Les moustiques propagent des virus qui causent des maladies potentiellement mortelles telles que le Zika, la dengue et la fièvre jaune. Une nouvelle recherche financée par l’armée américaine utilise l’édition de gènes pour rendre certains moustiques mâles infertiles et ralentir la propagation de ces maladies.
Des chercheurs de l’Institute for Collaborative Biotechnologies de l’armée et de l’Université de Californie à Santa Barbara ont utilisé un outil d’édition de gènes connu sous le nom de CRISPR-Cas9 pour cibler un gène spécifique lié à la fertilité chez les moustiques mâles. CRISPR-Cas9 est un outil d’édition du génome qui crée un buzz dans le monde scientifique, selon yourgenome.org. C’est « plus rapide, moins cher et plus précis que les techniques précédentes d’édition de l’ADN et a un large éventail d’applications potentielles ».
Les chercheurs ont expérimenté les moustiques Aedes aegypti, que l’on trouve dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées du monde entier. L’étude, publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences, a permis de discerner comment une mutation peut supprimer la fertilité des moustiques femelles.
« C’est encore un exemple plus important et passionnant de la façon dont les outils de biologie synthétique démontrent une utilité inégalée », a déclaré le Dr James Burgess, directeur du programme ICB pour le US Army Combat Capabilities Development Command, maintenant connu sous le nom de DEVCOM, Army Research Laboratory. « Dans ce cas, il s’agit d’une augmentation de la précision de la tronçonneuse au scalpel conduisant au résultat biochimique correct qui pourrait réduire considérablement la population d’un moustique très infectieux. »
Pour gérer les populations, les scientifiques utilisent une pratique de lutte antivectorielle appelée technique de l’insecte stérile dans laquelle ils élèvent un grand nombre d’insectes mâles stériles et ils relâchent ensuite ces mâles en nombre qui dépasse leurs homologues sauvages. Les femelles qui s’accouplent avec des mâles stériles avant d’en trouver un fertile sont elles-mêmes rendues infertiles, diminuant ainsi la taille de la génération suivante.
Répéter cette technique plusieurs fois a le potentiel de faire exploser la population car chaque génération est plus petite que la précédente ; relâcher un nombre similaire de mâles stériles a un effet plus fort au fil du temps.
La technique de l’insecte stérile est efficace pour lutter contre un certain nombre de ravageurs agricoles, notamment la mouche méditerranéenne des fruits, un ravageur des cultures en Californie. Elle a également été tentée avec des moustiques Aedes aegypti, mais avec un succès limité.
Dans le passé, les scientifiques utilisaient des produits chimiques ou des radiations pour stériliser les mâles Aedes aegypti, mais les produits chimiques ou les radiations avaient un tel impact sur la santé des moustiques qu’ils réussissaient moins bien à s’accoupler avec les femelles, ce qui sape l’efficacité de la technique des insectes stériles.
L’équipe de recherche voulait identifier une approche plus ciblée avec moins de dommages collatéraux, en mutant un gène chez les moustiques qui causait spécifiquement la stérilité mâle sans autrement affecter la santé des insectes.
« Lorsque CRISPR/Cas9 est sorti il y a plusieurs années, il offrait simplement de nouvelles opportunités de faire des choses que vous ne pouviez pas faire auparavant », a déclaré le Dr Craig Montell, professeur distingué à l’UC Santa Barbara. « Donc, le moment nous a semblé opportun de commencer à travailler sur Aedes aegypti. »
En utilisant l’édition de gènes chez le mâle Aedes aegypti, les chercheurs ont découvert que les moustiques mâles mutants ne produisaient aucun sperme et, contrairement aux efforts précédents, les étalons stériles étaient par ailleurs en parfaite santé ; cependant, l’équipe ne savait pas si le sperme, bien que le sperme défectueux des mâles stériles, était nécessaire pour rendre les moustiques femelles infertiles, ou si le transfert de liquide séminal était tout ce qu’il fallait.
Dans une expérience, les chercheurs ont introduit 15 mâles mutants dans un groupe de 15 femelles pendant 24 heures. Ensuite, ils ont échangé les mâles contre 15 mâles de type sauvage et les ont laissés là.
« Essentiellement, toutes les femelles sont restées stériles », a déclaré Montell. « Cela a confirmé que les mâles pouvaient supprimer la fertilité féminine sans produire de spermatozoïdes. »
Ensuite, les chercheurs ont cherché à déterminer comment le timing jouait dans l’effet. Ils ont exposé les femelles à des mâles mutants pendant des durées différentes. Les scientifiques ont remarqué peu de différence après 30 minutes, mais la fertilité féminine a rapidement chuté après cela. Montell a noté que les femelles ont copulé deux fois en moyenne, même pendant les 10 premières minutes. Cela indiquait que les femelles devaient s’accoupler avec de nombreux mâles stériles avant de devenir elles-mêmes stériles.
La combinaison des femelles avec les mâles pendant quatre heures a réduit la fertilité des femelles à 20 % des niveaux normaux. Après huit heures, les chiffres ont commencé à se stabiliser autour de 10 %.
Selon Montell, les populations d’Aedes aegypti pourraient facilement rebondir après une baisse de 80% de la fertilité. Le succès de la technique des insectes stériles provient des lâchers successifs ultérieurs de mâles stériles, où chaque lâcher sera plus efficace que le précédent car les mâles stériles représentent une proportion toujours croissante de la population.
L’équipe prévoit de continuer à étudier les comportements d’accouplement et la fertilité des moustiques. Ils élaborent un moyen de maintenir des stocks de mâles afin qu’ils ne soient stériles que dans la nature et non en laboratoire. En outre, ils caractérisent le comportement d’accouplement des mâles pour découvrir de nouvelles façons de supprimer les populations de moustiques.
« Nous sommes devenus très intéressés par l’étude de nombreux aspects du comportement dans Aedes aegypti parce que ces moustiques ont un impact sur la santé de tant de personnes », a déclaré Montell. « Il y a chaque année une pandémie de maladies transmises par les moustiques. »
L’ICB est un centre de recherche universitaire affilié parrainé par l’armée et dirigé par l’Université de Californie à Santa Barbara, en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology, le California Institute of Technology et des partenaires de l’armée et de l’industrie. Des équipes interdisciplinaires de biologistes, de chimistes, de physiciens, de psychologues, de médecins et d’ingénieurs développent des innovations technologiques révolutionnaires d’inspiration biologique dans les systèmes et la biologie synthétique, les matériaux bio-activés et les neurosciences cognitives.
