Une décennie après que CRISPR a commencé à devenir un outil majeur dans la recherche génétique, une nouvelle génération de scientifiques grandit avec la technologie. Même les lycéens sont capables de mener des expériences CRISPR. Certaines écoles secondaires publiques spécialisées enseignent CRISPR comme une leçon pratique en biotechnologie. Ces cours couvrent tout, de la biologie moléculaire au pipetage en passant par l’éthique biomédicale et les options de carrière.
Visualiser de minuscules molécules
“Visualiser et comprendre ce qui se passe au niveau moléculaire est généralement toujours un défi”, a déclaré Katy Gazda, une enseignante de biotechnologie au lycée qui a enseigné CRISPR dans sa classe l’année dernière. Pour aider les élèves à mieux comprendre les mouvements moléculaires complexes, les enseignants utilisent des outils tels que des modèles papier, des modèles imprimés en 3D et des animations en ligne.
Remarque : le schéma est simplifié.
1. Cibler le bon gène
Les scientifiques conçoivent un morceau d’ARN qui correspond à l’ADN qu’ils veulent modifier. C’est ce qu’on appelle le ARN guide. Les étudiants peuvent s’entraîner à concevoir leurs propres séquences d’ARN guide en utilisant le même outil de recherche bioinformatique gratuit que les scientifiques utilisent pour la recherche.
2. Lier la cible
Une enzyme appelée Cas9 se lie à un morceau d’ADN et déroule temporairement une section de l’ADN. Les étudiants peuvent modéliser le processus avec des découpes de papier, en poussant une séquence d’ADN de papier le long d’un ARN guide imprimé jusqu’à ce qu’ils correspondent.
3. Couper l’ADN
Si l’ARN guide correspond à une section de l’ADN, l’enzyme Cas9 coupe les deux brins de la double hélice d’ADN. Une animation interactive du Howard Hughes Medical Institute montre aux étudiants comment l’enzyme Cas9 change de forme et coupe l’ADN.
ADN réparé avec section éditée
fragments d’ADN coupé par Cas9
fragments d’ADN coupé par Cas9
ADN réparé avec section éditée
Remarque : Les schémas sont simplifiés.
4. Réparer et modifier l’ADN
La machinerie à l’intérieur de la cellule se précipite pour réparer l’ADN brisé. Un processus de réparation utilise un morceau d’ADN ininterrompu d’apparence similaire comme modèle pour recoudre les morceaux brisés.
Les scientifiques peuvent introduire de l’ADN sur mesure dans la cellule, incitant la machinerie de réparation à utiliser l’ADN modifié comme modèle pour assembler les morceaux brisés.
Les étudiants découvrent également des exemples concrets d’édition d’ADN, tels que les thérapies pour les maladies génétiques, notamment la drépanocytose et la fibrose kystique. Dans certains exercices, ils peuvent voir des exemples de la séquence d’ADN réelle associée à chaque maladie et évaluer des modifications génétiques spécifiques proposées pour guérir la maladie.
Édition pratique de gènes avec des bactéries
Mme Gazda pense que les cours pratiques en laboratoire aident les étudiants à “ouvrir leur esprit à l’idée qu’ils peuvent vraiment être un scientifique”. Plusieurs entreprises vendent des kits de programmes CRISPR aux lycées et universités. Un kit de Bio-Rad, un fabricant de technologies des sciences de la vie, comprend une expérience préemballée utilisant la bactérie E. coli.
Bactéries modifiées avec CRISPR
E. coli
colonies de bactéries
Pétri
plats pleins de
nourriture bactérienne
Pétri
plat plein de
nourriture bactérienne
Bactéries modifiées avec CRISPR
Pétri
plat plein de
nourriture bactérienne
Bactéries sans CRISPR
Un gène de la bactérie code pour une enzyme, appelée ß-gal, qui peut aider à décomposer certaines molécules.
Une couleur bleu vif apparaît lorsque X-gal est décomposé par ß-gal.
Un gène de la bactérie code pour une enzyme, appelée ß-gal, qui peut aider à décomposer certaines molécules.
Une couleur bleu vif
apparaît lorsque X-gal est
décomposé en ß-gal.
Remarque : Les diagrammes et les noms de molécules sont simplifiés.
Les bactéries E. coli utilisées dans le kit Bio-Rad sont cultivées sur un mélange alimentaire qui comprend un composé appelé X-gal. Normalement, ces bactéries sont capables d’utiliser une enzyme pour décomposer le composé en deux parties : une molécule de sucre et une molécule indicatrice.
La molécule indicatrice devient bleu foncé, montrant aux élèves que l’enzyme bactérienne fonctionne. Cet affichage coloré est une partie importante de l’expérience. Il montre aux élèves à quoi s’attendre dans un groupe inchangé ou “témoin” – un élément essentiel de toute expérience scientifique.
Bactéries modifiées avec CRISPR
L’enzyme ß-gal n’est pas produite.
Le composé X-gal ne peut pas être décomposé sans l’enzyme ß-gal, de sorte que la molécule indicatrice bleu vif n’est jamais produite.
Une fois que les étudiants ont utilisé CRISPR pour transformer une section du gène, le gène n’est plus fonctionnel.
Une fois que les étudiants ont utilisé CRISPR pour transformer une section du gène, le gène n’est plus fonctionnel.
L’enzyme ß-gal n’est pas produite. Le composé X-gal ne peut pas être décomposé sans l’enzyme ß-gal, de sorte que la molécule indicatrice bleu vif n’est jamais produite.
Remarque : Les diagrammes et les noms de molécules sont simplifiés.
Le processus de modification de l’ADN d’E. coli avec CRISPR implique des techniques de laboratoire telles que le pipetage de liquides et le déplacement soigneux des colonies de bactéries. Enseigner à une nouvelle classe de laboratoire comme CRISPR peut être intimidant, déclare Gregory Jubulis, un professeur de sciences au lycée qui utilise le kit Bio-Rad dans sa classe de biotechnologie. « Il vous faut quelques années avant d’être vraiment à l’aise avec l’enseignement de quelque chose », a-t-il déclaré.
Mais lorsque les kits de laboratoire CRISPR en classe sont devenus disponibles pour la première fois, il savait qu’il voulait l’enseigner. “Je veux juste que mes enfants soient prêts pour l’avenir de la science”, a-t-il déclaré.
Pas seulement sur les molécules
Mme Gazda utilise les cours de laboratoire comme une opportunité de partager des options de carrière avec les étudiants. Dans un laboratoire CRISPR, les étudiants peuvent découvrir des carrières dans tous les domaines, de la biologie moléculaire et cellulaire à l’entrepreneuriat et au journalisme scientifique.
“L’éthique revient toujours”, explique M. Jubulis, expliquant comment il relie l’expérience de laboratoire aux applications CRISPR réelles comme la thérapie génique. Beaucoup de ses étudiants ont des amis ou de la famille atteints de maladies génétiques, le sujet peut donc être profondément personnel.
