Introduction

Tous les organismes abritent une variété de gènes qui violent l’hypothèse d’une transmission égale, augmentant au contraire égoïstement leur fréquence dans les générations suivantes (appelé drive) à un coût pour le génome dans son ensemble. De tels gènes égoïstes peuvent constituer une proportion substantielle du génome et présentent un éventail de stratégies pour favoriser leur propagation . Certains lecteurs de gènes sont des distordeurs de transmission qui ciblent la gamétogenèse pour s’assurer qu’ils sont surreprésentés dans les ovules ou les spermatozoïdes après la méiose, ce qui entraîne une distorsion efficace de la transmission. De tels moteurs méiotiques ont été décrits pour la première fois il y a près d’un siècle et ont été caractérisés chez les plantes, les insectes et les mammifères. Ils peuvent être autosomiques (par exemple, l’haplotype t chez la souris domestique Mus musculus, qui est transmis par les mâles jusqu’à 100 % de la progéniture) ou liés à l’un des chromosomes sexuels, ce qui entraîne une distorsion du rapport des sexes (par exemple, SR chez les mouches, qui provoque jusqu’à 100 % de filles). On a récemment mis au point des systèmes synthétiques d’entraînement des gènes qui produisent des résultats similaires – se transmettant à presque toute la progéniture. Si des systèmes d’entraînement génique synthétiques peuvent être construits et insérés dans des populations de ravageurs, ils pourraient se propager rapidement, perturbant potentiellement la fonction d’un gène vital, ce qui entraînerait l’extinction de la population ou la conversion de toute la population en mâles. Par ailleurs, le système d’entraînement génétique pourrait transporter un ensemble de gènes visant à modifier de façon permanente la population cible. Parmi les modifications possibles, on peut citer l’incapacité des moustiques à transmettre la malaria ou l’augmentation de leur vulnérabilité aux pesticides.

Le potentiel de l’exploitation des systèmes d’entraînement génique dans le contrôle des principaux parasites a été accueilli avec enthousiasme et scepticisme. Cette approche a été saluée comme un mécanisme révolutionnaire et efficace pour contrôler les maladies transmises par les insectes et les ravageurs des cultures, étant très ciblée et potentiellement beaucoup moins chère que les méthodes conventionnelles telles que les pesticides . Cependant, la mise en œuvre de cette technique dans les populations sauvages se heurte à divers obstacles, tant techniques qu’éthiques. Il est urgent de comprendre comment les systèmes d’entraînement naturels se propagent dans les populations si nous voulons prédire les résultats de la dissémination d’un entraînement synthétique. L’un des principaux obstacles est le risque que les populations cibles acquièrent rapidement la capacité de supprimer le système d’entraînement, ce qui le rendrait inefficace, comme cela a été observé pour les systèmes d’entraînement naturels. Alors, que savons-nous actuellement de la dynamique des moteurs génétiques ?

Etendue du numéro spécial

Ce numéro spécial comprend 14 contributions, couvrant un large éventail d’aspects des moteurs génétiques naturels et synthétiques dans une gamme d’espèces animales et végétales. Nous les présentons et les discutons ci-dessous, regroupées en trois grands thèmes : (i) les systèmes d’entraînement synthétiques, (ii) les systèmes d’entraînement naturels, et (iii) le succès de la mise en œuvre et les considérations éthiques plus larges des entraînements génétiques.

(a) Systèmes d’entraînement synthétiques

Le dossier spécial commence par deux revues. Le premier, Ritchie & Staunton , réfléchit aux leçons à tirer de 20 ans de participation au programme le plus avancé d’intervention par entraînement génétique : l’utilisation de l’endosymbiont Wolbachia pour supprimer la transmission de virus par les moustiques. Ils évoquent l’histoire de la lutte contre les moustiques, des pesticides aux ennemis naturels en passant par les lâchers de mâles stériles, ainsi que les limites de ces approches qui ont conduit au besoin urgent de solutions plus efficaces. Ils abordent ensuite la découverte d’une souche du parasite intracellulaire Wolbachia qui, lorsqu’elle est insérée dans les moustiques Aedes aegypti, réduit la transmission de la dengue aux humains. Cette souche de Wolbachia se propage dans les populations de moustiques par incompatibilité cytoplasmique : les œufs des femelles non infectées ne peuvent être fécondés par des mâles infectés par Wolbachia, mais les œufs des femelles infectées peuvent être fécondés par des mâles infectés et non infectés, ce qui confère aux femelles infectées un avantage en termes de fitness. Depuis le lâcher de ces moustiques à Cairns, en Australie, la ville est exempte de dengue, ce qui en fait l’intervention de gene drive la plus réussie à ce jour.

La deuxième revue, par Barrett et al , se concentre sur le gene drive dans les plantes ; un domaine où relativement peu de travaux de gene drive ont été réalisés. Ils résument bon nombre des opportunités et des questions clés, et discutent des stratégies d’utilisation du gene drive synthétique pour améliorer le contrôle des mauvaises herbes. Une approche clé est la suppression directe des populations en tuant les espèces végétales cibles. Cependant, ils suggèrent qu’une approche plus utile pourrait être la modification, rendant les espèces de mauvaises herbes plus vulnérables aux techniques de contrôle traditionnelles telles que les pesticides. Pour les utilisations agricoles, cela présente un énorme potentiel, car cela limite l’effet de destruction du conducteur aux populations ciblées par les pesticides, réduisant radicalement tout impact du conducteur sur les populations non ciblées. Une autre utilisation intéressante consiste à améliorer la survie des espèces végétales menacées en introduisant des gènes utiles spécifiques, tels que la tolérance à la sécheresse, dans les populations vulnérables. La revue met notamment en lumière la question des banques de graines, c’est-à-dire la persistance à long terme des graines dans le sol. Barrett et al. montrent que la banque de graines peut ralentir la propagation du gene drive en agissant comme un réservoir de graines de type sauvage. Cette question est en grande partie propre aux plantes, bien qu’elle puisse peut-être s’appliquer aux animaux ayant des phases cryptobiotiques, comme les tardigrades, les nématodes et les rotifères.

Beaghton et al. se concentrent sur le drive par conversion de gènes, qui est devenu relativement facile à construire grâce à l’avènement de CRISPR/Cas9. Ce type d’entraînement utilise une nucléase synthétique qui se copie sur des chromosomes homologues, ce qui lui permet de se propager rapidement dans les populations. Si la commande perturbe un gène clé lié à la fertilité, sa propagation pourrait réduire radicalement la productivité de la population. Cet article se concentre sur la question de la résistance non fonctionnelle au niveau des gènes cibles. La modélisation et les expériences pratiques (par exemple Oberhofer et al.) ont montré que le gène ciblé peut rapidement évoluer pour devenir méconnaissable pour le conducteur, empêchant la conversion du gène et permettant à cet allèle résistant de maintenir des versions fonctionnelles du gène ciblé dans la population. Cependant, une question non appréciée est que les mutations peuvent également créer des allèles cibles méconnaissables sans maintenir la fonction du gène cible. Auparavant, cette possibilité a été largement négligée, car les allèles résistants non fonctionnels conduisent tout de même à ce que les gènes de la population soient de plus en plus endommagés. Cependant, Beaghton et al. soulignent ici que le mécanisme d’entraînement a généralement un coût. Les allèles résistants non fonctionnels ne supportent pas le coût du mécanisme d’entraînement et sont immunisés contre la conversion des gènes. Ils peuvent donc potentiellement se propager dans les populations contenant le mécanisme d’entraînement, réduisant ainsi la propagation de ce dernier. C’est une excellente illustration de l’importance pour la modélisation et le travail empirique de s’informer étroitement l’un l’autre pendant la conception et l’utilisation d’un drive synthétique.

L’article suivant, par Holman , modélise également un domaine intéressant mais inexploré du gene drive, l’utilisation potentielle de drivers méiotiques synthétiques chez les espèces avec des systèmes de détermination du sexe ZW. Chez les organismes ZW comme les papillons et les oiseaux, les femelles ont des chromosomes sexuels hétérozygotes. Le modèle suggère que les conducteurs de chromosomes Z déchiquetés en W, dont les femelles porteuses ne produisent que des fils, devraient se répandre extrêmement rapidement si l’évolution de la résistance peut être évitée. Ce modèle constitue un grand pas en avant dans le développement de lecteurs de gènes pour les espèces nuisibles ZW inexplorées, y compris les trématodes qui causent la schistosomiase, et les graves parasites agricoles Lépidoptères.

Il existe également un réel intérêt pour l’utilisation de lecteurs de gènes synthétiques comme mesure de conservation pour contrôler les espèces envahissantes telles que les rats et les souris qui ont provoqué un grave déclin de nombreuses populations endémiques vulnérables d’oiseaux, de mammifères et de lézards. Godwin et al. passent en revue les possibilités d’utilisation des lecteurs de gènes pour contrôler les populations de rongeurs nuisibles. Ils examinent les systèmes d’entraînement par réparation dirigée par homologie proposés par CRISPR (qui n’ont pas encore réussi à fonctionner de manière robuste chez la souris), ainsi que la modification d’un ancien système d’entraînement très répandu chez la souris domestique, l’haplotype t, en un système d’entraînement par rapport au sexe. Un avantage de la cooptation d’un ancien système d’entraînement, dans lequel des suppresseurs n’ont pas été trouvés, est que l’évolution rapide de la résistance peut être moins problématique. Manser et al. explorent plus avant ce moteur synthétique basé sur l’haplotype t, qui est en cours de développement. L’haplotype t est un driver autosomique qui manipule les spermatozoïdes, de sorte que presque tous les descendants d’un mâle hétérozygote héritent de l’haplotype t. Le projet t-Sry vise à prélever le gène clé de détermination du sexe des mammifères, Sry, sur le chromosome Y de la souris et à l’insérer dans l’haplotype t du chromosome 17, créant ainsi « t-Sry », un gène autosomique qui transforme tous les individus qui en héritent en mâles. L’idée est d’introduire t-Sry dans les populations insulaires de souris nuisibles, transformant ainsi toute la population en mâle et l’éliminant complètement. Manser et al. explorent la dynamique de population du système t-Sry. Ils modélisent l’introduction de t-Sry dans des îles où les souris femelles ont des taux variables de polyandrie (accouplement multiple). Comme l’haplotype t endommage les spermatozoïdes, les porteurs ont peu de succès lorsque les femelles avec lesquelles ils s’accouplent s’accouplent également avec des mâles de type sauvage dont les spermatozoïdes ne sont pas endommagés. Les modèles de Manser suggèrent que les populations présentant des taux élevés de polyandrie rendront plus difficile la propagation de l’haplotype t, ce qui nécessitera un effort de libération plus important. Comme la polyandrie est répandue dans la nature, ces résultats peuvent également être pertinents pour d’autres systèmes d’entraînement qui réduisent la compétitivité des spermatozoïdes mâles.

Godwin et al. soulignent en outre certains défis biologiques, réglementaires et de sécurité clés pour l’utilisation des entraînements génétiques chez les souris. La biologie, l’écologie et le comportement des populations de rongeurs insulaires cibles restent mal connus. Au moins aussi important, ils suivent Ritchie & Staunton et George et al. en soulignant à quel point il sera crucial que les cadres réglementaires suivent le rythme de la recherche sur les lecteurs de gènes, et à quel point il est vital de s’assurer que les communautés et les parties prenantes concernées sont consultées, informées et qu’on leur donne un rôle majeur dans toute décision sur le déploiement des lecteurs.

(b) Systèmes de lecteurs naturels

Comprendre comment les systèmes de lecteurs synthétiques sont susceptibles de se propager dans la nature, avant toute libération, est essentiel pour évaluer les risques et les avantages des lecteurs synthétiques. Heureusement, l’étude des systèmes d’entraînement naturels au cours du siècle dernier a fourni des indications théoriques et empiriques considérables sur le fonctionnement des moteurs et leur propagation. Jusqu’à récemment, nous manquions de données suffisantes sur les coûts de fitness des drivers naturels pour faire des modèles sur leur propagation dans la nature qui correspondent bien aux fréquences des drivers observées dans les populations sauvages.

Dans ce dossier spécial, quatre études rapportent les coûts de fitness associés aux drivers méiotiques mâles. Ces conducteurs agissent pendant le développement des spermatozoïdes pour éliminer leur concurrence, à savoir les spermatozoïdes porteurs non conducteurs, ce qui favorise leur propre transmission. Finnegan et al. et Larner et al. et Dyer & Hall et Lea & Unckless ont mesuré les coûts de fitness chez les mâles et les femelles associés au conducteur méiotique spécifique à leur espèce, chez la mouche à queue Teleopsis dalmanni, chez la mouche des fruits Drosophila pseudoobscura, chez Drosophila recens et chez Drosophila melanogaster, Drosophila affinis et Drosophila neotestacea, respectivement. Ces coûts d’adaptation se manifestent par une réduction de la viabilité de l’œuf à l’âge adulte, une réduction de la production de la progéniture chez les femelles et une réduction du succès de la compétition des spermatozoïdes. Les coûts de fitness sont, cependant, spécifiques au trait. Lea & Unckless n’a trouvé aucune réduction de la fonction immunitaire associée à l’entraînement méiotique des mâles, et Dyer & Hall n’a trouvé aucun effet sur les préférences d’accouplement des femelles ou sur la longévité. Larner et al. et Dyer & Hall ont ensuite utilisé les coûts de fitness quantifiés pour paramétrer les modèles de génétique des populations afin de prédire les fréquences d’équilibre dans la nature. Ces fréquences prédites se sont rapprochées des fréquences observées. Il s’agit d’une étape importante dans la compréhension de la dynamique des systèmes d’entraînement naturels et, bien que les détails varient d’un système à l’autre, ces études élargissent collectivement l’appréciation des coûts d’aptitude potentiels dans la nature. Les systèmes d’entraînement étudiés dans ces quatre études se trouvent dans de grands réarrangements chromosomiques qui empêchent la recombinaison de briser les éléments d’entraînement critiques. On ignore encore dans quelle mesure ces coûts d’adaptation résultent uniquement de la réduction de la recombinaison, qui permet l’accumulation de mutations nuisibles, ou sont des effets pléiotropiques des moteurs eux-mêmes.

Les coûts d’adaptation sélectionnent également l’évolution des suppresseurs génétiques du moteur. Les suppresseurs sont présents dans la plupart des systèmes d’entraînement de la drosophile , mais pas chez D. pseudoobscura. Price et al. examinent les raisons de cette situation. Les fréquences d’entraînement faibles et stables observées dans la nature peuvent être expliquées par les coûts d’adaptation découlant de l’effet combiné de la faible capacité de compétition des spermatozoïdes des mâles SR et des coûts pour les femelles homozygotes SR. Cependant, ces coûts d’adaptation affectant la dynamique de la pulsion impliquent toujours que l’évolution de la suppression de la pulsion serait avantageuse. L’absence de suppresseurs est donc surprenante. Ce système d’entraînement de la drosophile a persisté dans la nature pendant au moins des centaines de milliers d’années, ce qui a conduit Price et al. à se demander si les anciens systèmes d’entraînement pouvaient être distincts des plus récents sur le plan évolutif. La découverte des mécanismes sous-jacents à ce système d’entraînement aiderait à clarifier s’il existe des contraintes génétiques particulières qui rendent l’évolution de la suppression moins probable, et si elles sont communes à d’autres systèmes anciens qui n’ont pas non plus évolué vers la suppression génétique .

Donc, une compréhension de l’architecture génétique des systèmes d’entraînement naturels est importante pour comprendre leurs effets et comment les conducteurs ont évolué, mais peut également aider à informer la conception de conducteurs synthétiques. Des systèmes d’entraînement par endonucléase homing ont été décrits chez la levure et les bactéries, inspirant plus tard des systèmes d’entraînement par endonucléase homing synthétiques . Le moteur synthétique Medea, développé pour le ravageur des cultures Drosophila suzukii, s’est inspiré du système d’entraînement naturel du même nom, connu chez les coléoptères Tribolium. Le développement de déchiqueteurs synthétiques du chromosome X chez les moustiques a été précédé par la découverte chez les moustiques d’un déchiqueteur naturel du chromosome X, et le déformateur synthétique du rapport sexuel en cours de développement chez la souris domestique est directement basé sur la modification de l’haplotype t . Courret et al. passent en revue les origines et les mécanismes des 19 drivers connus chez la drosophile, montrant que presque tous les systèmes bien caractérisés évoluent à partir de duplications génétiques et impliquent la régulation de l’hétérochromatine, les petits ARN et/ou les voies de transport nucléaire. La découverte du fonctionnement de ces systèmes est rendue difficile par leur association avec les inversions, l’hétérochromatine et les interactions épistatiques.

Les études d’expression génétique peuvent aider à identifier ce que font les éléments des systèmes d’entraînement. Dans Lindholm et al , le transcriptome de l’haplotype t de la souris domestique est analysé. Le fait de porter une copie de l’haplotype t modifie principalement l’expression dans le testicule des gènes de la spermatogenèse, à la fois des gènes cartographiés à l’haplotype t mais aussi d’un plus grand nombre de gènes dans le reste du génome. On ignore actuellement si ces effets de régulation transgénique sont obtenus par des facteurs de transcription, des ARN non codants, des modifications de la chromatine ou d’autres processus. Les autres tissus présentaient moins de différences, et celles-ci étaient principalement localisées à l’haplotype t. Cette étude indique une adaptation fine du driver au reste du génome ou une co-adaptation étendue entre eux. Peut-on s’attendre à ce que les pilotes synthétiques évoluent pour présenter des schémas similaires, si l’on dispose de suffisamment de générations ?

(c) Succès de la mise en œuvre et considérations éthiques plus larges de la commande de gènes

On a beaucoup discuté des risques et des avantages de l’exploitation des commandes de gènes comme moyen de réguler et de supprimer les populations de parasites et de vecteurs dans la nature – en particulier les moustiques transmettant le paludisme . Les lecteurs de gènes ont également été proposés comme un moyen efficace et humain de réguler les espèces envahissantes, par exemple les rongeurs sur les îles (voir également Godwin et al. ; Manser et al. dans ce numéro). Les avantages potentiels sont impressionnants : une réduction du risque de maladies transmises par les insectes et une diminution de la dépendance aux pesticides avec tous les effets secondaires néfastes associés (tels que la bioaccumulation dans l’alimentation humaine ou l’empoisonnement de la faune non ciblée). À cela s’ajoutent les coûts croissants du déploiement des pesticides en raison de l’inévitable apparition de résistances et du risque permanent de propagation des maladies par des vecteurs résistants. Il existe également des risques substantiels liés à l’utilisation de lecteurs de gènes synthétiques. L’un d’entre eux est le débordement des gènes dans des populations et des espèces non ciblées. Malgré la faible probabilité de transfert d’un programme d’entraînement génique entre espèces, l’Académie nationale des sciences des États-Unis recommande actuellement d’évaluer le risque de transfert horizontal de gènes avant d’envisager toute dissémination environnementale d’un programme d’entraînement génique. En plus des risques directs des lecteurs de gènes affectant les espèces non ciblées, il est également important d’évaluer les conséquences plus larges que la suppression ou l’altération de la population ou de l’espèce cible aura sur l’écosystème plus large.

Le débat autour de cette technologie découle en partie de l’insuffisance des connaissances sur les lecteurs de gènes naturels, et encore moins synthétiques. Le consensus semble être qu’il n’est pas possible actuellement d’évaluer si les avantages l’emportent sur les risques, mais que cela ne doit pas signifier que les recherches et les essais utilisant le gene drive doivent être interdits. Par exemple, la Royal Society a recommandé à la Convention des Nations unies sur la diversité biologique (CDB) d’éviter l’adoption de toute position qui soutiendrait un moratoire international sur la recherche sur le génie génétique, y compris les essais expérimentaux sur le terrain, une position qui a été reprise lors de la réunion de la CDB en novembre de l’année dernière. Le moratoire a finalement été rejeté. L’objection a été soulevée en partie parce que si la recherche sur les lecteurs de gènes était interdite, l’effet d’entraînement serait préjudiciable parce qu’il empêcherait, en fait, tout débat public plus large avant que nous ayons déterminé le risque potentiel et donc évalué comment nous pourrions utiliser cette technologie en toute sécurité.

Le moratoire a cependant été reformulé pour souligner la nécessité de consulter les communautés locales et les groupes autochtones qui sont potentiellement affectés avant qu’une libération potentielle soit envisagée, faisant écho aux recommandations de George et al. et Ritchie & Stanton dans ce numéro. En général, toute utilisation potentielle future des lecteurs de gènes devrait être précédée d’un débat public sur l’attrait relatif de l’utilisation des lecteurs de gènes par rapport aux solutions alternatives. Une grande importance a été accordée à la nécessité de s’assurer que la recherche future est régie de manière appropriée afin d’englober une variété d’impacts sociétaux plus larges, en plus de considérer la biosécurité et les impacts écologiques et sanitaires indésirables. Une telle approche consultative est soulignée dans la contribution de George et al. qui mettent également en évidence les complexités entourant les considérations éthiques liées à la libération de gènes modifiés dans la nature. L’importance d’assurer une confiance suffisante du public et des politiques est également soulignée par Ritchie & Staunton , qui affirme que c’est la clé d’une adoption plus large. Le succès de cette approche est illustré par les travaux menés par Target Malaria (targetmalaria.org/who-we-are/), un consortium de recherche à but non lucratif qui vise à développer et à partager des technologies de lutte contre le paludisme. Le consortium comprend des scientifiques, des équipes d’engagement des parties prenantes, des spécialistes de l’évaluation des risques et des experts en réglementation d’Afrique, d’Amérique du Nord et d’Europe, ainsi qu’un comité consultatif d’éthique.

À ce jour, à part l’utilisation d’endosymbiontes naturels, tels que Wolbachia, pour perturber la transmission de maladies chez les moustiques, aucune commande génétique synthétique n’a été libérée dans une population sauvage. Le ministère américain de l’agriculture a exclu les plantes génétiquement modifiées de la surveillance réglementaire, ce qui pourrait changer. Le gouvernement australien a également décidé récemment qu’il ne réglementerait pas l’utilisation des techniques d’édition de gènes qui n’introduisent pas de nouveau matériel génétique dans les organismes, mais qu’il renforcerait ses exigences en matière de surveillance des expériences de manipulation génétique. En revanche, la Cour de justice de l’Union européenne a décidé que les cultures génétiquement modifiées devaient être traitées comme des organismes génétiquement modifiés soumis à une réglementation stricte. Il est clair qu’il n’y a pas de consensus mondial.

L’utilisation de mesures de contrôle « biologique » telles que l’endosymbiont Wolbachia qui, lorsqu’il est introduit dans les moustiques A. aegypti, supprime la transmission des virus de la dengue, du Zika et du chikungunya, a déjà fait l’objet d’essais sur le terrain à grande échelle en Australie et ailleurs . La première utilisation réussie de la stérilité mâle induite par cytoplasme pour contrôler les moustiques Culex a été réalisée en Birmanie il y a plus de 50 ans, et plusieurs lâchers pilotes importants de moustiques Aedes modifiés par wMel sont actuellement en cours (World Mosquito Program : http://www.eliminatedengue.com/our-research/wolbachia). La réussite de leur déploiement dépend d’un fort soutien communautaire et politique (par exemple, le succès du World Mosquito Program visant à éliminer la dengue), car sans cela, ils sont susceptibles d’échouer, comme dans le cas de plusieurs essais approuvés manquant de soutien . Il convient de noter que l’utilisation d’agents naturels, tels que Wolbachia (qui peut provoquer une stérilisation efficace en induisant une incompatibilité cytoplasmique), semble susciter moins d’inquiétudes quant à leur sécurité que les manipulations génétiques synthétiques. Cependant, les moustiques infectés par Wolbachia introduisent effectivement des gènes dans les populations et peuvent donc être considérés comme analogues aux commandes génétiques. Est-il possible que plus nous apprenons à exploiter ces moteurs génétiques naturels, plus notre appréhension actuelle concernant l’utilisation de moteurs synthétiques sera atténuée ?

Marques de conclusion et orientations futures

Un certain nombre de conclusions générales et de voies prometteuses pour la recherche future émergent des contributions individuelles de ce numéro. Nous soulignons ci-dessous certains des points les plus significatifs.

Nous devons prendre en compte non seulement les aspects techniques mais aussi les aspects éthiques et sociétaux du gene drive synthétique. Comme l’affirment Ritchie & Staunton et George et al., le soutien des communautés touchées par les libérations de gènes est essentiel à la réussite de leur mise en œuvre. Il est absolument essentiel que les futures disséminations fassent de gros efforts pour expliquer tous les aspects pertinents du projet et obtenir le soutien des parties prenantes locales. Le tollé suscité par les cultures génétiquement modifiées montre à quel point un projet peut mal tourner s’il ne bénéficie pas de la confiance du public. La seule façon dont ces technologies d’entraînement génique, qui peuvent sauver des vies, seront utiles dans la pratique est de bien démarrer, avec des projets réussis qui bénéficient d’un soutien local substantiel. Une approche arrogante du haut vers le bas risque de rendre les technologies d’entraînement génique politiquement toxiques, ce qui les rendrait inutilisables pendant des décennies. Cette situation serait potentiellement tragique pour la santé humaine, l’agriculture et la conservation. Cependant, il existe des exemples de réussite, de sorte que cette approche consultative peut fonctionner. Est-il possible qu’il y ait de grandes leçons à tirer de l’utilisation réussie de l’exploitation de systèmes naturels tels que Wolbachia pour réduire la transmission de maladies chez les moustiques, qui peuvent être mises en œuvre également pour le déploiement de l’entraînement synthétique ?

Comprendre les coûts est essentiel pour prédire la dynamique de l’entraînement génétique. De grands progrès ont été réalisés dans la quantification des coûts potentiels de l’entraînement génique dans les systèmes naturels, comme indiqué dans ce dossier spécial. Cependant, les coûts d’adaptation peuvent être difficiles à trouver : par exemple, la découverte par Finnegan et al. d’une réduction de la viabilité associée à l’entraînement méiotique chez la mouche à queue est intervenue après de multiples études antérieures sur les coûts d’adaptation chez la même espèce. En particulier, nous devons mieux documenter le coût potentiel de la pulsion dans les systèmes de pulsion naturels moins bien caractérisés impliquant des espèces non modèles (c’est-à-dire autres que les mouches et les souris domestiques). Nous ne savons pas non plus si ces coûts sont modifiés au fil du temps, comme le laisserait prévoir une réponse coévolutive. Par exemple, le coût pour les mouches femelles de Drosophila simulans d’héberger la souche Riverside de Wolbachia est passé d’un coût initial de fécondité de 15-20% à un avantage de fécondité de 10% après seulement 20 ans de coévolution . La quantification des coûts de la pulsion chez les mâles et les femelles est essentielle pour prédire avec précision la dynamique de la pulsion dans les populations naturelles (par exemple). Les coûts subtils de la pulsion peuvent également affecter le succès des pulsions synthétiques. Beaghton et al. étudient également l’impact transgénérationnel des coûts de fitness démontrés empiriquement, ce qui a été une découverte surprenante dans la recherche sur les drives génétiques synthétiques. Il est clairement possible à la fois de mieux affiner les modèles prédictifs existants et d’accumuler davantage de données sur les coûts d’aptitude potentiels dans les systèmes d’entraînement synthétiques afin d’améliorer notre prévision de la dynamique des conducteurs synthétiques dans les populations naturelles.

Importance relative de l’équilibre entre les coûts et la suppression pour le succès des entraînements génétiques. La clé du succès de la mise en œuvre de l’entraînement génétique synthétique pour le contrôle de la population est leur persistance pendant une période de temps suffisante pour atteindre la réduction (ou l’élimination) de la population cible. Par conséquent, retarder la probabilité et la vitesse de l’évolution de la suppression est un objectif essentiel. Cependant, la persistance de nombreux systèmes naturels d’entraînement génique semble dépendre de la force de la sélection équilibrante plutôt que de l’évolution de la suppression. Actuellement, nous ne savons pas quelles sont les caractéristiques d’un système d’entraînement génique qui le rendent plus ou moins susceptible d’être façonné par une sélection équilibrante plutôt que par la suppression. Nous ne savons pas non plus s’il existe des similitudes entre les anciens mécanismes d’entraînement génique pour lesquels aucun suppresseur n’a été trouvé (par exemple, le mécanisme de rapport sexuel chez D. pseudoobscura, l’haplotype t chez la souris domestique et la persistance à long terme de l’élimination des mâles induite par Wolbachia chez Drosophila innubila). Ce manque de compréhension découle en partie de la connaissance limitée du ou des gènes impliqués dans la pulsion, car les mécanismes ne sont pas connus pour de nombreux systèmes. Cependant, tout comme pour le mécanisme du rapport des sexes (par exemple D. simulans, ), il existe des exemples de systèmes de destruction des mâles présentant un flux spectaculaire d’invasion, de suppression, de remplacement et de résurgence de la destruction au sein des populations (par exemple les papillons Hypolimnas bolina ). Les comparaisons entre ces systèmes d’entraînement naturels peuvent révéler des caractéristiques potentielles associées à la persistance à long terme de systèmes d’entraînement non supprimés qui pourraient peut-être être incorporées dans la conception de moteurs synthétiques. Par exemple, y a-t-il des conséquences pléiotropiques potentielles coûteuses de la suppression qui sont simplement trop importantes pour être surmontées ? D’un autre côté, il est possible que la persistance à long terme des systèmes non supprimés soit une caractéristique d’un système d’entraînement complexe impliquant de multiples gènes et, par conséquent, il est peu probable qu’elle soit traduite en pratique dans les moteurs synthétiques, car ils sont tout simplement trop complexes à construire. À ce jour, nous ne savons même pas si l’entraînement génique persistant est associé à quelques gènes ou à un grand nombre de gènes coévolutifs. Nous devons clairement avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’entraînement et de suppression des systèmes naturels avant que ces connaissances puissent être traduites dans la conception de moteurs synthétiques.

En outre, il existe plusieurs opportunités inexplorées des entraînements génétiques.

Collectivement, les contributions de ce Dossier spécial démontrent l’énorme potentiel des systèmes de lecteurs de gènes, mais soulignent également plusieurs lacunes de connaissances en suspens. En particulier, les implications éthiques et sociétales plus larges de l’exploitation et du déchaînement du pouvoir des gènes égoïstes dans les populations naturelles n’en sont encore qu’aux premiers stades de leur traitement.

Accessibilité des données

Cet article ne contient pas de données supplémentaires.

Intérêts concurrents

Nous déclarons ne pas avoir d’intérêts concurrents.

Financement

Nous n’avons reçu aucun financement pour cette étude.

Notes de bas de page

Une contribution au dossier spécial ‘Natural and synthetic gene drive systems’. Édité par Nina Wedell, Anna Lindholm et Tom Price.