Une nouvelle méthode inverse la résistance aux insecticides grâce à la technologie CRISPR/Cas9

Les insecticides jouent un rôle central dans les efforts visant à contrer les impacts mondiaux du paludisme propagé par les moustiques et d’autres maladies, qui causent environ 750 000 décès chaque année. Ces produits chimiques spécifiques aux insectes, dont le développement et la mise sur le marché ont coûté plus de 100 millions de dollars, sont également essentiels pour contrôler les dommages causés par les insectes sur les cultures qui posent un défi à la sécurité alimentaire.

Mais au cours des dernières décennies, de nombreux insectes se sont génétiquement adaptés pour devenir moins sensibles à la puissance des insecticides. En Afrique, où les moustiquaires imprégnées d’insecticide longue durée et la pulvérisation intérieure sont des armes majeures dans la lutte contre le paludisme, de nombreuses espèces de moustiques à travers le continent ont développé une résistance aux insecticides qui réduit l’efficacité de ces interventions clés. Dans certaines régions, le changement climatique devrait exacerber ces problèmes.

Les biologistes de l’Université de Californie ont maintenant développé une méthode qui inverse la résistance aux insecticides en utilisant la technologie CRISPR/Cas9. Une équipe comprenant les chercheurs de l’UC Santa Barbara Craig Montell et Menglin Li, les chercheurs de l’UC San Diego Bhagyashree Kaduskar, Raja Kushwah et le professeur Ethan Bier du Tata Institute for Genetics and Society (TIGS) de l’UCSD a utilisé l’outil d’édition génétique pour remplacer un gène résistant aux insecticides dans mouches des fruits avec la forme normale sensible aux insecticides. Leur réalisation, décrite dans Communication Nature, pourrait réduire considérablement la quantité d’insecticides utilisés.

« Cette stratégie pourrait être utilisée pour inverser la résistance des vecteurs de maladies des moustiques qui propagent des maladies dévastatrices qui affectent des centaines de millions de personnes chaque année », a déclaré Craig Montell, professeur de biologie moléculaire, cellulaire et développementale à l’UC Santa Barbara.

« Cette technologie pourrait également être utilisée pour augmenter la proportion d’une variante génétique naturelle chez les moustiques qui les rend réfractaires à la transmission ou aux parasites du paludisme », a déclaré Bier, professeur de biologie cellulaire et du développement à l’UCSD et auteur principal de l’article.

Les chercheurs ont utilisé un type modifié de forçage génétique, une technologie qui utilise CRISPR/Cas9 pour couper des génomes sur des sites ciblés, afin de propager des gènes spécifiques dans une population. Lorsqu’un parent transmet des éléments génétiques à sa progéniture, la protéine Cas9 coupe le chromosome de l’autre parent au site correspondant et l’information génétique est copiée à cet endroit afin que toute la progéniture hérite du trait génétique. Le nouveau forçage génétique comprend un module complémentaire que Bier et ses collègues ont précédemment conçu pour biaiser l’héritage de variantes génétiques simples (également appelées allèles) en coupant également, en même temps, une variante génétique indésirable (par exemple, résistante aux insecticides) et en le remplaçant par la variante préférée (par exemple, sensible aux insecticides).

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé cette stratégie de « pulsion allélique » pour restaurer la sensibilité génétique aux insecticides, similaire aux insectes dans la nature avant qu’ils n’aient développé une résistance. Ils se sont concentrés sur une protéine d’insecte connue sous le nom de canal sodique voltage-dépendant (VGSC), qui est la cible d’une classe d’insecticides largement utilisée. La résistance à ces insecticides, souvent appelée la résistance knockdown, ou « kdr, » résulte de mutations dans le vgs gène qui ne permet plus à l’insecticide de se lier à sa protéine cible VGSC. Les auteurs ont remplacé un résistant kdr mutation avec son homologue naturel normal qui est sensible aux insecticides.

A partir d’une population constituée à 83% kdr (résistants) et 17 % d’allèles normaux (sensibles aux insecticides), le système d’entraînement allélique a inversé cette proportion à 13 % de résistants et 87 % de type sauvage en 10 générations. Bier note également que les adaptations conférant une résistance aux insecticides ont un coût évolutif, ce qui rend ces insectes moins adaptés au sens darwinien. Ainsi, associer le forçage génétique à l’avantage sélectif de la variante génétique de type sauvage la plus adaptée aboutit à un système hautement efficace et coopératif, dit-il.

Des systèmes d’entraînement allélique similaires pourraient être développés chez d’autres insectes, y compris les moustiques. Cette preuve de principe ajoute une nouvelle méthode aux boîtes à outils de lutte contre les ravageurs et les vecteurs, car elle pourrait être utilisée en combinaison avec d’autres stratégies pour améliorer les mesures à base d’insecticides ou de réduction des parasites afin de réduire la propagation du paludisme.

« Grâce à ces stratégies de remplacement allélique, il devrait être possible d’atteindre le même degré de lutte antiparasitaire avec beaucoup moins d’application d’insecticides », a déclaré Bier. « Il devrait également être possible de concevoir des versions auto-éliminatrices de pulsions alléliques programmées pour n’agir que de manière transitoire dans une population afin d’augmenter la fréquence relative d’un allèle souhaité, puis de disparaître. De telles pulsions alléliques à action locale pourraient être réappliquées si nécessaire pour augmenter l’abondance d’un trait préféré d’origine naturelle, le critère ultime étant qu’il ne reste plus d’OGM dans l’environnement. »

« Une possibilité intéressante consiste à utiliser des pulsions alléliques pour introduire de nouvelles versions du VGSC qui sont encore plus sensibles aux insecticides que les VGSC de type sauvage », a suggéré Montell. « Cela pourrait potentiellement permettre d’introduire des niveaux encore plus faibles d’insecticides dans l’environnement pour lutter contre les ravageurs et les vecteurs de maladies. »