Désextinction : une technologie de laboratoire numérique soutient un projet gigantesque

Ramener les espèces perdues nécessitera un effort scientifique novateur et les outils nécessaires pour exploiter de vastes étendues de données génomiques.

La conservation de la faune sauvage s'est traditionnellement concentrée sur la protection des espèces avant leur disparition, mais les progrès de la technologie d'édition du génome soulèvent des questions auparavant inimaginables. Tout d'abord : existe-t-il un moyen de sortir de l'extinction ? Et si c'est le cas, des écosystèmes en difficulté pourraient-ils être « réensauvagés » par des animaux disparus depuis longtemps ?

En 2021, l'entrepreneur Ben Lamm et le généticien de renommée mondiale de Harvard George Church ont fondé Colossal Biosciences avec le projet audacieux de créer des animaux très similaires aux mammouths laineux en utilisant les techniques révolutionnaires de génie génétique de Church. En janvier 2023, Colossal avait attiré 225 millions de dollars de capital-risque et avait élargi sa mission pour inclure le retour du thylacine, communément appelé tigre de Tasmanie, et du dodo.

« Notre objectif est de créer un pipeline scientifique complet pour la désextinction », explique Eriona Hysolli, qui dirige la division de biologie de Colossal et dirige son projet sur les mammouths laineux. « Les gens commencent à comprendre à quel point les technologies génétiques peuvent être précieuses pour la boîte à outils de conservation. »

Des entreprises gigantesques

Le concept de Colossal, décrit publiquement pour la première fois par Church lors d'une conférence TEDx en 2013, consiste à réécrire les gènes du plus proche parent génétique du mammouth, l'éléphant d'Asie, afin d'intégrer des éléments essentiels glanés lors de l'analyse de l'ADN ancien de mammouth : dépôts graisseux, cheveux hirsutes, petites oreilles, biologie circadienne et autres caractéristiques liées à la résistance au froid, par exemple. Les nouvelles espèces hybrides pourraient être réintroduites dans les écosystèmes de la toundra, où les chercheurs pensent que leur forte empreinte améliorerait la pénétration du froid dans le pergélisol pour empêcher sa fonte, tout en favorisant le passage d'un écosystème de toundra à cycle lent à un écosystème de prairies à cycle rapide.

Au départ, les agences de financement se sont montrées peu enthousiastes à l'égard des recherches sur la désextinction menées dans le laboratoire de Church. Une personne intéressée était Hysolli, une experte en cellules souches qui a rejoint le laboratoire en 2015 en tant que post-doctorant.

« À l'époque, je lisais Neanderthal Man de Svante Pääbo et j'étais fascinée par le parcours qu'il fallait parcourir pour séquencer l'ADN ancien », se souvient-elle. « George est mentionné dans ce livre parce qu'il réfléchissait au-delà du simple séquençage d'une espèce, mais aussi à la manière dont son retour peut restaurer tout un écosystème. »

Après des succès tels que l'amélioration de l'édition multiplex de bases de cellules de mammifères, une technique qui utilise des enzymes modifiées, telles que les systèmes CRISPR-Cas, pour recoder simultanément plusieurs parties d'un génome, Hysolli a saisi l'opportunité de rejoindre Colossal en tant que premier biologiste.

« Nous menons des recherches révolutionnaires et nos flux de travail sont tout à fait uniques, ce qui fait que nous avons toujours l'impression d'être dans un laboratoire », déclare-t-elle. « La désextinction englobe de nombreux domaines dans lesquels vous devez développer une expertise et de nouvelles technologies. Colossal a donc toujours cette sensation de recherche fondamentale. »

Déplacez-vous vite et (ne) cassez aucun objet

Immédiatement après avoir rejoint la start-up, Hysolli a dû relever le défi de constituer une équipe et de développer des protocoles pour le projet sur le mammouth laineux. Alors qu'elle était habituée aux méthodes traditionnelles de tenue de dossiers à la plume et au papier dans le laboratoire de l'Église, cette nouvelle entreprise nécessitait une approche numérique.

« Si vous voulez constituer rapidement une équipe, vous devez être en mesure de partager des données expérimentales immédiatement », explique Hysolli. « L'une des premières choses que nous avons faites a été de nous associer à un fournisseur de cahiers de laboratoire électroniques. Cela permet la circulation des connaissances, non seulement au sein de mon équipe, mais aussi entre les équipes. Il est facile de regarder l'expérience et de télécharger le résultat. »

Avec plusieurs génomes presque complets du mammouth laineux séquencés en 2015 et 2021, Hysolli et ses collègues se sont concentrés en grande partie sur l'analyse des mégadonnées de l'éléphant d'Asie. En juillet 2022, Colossal et le Vertebrate Genomes Project ont annoncé avoir séquencé et assemblé avec succès le génome de l'éléphant d'Asie au niveau du génome de référence, le premier du genre pour les éléphants.

« Les laboratoires créent des lacs de données », explique Zareh Zurabyan, spécialiste de la stratégie numérique des laboratoires et responsable d'eLabNext America, dont la technologie gère les données et les flux de travail de Colossal. « Il existe d'innombrables ensembles de données provenant de multiples instruments, expériences, de nombreuses formes de pièces jointes et d'échantillons contenant des milliers de champs de métadonnées. Il s'agit de l'écosystème idéal pour utiliser l'apprentissage automatique, l'apprentissage profond et l'IA, non seulement pour une analyse approfondie des données, mais aussi pour définir la recherche et la stratégie commerciale de l'entreprise, ce qui vous permet de recentrer le travail en temps réel. »

Erwin Seinen, cofondateur d'eLabNext, constate une tendance vers des entreprises multidisciplinaires qui associent harmonieusement des techniques d'IA et de ML de pointe au travail traditionnel en laboratoire humide. « Cette approche est en train de devenir la norme pour les startups biotechnologiques comme pour les entreprises établies », déclare-t-il. « Colossal illustre la synergie entre ces deux domaines. Il en résultera une nouvelle ère de découvertes scientifiques, où la puissance de l'apprentissage automatique et de l'analyse des données sera exploitée pour stimuler l'innovation dans les sciences de la vie. »

La forme suit la fonction

Hysolli note que la proposition de valeur pour les investisseurs de Colossal ne réside pas seulement dans la désextinction, mais dans le développement plus large de nouveaux outils pour les biologistes, allant de l'ingénierie cellulaire à la reprogrammation en passant par la technologie gestationnelle. « Nous repoussons réellement les limites de la biologie des mammifères, des marsupiaux et des oiseaux, et ces technologies vont au-delà de la désextinction », affirme-t-elle.

En septembre 2022, Colossal a annoncé sa première spin-off, une plateforme de biologie computationnelle appelée Form Bio, que l'entreprise a développée pour gérer ses pipelines de désextinction. Avec 30 millions de dollars de capital-risque, la nouvelle société de logiciels indépendante vise à remplacer les processus encombrants et riches en code par une interface accessible permettant aux scientifiques de réaliser facilement des opérations bioinformatiques.

« Form Bio effectue des analyses génomiques personnalisées pour nous, en particulier en ce qui concerne les relations entre l'ADN et les caractères », explique Hysolli. « Il s'agit de notre ancienne base de données ADN. Nous l'utilisons également pour la puissance informatique et le stockage, et si nous voulons effectuer nos propres analyses, de nombreux flux de travail disposent de fonctionnalités d'IA intégrées.

« Les résultats de nos données étant centralisés via la plateforme eLabNEXT, ils sont facilement accessibles par les équipes d'IA et d'apprentissage automatique. Nous générons tellement de données, et tout cela représente un potentiel inexploité. »

Protégez et préservez

Hysolli souligne le travail continu de Colossal pour faire avancer les efforts de conservation des éléphants, notamment le développement de nouveaux traitements et d'un vaccin pour prévenir le virus de l'herpès endothéliotropique des éléphants. Il prévoit également de construire des génomes de référence de l'éléphant de savane et de l'éléphant de forêt d'Afrique.

« Et si ces éléphants disparaissaient en quelques années, mais que vous n'aviez pas commencé à mettre au point les technologies d'embryologie et de procréation assistée nécessaires à leur retour, les mêmes outils nécessaires à notre travail de désextinction ? » demande Hysolli. « Nous disposons des outils nécessaires pour créer de la biodiversité dans une boîte, mais avec encore plus d'échantillons séquencés et préservés, vous pouvez restaurer des populations entières plutôt que des individus. »

Rester ouvert au public sur les objectifs — et les données — de la désextinction est essentiel pour les perspectives de Colossal, souligne Hysolli.

« Nous essayons d'adapter nos flux de travail pour permettre facilement la préservation des espèces », déclare-t-elle. « Nous nous engageons à restaurer notre patrimoine naturel et à collaborer avec les parties prenantes, car lorsque vous créez des modèles pour réensauvager des écosystèmes, cela doit être fait de manière transparente et éthique. »

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