Barry Schuler: Genomics 101

Ce qui est en train de se passer en génomique, et comment cette révolution va changer tout ce que nous savons sur le monde, sur la vie, sur nous-mêmes, et comment nous y pensons.

Si vous avez vu "2001, l’Odyssée de l’espace", et que vous avez entendu le "Boum boum boum" et vu le monolithe, c'était la représentation d'Arthur C. Clarke comme quoi nous étions à un moment clé de l'évolution de notre espèce. Il s'agissait alors de prendre un os, de créer un outil, de l'utiliser en tant que tel, ce qui signifiait que ces singes qui couraient dans tous les sens, mangeaient, et faisaient l'amour, comprenaient qu'ils pourraient faire des choses s'ils utilisaient un outil. Ceci nous a amené à un niveau supérieur.

Depuis les 30 dernières années particulièrement, nous avons vécu cette accélération de la connaissance et de la technologie, technologie qui a généré plus de connaissance et nous a donné des outils. Nous avons vécu plusieurs moments clés. Il y a eu la création des ordinateurs personnels dans les années 70 et 80, qui aurait cru alors que chaque personne aurait non pas un mais 20 ordinateurs, dans sa maison, pas seulement dans un PC mais dans chaque appareil -- dans la machine à laver, le téléphone mobile. Vous vous promenez, votre voiture a 12 microprocesseurs. Puis, on a continué, on a créé Internet et connecté le monde; nous avons aplati le monde.

Nous avons vu tellement de changements, nous nous sommes donnés ces outils -- des outils très puissants -- qui nous permettent de retourner le microscope vers nous-mêmes sur quelque chose qui nous est commun à tous, qui est le génome.

Comment va votre génome aujourd'hui? Avez-vous pensez à lui récemment? Sans doute, vous en avez au moins entendu parler en ce moment.

Je pensais passer un moment à vous expliquer ce qu'est un génome. C'est comme de demander aux gens "Qu'est qu'un mégabit? qu'est-ce que la bande passante?" Les gens n'osent jamais dire, je ne comprends pas vraiment. Eh bien je vais vous l'expliquer. Vous avez entendu parler de l'ADN . Vous l'avez probablement étudié en biologie. Un génome est la description de tout l'ADN d'un organisme vivant. Le point commun à toutes les formes de vie est l'ADN. Que vous soyez une levure, une souris, une mouche, on a tous un ADN. L'ADN est organisé en mots que l'on pourrait appeler gènes et chromosomes.

Quand Watson et Crick dans les années 50 ont décodé les premiers la magnifique double-hélice de la molécule d'ADN -- molécule très longue, compliquée -- on a commencé ce cheminement vers la compréhension du langage, à l'intérieur de l'ADN, qui détermine les caractéristiques, les traits, dont nous héritons, les maladies que nous pouvons développer. Nous avons aussi découvert que c'est une très vieille molécule, que tout l'ADN dans notre corps existe depuis toujours, depuis le début de notre histoire en tant qu'espèce. C'est une archive historique.

Notre génome est l'histoire de notre espèce, votre histoire en tant qu'individu, votre origine remontant sur des milliers et des milliers d'années, c'est que nous commençons à comprendre. Mais le génome est aussi la notice d'utilisation.. C'est le programme, le code de la vie. Cela vous permet de vivre, cela permet à n'importe quel organisme de vivre. L'ADN est une molécule très élégante. Une molécule très longue et compliquée. Tout ce que vous devez vraiment savoir sur l'ADN est qu'il est composé de 4 lettres: A, T, C, G, elles représentent chacune le nom d'un composé chimique. Avec ces quatre lettres vous pouvez créer un langage: un langage qui puisse tout décrire, les choses les plus compliquées. Elles sont généralement réunies en paires, ce que l'on appelle les paires de base. Si vous pouviez, si vous y réfléchissez, 4 lettres, ou plus exactement la représentation de 4 choses, nous font fonctionner.

Cela n'est peut-être pas très intuitif, mais tournons-nous vers quelque chose que vous connaissez, l'informatique. Regardez cet écran ici, vous voyez des images, vous voyez des mots mais en réalité, ce sont des 0 et des 1. Le langage de cette technologie est binaire; vous avez sans doute déjà entendu cela. Tout ce qui se passe dans le monde numérique est converti, ou représenté par des 0 et des 1. Quand vous écoutez votre musique favorite sur iTunes, ce sont juste des 0 et des 1 qui sont joués très rapidement. Quand vous regardez ces images, ce sont juste des 0 et des 1, quand vous parlez au téléphone ou sur votre mobile, cela va sur le réseau, votre voix est transformée en 0 et 1 et est transportée magiquement sur le réseau. Remarquez toutes les autres choses compliquées et merveilleuses que nous avons pu créer avec des 0 et des 1.

Eh bien, passez à 4 lettres et vous avez une complexité encore plus grande, beaucoup de façons de décrire des mécanismes. Voyons un peu ce que cela veut dire. Si vous observez un génome humain, il est constitué de 3,2 milliards de paires de bases. C'est beaucoup. Ces paires de bases sont arrangées de différentes façons, qui font de vous un être humain. Convertissez ça en binaire, juste pour donner une idée de dimensionnement, c'est en fait plus petit que le logiciel Microsoft Office. Ça ne fait pas tant de données que cela. Je vous dirai que nous sommes aussi buggés. (Rires)

C'est un bug dans mon génome avec lequel je me bats pendant longtemps. Quand vous êtes malade, c'est un bug dans votre génome. En fait, il y a beaucoup de maladies avec lesquelles nous luttons depuis longtemps, comme le cancer, que nous avons été incapables de guérir parce que nous ne comprenons pas ce qui se passe au niveau génomique. C'est ce que nous commençons à comprendre.

Jusqu'à aujourd'hui, nous avons essayé de réparer cela en utilisant une pharmacologie empirique, c'est-à-dire qu'on balance des médicaments, et on espère que ça marchera. Mais si vous voulez réellement comprendre pourquoi une cellule normale devient cancéreuse... Quel est le code? Quelles ont les instructions précises qui sont données à la cellule pour cela? Ensuite, vous pouvez envisager de réparer le processus et de le comprendre. Voici, pour votre prochain diner en ville, quelques chiffres.

On a 24000 gènes qui font quelque chose. On en a environ 100, 120000 autres qui ne semblent pas fonctionner tous les jours, mais qui représentent cette archive de notre fonctionnement en tant qu'espèce depuis des dizaines de milliers d'années. Vous pourriez aussi être intéressés de savoir qu'une souris a à peu près le même nombre de gènes.

Le cépage Pinot Noir a été récemment séquencé. Il contient aussi 30000 gènes, le nombres de gènes ne représente donc pas la complexité de l'espèce ou son niveau d'évolution. Maintenant, regardez votre voisin, regardez devant, derrière. On a tous l'air plutôt différents. Beaucoup de gens beaux, sveltes, enveloppés, de races et de cultures différentes. Nous sommes tous à 99,9% identiques. Cela fait 1/100e de 1% de notre matériel génétique qui explique les différences entre nous. Ce n'est pas beaucoup, mais la manière dont nous l'exprimons au final explique les différences entre humains et dans toutes les espèces.

Nous sommes capables de lire les génomes. Le premier génome humain a pris 10 ans et a coûté 3 milliards de dollars. Cela a été accompli par Craig Venter. Puis James Watson, un des co-découvreurs de l'ADN, a séquencé un génome pour un coût de deux millions de dollars, en deux mois. Si vous regardez l'industrie informatique, comment nous sommes passés de gros ordinateurs à des petits et comment leur puissance et leur rapidité ont augmenté, la même chose est en train de se passer pour le séquençage : on est sur le point de pouvoir séquencer des génomes humains pour 5000 dollars et en une heure ou une demi-heure; cela va arriver dans les cinq prochaines années.

Cela veut dire que vous vous baladerez avec votre génome sur une carte à puce. Ça va arriver. Et quand vous achèterez vos médicaments, vous n'achèterez plus un médicament prévu pour tous. Vous donnerez votre génome au pharmacien, et le médicament sera fait pour vous. Et il marchera bien mieux que ceux d'aujourd'hui. Vous n'aurez pas d'effets secondaires. Tous ces effets secondaires, les résidus huileux, tout ce dont ils parlent dans les pubs: oubliez tout cela. Ils feront disparaître tout cela.

A quoi ressemble un génome? En voilà un. C'est une très longue série de paires de base. Regardez le génome d'une souris ou d'un humain, il ne sera pas différent, mais ce que font les scientifiques maintenant, c'est comprendre ce qu'ils font et ce qu'ils signifient. Parce que la Nature est tout le temps en train de double-cliquer. En d'autre mots, les premières phrases ici, en supposant que ce soit une plant de vigne, fais une racine, fais une branche, crée un bourgeon. Chez un être humain, cela pourrait être : fais des cellules sanguines, démarre un cancer. Pour moi cela serait : chaque calorie que tu ingères, conserve-la parce que je viens d'un climat très froid. Pour ma femme : mange trois fois plus et tu prendras jamais du poids. Tout cela est caché dans ce code, on commence à le comprendre à un rythme soutenu.

Que pouvons-nous faire des génomes maintenant que nous savons les lire, maintenant que nous avons le livre de la vie? Beaucoup de choses. Certaines sont excitantes. Certains pourraient les trouver très effrayantes : je vous dirai des choses qui vous donneront peut-être envie de vomir sur moi, mais vous avez le droit. Nous pouvons maintenant apprendre l'histoire des organismes.

Faites un test très simple : prenez des cellules de votre bouche et envoyez-les. Vous pourrez savoir d'où viennent vos ancêtres; vous pourrez faire remonter votre généalogie sur des milliers d'années. On peut comprendre la fonctionnalité. Ceci est très important. On peut comprendre, par exemple, pourquoi des plaques se créent dans les artères, ce qui crée l'amertume dans une graine, pourquoi la levure métabolise le sucre et produit du dioxyde de carbone. On peut aussi étudier à plus grande échelle la source de problèmes, ce qui crée des maladies et comment on pourrait les soigner. Puisque nous pouvons comprendre ces problèmes, on peut les résoudre et créer des organismes meilleurs.

Encore plus important : nous apprenons que la Nature nous a donné une boite à outils incroyable. Cette boite à outils existe. Un architecte bien meilleur et bien plus intelligent que nous, nous l'a donnée, et maintenant nous avons les capacités pour l'utiliser. Nous ne faisons pas que lire les génomes, nous les écrivons.

"Synthetic Genomics", la société dans laquelle je suis impliqué, a créé le premier génome synthétique d'une bactérie, une créature très primitive appelée Mycoplasma genitalium. Si vous avez une infection urinaire, probablement que -- plutôt si vous en avez eu une un jour -- vous avez été en contact avec cette bactérie. Très simple, seulement 246 gènes, nous avons été capables de synthétiser son génome. Maintenant que l'on a le génome, on se dit : si je place ce génome synthétique -- si je remplace l'ancien et met le nouveau -- est-ce que la bactérie va naître et vivre? Vous savez quoi? Ça marche!

Mais pas seulement : si on prend le génome -- le génome synthétique -- et qu'on le place dans un autre micro-organisme, disons la levure, on transforme la levure en mycoplasma. C'est comme si on démarrait un PC avec les logiciels d'Apple. Eh bien, en fait, on pourrait le faire à l'inverse. Ainsi, en étant capable d'écrire un génome et de le transférer dans un autre organisme, le logiciel, si on veut, change le matériel. Cela a beaucoup de conséquences.

L'année dernière, les Français et les Italiens ont annoncé qu'ils s'étaient unis et avaient réussi à séquencer le pinot Noir. La séquence génomique existe maintenant pour le Pinot Noir, et ils ont identifié, encore une fois, 29000 gènes. Ils ont découvert ce qui crée les saveurs, bien qu'il soit très important de comprendre que ces composés qui sont produits doivent correspondre à un récepteur situé sur notre langue, pour que nous soyons capables de déguster les saveurs du vin.

Ils ont aussi découvert qu'il y a beaucoup d'activité dans les cellules pour produire les arômes. Ils ont identifié les zones de vulnérabilité aux maladies. Ils sont maintenant en train de comprendre, et ce travail est en cours, comment ces plantes vivent, et on a la capacité de lire tout le code et de comprendre comment il fonctionne. Qu'est-ce que vous faites alors? Sachant que vous le pouvez lire, que vous pouvez l'écrire, le changer on pourrait peut-être en écrire un de but en blanc. Que décidez-vous? Une chose pourrait être de créer un Franken-Noir, comme certains disent. (Rires)

On pourrait élaborer une vigne meilleure. Au fait, juste pour votre information si vous stressez au sujet des organismes génétiquement modifiés; il n'y a pas une seule vigne dans la Napa Valley ou ailleurs qui ne soit pas génétiquement modifiée. Elles ne proviennent pas de graines mais de racines greffées; elles n'existeraient pas d'elles-mêmes dans la nature.

Donc ne stressez pas, on fait cela depuis toujours. On pourrait aussi s'intéresser à la résistance aux pathologies; on pourrait aussi avoir de meilleurs rendements sans avoir à utiliser des techniques de production draconiennes, ou sans avoir des coûts exorbitants. On pourrait élargir le spectre de climats possibles: on pourrait faire pousser du pinot noir sur Long Island, que Dieu nous pardonne. (Rires)

On pourrait produire des saveurs et des arômes meilleurs. Vous voulez un peu plus de mûres, de chocolat ici ou là? Toutes ces choses pourraient être faites, et je vous le dis, j'en prends le pari : on le fera. Mais il y a un écosystème. En d'autres termes, nous ne sommes pas les seuls organismes dans le coin; nous sommes une partie d'un énorme écosystème.

En fait -- je suis désolé de vous le dire -- à l'intérieur de vos conduits digestifs, il y a environ 5 kg de microbes que vous faites pas mal circuler dans notre organisme. Notre océan grouille de microbes; en fait, quand Craig Venter est allé séquencer les microbes dans l'océan, en trois mois, il a multiplié par 3 le nombre d'espèces connues sur la planète en découvrant les microbes présents dans les dix premiers mètres de profondeur. Nous savons maintenant que ces microbes ont plus d'impact sur notre climat et la régulation du CO2 que les plantes, dont nous avons toujours pensé qu'elles oxygénaient l'atmosphère.

On trouve de la vie microbienne partout sur la planète: dans la glace, le charbon, les rochers, les volcans; c'est étonnant. Mais puisqu'on parle des plantes, nous avons aussi découvert, pour autant que nous comprenions leurs génomes, qu'il existe un écosystème autour d'elles, ce sont les microbes vivant dans leurs racines, qui ont beaucoup d'impact sur leur comportement, sur les voies métaboliques des plantes elles-mêmes.

Si vous regardez de plus près les racines d'une plante, vous allez trouver tout un tas de colonies microbiennes différentes. Ce n'est pas une découverte pour les viticulteurs; ils ont toujours fait très attention à l'arrosage et à la fertilisation. Encore une fois, je reviens sur mon terme de pharmacologie sortie du chapeau: connaissant un fertilisant qui améliore la pousse de la plante, vous en mettez plus. Vous ne savez peut-être pas avec précision quels organismes microbiens apportent telle saveur et telle caractéristique. On peut commencer à le comprendre. On parle tous de terroir; on vénère le terroir; On dit: mon terroir est super, il est si spécifique. J'ai cette partie de terrain et cela donne un terroir exceptionnel.

Nous discutons, nous débattons souvent de cela -- on dit :c'est le climat, le sol, c'est ceci. Eh bien, devinez quoi? On peut comprendre ce qu'est le terroir. C'est là-dedans, il n'y a plus qu'à le séquencer. Il y a des milliers de microbes ici. Ils sont faciles à séquencer: contrairement à l'humain, ils ont mille, deux mille gènes; vous pouvez découvrir ce qu'ils sont.

Tout ce qu'il y a à faire, c'est choisir un échantillon, creuser, trouver ces microbes, les séquencer, les corréler aux caractéristiques que nous apprécions et à celles que nous n'aimons pas -- c'est juste un grosse base de données -- et enfin fertiliser. Alors nous aurons compris ce qu'est un terroir. Certains diront : Oh mon Dieu, nous prenons-nous pour Dieu? Est-ce que, si nous créons de nouveaux organismes, nous nous prenons pour Dieu? Les gens demandent toujours à James Watson -- il n'est pas toujours le gars le plus politiquement correct... -- (Rires) ils lui demandent : "Est-ce que vous vous prenez pour Dieu?" Il a la meilleure réponse que j'ai jamais entendue : "Quelqu'un doit bien le faire." (Rires)

Je me considère comme une personne très religieuse, la religion organisée mise à part, je vous dirais : je ne crois pas que qu'il existe quelque chose de non-naturel. Je ne crois pas que les substances chimiques soient non-naturelles. Je vous ai dit que j'allais en faire vomir quelques-uns. C'est très simple : nous n'inventons pas de molécules, de composés. Ils sont là. Ils sont dans l'Univers. Nous réorganisons les choses, nous les changeons, mais nous ne faisons rien qui ne soit pas naturel.

Certes, nous pouvons avoir un impact négatif -- on peut s'empoisonner ou empoisonner notre planète -- mais c'est juste une conséquence naturelle de notre erreur. Ce qui arrive aujourd'hui, c'est que la Nature nous donne une boite à outils, nous trouvons que cette boite à outils permet de faire beaucoup de choses. Il y a des microbes qui font du pétrole, croyez-le ou non. Il y a des microbes qui, -- retournons à la levure. Ce sont de véritables usines chimiques; les usines chimiques les plus sophistiquées sont dans la Nature, et nous pouvons maintenant les utiliser. Il y a des règles à respecter.

La Nature ne permettra pas de -- on peut modifier un cépage, mais vous savez quoi? Nous ne savons jamais faire produire un enfant à ce cépage. La Nature a établi un ensemble de règles. Nous pouvons travailler au sein de ces règles; mais nous ne pouvons pas les violer; nous apprenons juste ce que sont ces règles. Je pose juste la question : si vous pouviez guérir toutes les maladies -- si vous pouviez faire disparaître les maladies, parce que nous comprendrions comment elles opèrent, si nous pouvions résoudre la faim dans le monde en créant des plantes nutritives saines qui pousseraient dans des environnements hostiles, si nous pouvions créer une énergie propre à profusion -- eh bien, à Synthetic Genomics, nous avons des organismes unicellulaires capables de capturer le dioxyde de carbone et de produire une molécule très proche du pétrole. Le dioxyde de carbone -- dont nous voulons nous débarrasser -- pas le sucre, rien. Du dioxyde de carbone, un peu de lumière, et nous obtenons un produit hautement raffiné. On pourrait résoudre nos problèmes d'énergie, faire baisser le CO2, nettoyer nos océans, faire de meilleurs vins. Si nous le pouvions, le ferions-nous? Je crois que la réponse est très simple : travailler avec la Nature, travailler avec ces outils que nous comprenons désormais, est l'étape suivante dans l'évolution de l'Humanité.

Tout ce que je peux vous conseiller est de rester en bonne santé pendant encore 20 ans. Si vous y arrivez, vous atteindrez l'âge de 150, voire 300 ans.

Merci.