Sciences de la vie et de la Terre

Le succès du roman « Jurassic Park » de Michael Crichton, récemment disparu, a lancé le débat sur la « résurrection » d’espèces disparues, grâce à la technique de clonage. A l’époque, l’idée semblait d’autant plus saugrenue que le plus long génôme alors séquencé était celui d’un virus. Vingt ans plus tard, des centaines de génômes ont été publiés, le dernier d’entre eux étant celui d’un groupe emblématique : les mammouths. Alors, pourrait-on les ramener à la vie ?
Contrairement aux dinosaures, les mammouths ont des parents proches encore vivants parmi les éléphants, ce qui laisserait à penser que son clonage ne devrait être qu’une formalité. En principe, il suffit d’insérer le noyau d’une cellule de mammouth, contenant tout son programme génétique, dans un ovocyte énucléé d’une espèce proche, de laisser quelques divisions cellulaires se dérouler, puis de réimplanter l’embryon dans une mère porteuse jusqu’à la naissance du bébé mammouth. En pratique, c’est une toute autre affaire, les obstacles semblent insurmontables ! En voici les étapes.

Séquencer l’ADN :

Le génome qui vient d’être publié est loin d’être complet. Les fragments utilisés étaient à des degrés divers de dégradation et le taux d’erreurs est énorme. Il faudrait au moins la séquence ADN d’une douzaine de mammouths pour passer au-dessous d’une erreur pour 10000 paires de bases. Or, non seulement cela nécessiterait beaucoup de temps et des moyens financiers importants, mais aussi que l’ADN des spécimens que l’on a retrouvés soit en bon état ! Or même l’individu le mieux conservé en apparence ne l’est pas forcément à l’échelle moléculaire. Des expériences plus ou moins concluantes ont consisté à cloner des souris à partir de cellules cryogénisées depuis 16 ans à –20°C, mais ce type de conservation en laboratoire aseptisé est bien loin des conditions auxquelles sont soumises les molécules du mammouth, gelées dans le permafrost pendant au moins 10000ans, au beau milieu de moisissures et bactéries.

Reconstituer les chromosomes :

Lorsqu’un individu se développe, ses cellules se multiplient, les tissus se renouvellent…autant d’évènements qui nécessitent des divisions cellulaires. Or ces dernières sont soumises à des lois strictes de la génétique au cours d’un cycle : duplication de l’ADN de chaque chromosome, puis répartition des copies en deux lots parfaitement identiques. Cela suppose donc non seulement un ADN en bon état, mais aussi fragmenté en chromosomes. Or on n’a aucune idée du nombre exact, du contenu, de la longueur des chromosomes de mammouth ! Depuis la séparation des mammouths de leur ancêtre commun avec les éléphants il y a 7,6 millions d’années, le contenu des chromosomes a également évolué, subissant des délétions, duplications, et réarrangements divers.
De plus, chaque chromosome possède un début et une fin, des séquences répétées en particulier dans la région nommée centromère. Utiliser le génome d’un parent proche actuel comme l’éléphant d’Asie pourrait aider à les reconstituer. Mais certains chromosomes de petite taille, comme le chromosome Y, sont très difficiles à séquencer et délimiter, entre autres parce qu’ils possèdent de nombreuses séquences répétées. Il faudrait donc faire un mammouth femelle.
Le centromère est capital lors de la division cellulaire, puisque c’est lui qui aide les chromosomes à migrer et se séparer en deux lots. Ses séquences répétées donnent aux chercheurs l’impression « de vouloir s’orienter dans une forêt où tous les arbres seraient identiques ». Pourtant, ils ont récemment réussi à créer un centromère sur un chromosome humain artificiel, qui s’est révélé fonctionnel. On pourrait donc appliquer ici cette technique. Le problème se retrouve pour les "origines de réplication", zones où le signal est donné aux enzymes de débuter la synthèse d’ADN, et pour les télomères, extrémités des chromosomes. Là encore, les séquences ne semblant pas très spécifiques, on pourrait envisager des substituts. Un autre obstacle se dresse devant les chercheurs : les mammifères étant diploïdes, leurs chromosomes sont des paires d’homologues, c’est-à-dire que bien qu’ayant les mêmes gènes, ils diffèrent par les petites variations de séquences que sont les allèles. Or le séquençage ne tient pas compte de ces variations, ce qui signifie que l’animal cloné aurait des gènes qui seraient tous à l’état homozygote : soit tous en double. Or l’état hétérozygote (deux allèles différents pour un même gène) est une sécurité lorsque l’une des variantes est défectueuse. Toutes les paires identiques seraient autant de risque pour l’animal, et probablement non viable.

La synthèse de l’ADN

Admettons que l’on ait un génome séquencé, des allèles reconstitués, des séquences répétées placées correctement et des variations génétiques compatibles avec le groupe des mammouths, le tout stocké sur ordinateur, il faut maintenant synthétiser « pour de vrai » les chromosomes. En admettant que les mammouths aient le même nombre de chromosomes que les éléphants, la tâche consiste à faire 56 chromosomes d’au minimum 160 millions de paires de bases chacun. On peut déjà assembler des morceaux de 8000 paires de bases in-vitro, mais… au hasard. Et plus leur longueur augmente, plus ils sont fragiles et instables. Pour cela, les fragments sont insérés dans des bactéries type Escherichia coli, puis dans un chromosome artificiel, plus long, chez une levure ; celle-ci, après divisions, va finir par contenir l’ensemble du chromosome voulu. Hélas, la levure a un génome de 12 millions de paires de base, soit bien moins que le plus petit chromosome d’éléphant. Il n’est pas sûr que le petit champignon puisse intégrer un chromosome complet de mammouth, alors de là à en faire tout le génome… !

« L’emballage » : faire un noyau :

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Après la division cellulaire, les cellules eucaryotes enveloppent leurs chromosomes dans un noyau. Les chercheurs ont découvert que de l’ADN nu injecté dans un œuf de grenouille est rapidement entouré par des protéines qui le condensent en chromatine, puis des fragments de membrane vont fusionner pour constituer une enveloppe protectrice. De tels noyaux artificiels se sont révélés capables de réplication et même de transcription d’ADN en protéines. Les chercheurs travaillant sur le mammouth auraient tout intérêt à utiliser des extraits cytoplasmiques d’œufs de grenouilles car les mammifères, à fécondation interne, n’ont peut-être pas une telle capacité à « emballer » l’ensemble des chromosomes étrangers. Le risque pourrait être d’obtenir plusieurs micro-noyaux, au nombre aléatoire de chromosomes. On sait aussi que l’emplacement de l’ADN au sein du noyau détermine l’expression des gènes ; or personne ne connaît la configuration correcte, permettant au noyau de devenir fonctionnel.

La collecte des ovocytes :

C’est bien beau de penser aux étapes de transfert d’ADN dans un ovocyte, mais encore faut-il en avoir un ! Les femelles éléphant ovulent lors d’un cycle de 16 semaines, quand celui-ci n’est pas interrompu par une gestation et lactation pendant 5 ans environ. Modifier cette interruption naturelle serait à la fois cruel et improductif : les femelles non gestantes ont tendance à développer de grosses tumeurs ovariennes. Lors de l’ovulation, un seul ovocyte est émis. Les jumeaux sont très rares, et plus de petits embryons serait une condamnation à mort pour la mère. Le côté positif est que les rares ovulations sont signalées par deux pics hormonaux, dosables. En effet, contrairement aux autres femelles mammifères, les éléphantes ont un premier pic de LH, non ovulatoire, précédant le « vrai pic » d’environ 18-20 jours. Le premier permet de modifier le mucus vaginal et stimule le développement d’un seul follicule. Seul le second déclenche l’ovulation.
Chez d’autres espèces, l’utilisation d’une sonde à ultrasons permet de localiser le follicule et guider les instruments chirurgicaux de laparoscopie pour le prélèvement, après que la cavité abdominale ait été gonflée. Ce n’est pas si simple chez les éléphants ! La laparoscopie n’est pas réalisable, car gonfler l’abdomen d’une éléphante endormie sur le flanc, sans cavité pleurale, reviendrait à compresser les poumons et tuer l’animal.
Les femelles ont plus d’un mètre de canal urogénital entre l’extérieur et l’hymen – la taille du pénis d’éléphant lors de l’accouplement- ce qui fait que l’hymen reste intact, peut-être un avantage adaptatif, conservé lors de l’évolution à partir des ancêtres aquatiques de l’animal. Thomas Hildebrandt, spécialiste des éléphants à l’Institut de recherche zoologique de Berlin, a développé une technique pour atteindre l’utérus, lors des inséminations artificielles, mais elle est selon lui inefficace pour localiser un follicule unique dans tout l’organe et impossible à utiliser pour l’atteindre dans les ovaires, très loin dans la cavité abdominale. En clair, les cellules sont tout aussi petites que chez d’autres espèces, mais dans un animal énorme !
Une autre possibilité peut cependant être envisagée : la greffe d’ovaire provenant d’une éléphante récemment décédée chez une espèce receveuse, en attendant que l’organe produise des ovocytes. Cela a déjà été tenté dans les années 1990, où des fragments d’ovaires congelés, provenant d’éléphantes abattues dans le parc de Kruger, en Afrique du Sud, ont été transplantés chez des souris traitées contre le rejet de greffes. Des follicules se sont développés, mais, faute de matériel en quantité suffisante, il a été impossible de tester leur fertilité. Par contre, la même technique utilisée chez des espèces proches (rats/ souris par exemple), a donné des résultats prometteurs. Pour les échanges éléphants- souris, chez lesquels le cycle n’est que de 4 à 6 jours, il est peu probable que le follicule arrive à terme, mais on peut imaginer utiliser un animal courant au cycle plus long, proche de celui d’une éléphante, ou bien modifier artificiellement le cycle de la souris en agissant sur son hypophyse. En attendant, la technique n’est pas encore disponible…

Le transfert de noyau :

En admettant que l’on dispose d’un stock suffisant d’ovocytes d’éléphant, il serait assez simple de mettre au point une technique pour leur enlever leur noyau et le remplacer par celui d’une cellule de mammouth. Mais le cytoplasme des ovocytes contient des organites responsables de la respiration cellulaire : les mitochondries. Or, elles ont non seulement leur propre génome, mais sont aussi propres à chaque espèce. Des hybrides avec le noyau d’une espèce et les mitochondries d’une autre peuvent être viables- ont connaît le cas du mouflon Ombretta, obtenu avec le noyau d’un mouflon et le cytoplasme de mouton- mais il y a des risques d’incompatibilité, malgré une parenté proche. Les tentatives de remplacement de mitochondries humaines par d’autres de primates proches ont conduit à une absence de respiration cellulaire. Il faudrait donc des mitochondries de mammouth-on connaît leur séquence ADN- pour remplacer celles de l’éléphant, qui devront être toutes éliminées pour éviter une hybridation avec les mitochondries introduites.
Parmi tous les clonages de mammifères effectués, peu aboutissent à un embryon viable, et nécessitent de nombreux essais. Souvent, cela est dû à de mauvaises expressions de gènes, dépendant de l’environnement cellulaire (épigenèse). Eventuellement, on pourrait récupérer les cellules d’un embryon incomplètement développé pour le fusionner avec un embryon d’éléphant pour former ce que l’on nomme une chimère. Bien que l’embryon ne soit pas un vrai mammouth, il en serait proche. Et de récents travaux sur les chimères truites-saumons (voir article « des saumons qui font des truites ») ont montré que certains de ces animaux pourraient, eux, produire des gamètes contenant uniquement les gènes de mammouth. Il n’y aurait plus alors qu’à faire une fécondation normale pour faire un mammouth complet.

Le transfert d’embryon

Avec un embryon de mammouth enfin obtenu, il reste à le faire se développer à terme. On a vu plus haut la difficulté que pose l’anatomie des éléphantes pour le prélèvement d’ovocytes. Il reste comparable pour un transfert d’embryon. Il faut que l’utérus de l’éléphante soit prêt pour la nidation, donc suppose un traitement hormonal. De plus, d’après T.Hildebrandt, le sperme du mâle participe à cette maturation. Il faut donc injecter un éjaculat d’éléphant, dépourvu de spermatozoïde, jusqu’à l’hymen, puis insérer l’embryon en haut des 2,5 mètres de l’utérus, selon la technique d’insémination artificielle déjà connue. Pour une réussite de l’opération, il faut que l’embryon en soit à un stade de 4 cellules, introduit 2 jours après l’ovulation, à la base de l’oviducte.
A ce stade, on peut s’interroger sur la taille du fœtus de mammouth par rapport à celui d’un éléphant. Un éléphanteau d’Asie pèse environ 120 kilogrammes pour une taille d’environ un mètre lorsqu’il arrive à terme. C’est à peu près la taille du célèbre bébé mammouth Dima, retrouvé congelé en Sibérie en 1977, âgé de 6 à 7 mois. Tout laissant donc penser que les petits mammouths avaient une taille proche de celle des éléphanteaux actuels, cet aspect de l’incubation ne devrait donc pas poser de problème.

La naissance… et après :

Un seul petit mammouth, recréé artificiellement, ne peut constituer une espèce, juste une curiosité scientifique. Il faudrait que d’autres suivent, mâles et femelles. Leur génome devrait comporter assez de diversité pour assurer la viabilité des individus dans le temps. Devant toutes les difficultés évoquées plus haut, certains chercheurs ont suggéré de concentrer les efforts sur certains gènes significatifs de l’aspect de l’animal, comme la longueur des poils ou la taille des défenses, insérés dans un génome d’éléphant. Les animaux auraient alors l’aspect de mammouths mais…sans en être.
Il semble encore illusoire d’obtenir un vrai troupeau de mammouth devant le nombre important d’obstacles financiers et techniques. Il y a encore plus complexe : il faudrait également trouver un environnement propice à leur survie, un écosystème dans lequel ils pourraient s’intégrer. Quand on voit la difficulté actuelle à préserver ce qui est déjà là, il est illusoire d’imaginer recréer un écosystème complet ayant disparu !

Alors, impossible de revoir un jour un mammouth vivant ? Lorsqu’on regarde ce qui semblait irréalisable il y a 15ans, peut-être qu’il y a de l’espoir, mais pas pour tout de suite. En cette année 2009, anniversaire de la naissance de Charles Darwin, c’est impossible. Mais en 2059, qui sait quelle espèce pourra-t-on recréer en souvenir du grand homme ?

L.G.

D’après Henry Nicholls pour Nature – vol.456- Novembre 2008. (auteur de « Lonesome George », ou l’histoire de l’emblématique tortue des Galapagos, dernier représentant de son espèce).