intérieur des cellules en développement. Les chercheurs sont ensuite passés à la phase critique suivante : voir si ces embryons édités pouvaient se développer en fœtus à l'intérieur d'une chèvre mère. Ils ont sélectionné quatre embryons ayant atteint le stade de quatre cellules et les ont transférés dans une seule chèvre femelle dont la gestation avait été synchronisée pour être prête à la grossesse.

Le transfert a été un succès. La chèvre receveuse est tombée enceinte, et les échographies ont confirmé la présence de fœtus sains avec des cœurs battants. Malheureusement, la chète mère est décédée d'une pneumonie à cinquante-sept jours de gestation, bien avant que la grossesse n'atteigne son terme. Cependant, les chercheurs ont pu récupérer deux fœtus intacts dans l'utérus. Les deux fœtus semblaient normaux en forme et en taille, sans signes visibles de problèmes de développement, ce qui suggère que le processus d'édition n'a pas nui à leur croissance. L'équipe a ensuite testé le matériel génétique provenant des oreilles de ces deux fœtus pour voir si le gène de la myostatine avait été édité. Les résultats ont montré qu'un des fœtus, un mâle, portait la modification génétique, tandis que la femelle ne la portait pas. Ce résultat souligne que même lorsque les embryons reçoivent le même traitement, l'édition peut se produire chez certains mais pas chez d'autres, une variation connue dans ce type de science.

Ce travail démontre qu'il est possible de combiner la collecte de plusieurs embryons à partir d'un donneur avec une méthode de livraison électrique non invasive pour éditer le génome de chèvres. L'étude prouve que les embryons peuvent survivre aux impulsions électriques, continuer à se développer en laboratoire et s'implanter avec succès dans une receveuse pour se développer en fœtus. Bien que l'édition n'ait pas été un succès dans chaque cas, le fait que la modification ait été détectée tant dans les embryons précoces cultivés en laboratoire que dans un fœtus ayant se développé à l'intérieur d'une mère montre que l'approche est viable. Les chercheurs ont établi un protocole reliant la récupération d'embryons à partir d'un donneur de valeur, l'application de l'édition du génome et le transfert de ces embryons à une mère de substitution. Cette plateforme intégrée constitue une base pour les efforts futurs visant à créer des chèvres dotées d'une croissance musculaire accrue, offrant une voie plus efficace pour améliorer les traits du bétail que la sélection traditionnelle seule.