En 2009, l’Embrapa (Brazilian Agricultural Research Corp.) et le Jardin zoologique de Brasilia ont commencé à récupérer et à congeler le sang, le sperme et les cellules du cordon ombilical des animaux sauvages morts, principalement dans la savane du Cerrado — une collection incroyablement diversifiée d’écosystèmes de forêts tropicales et de prairies abritant au moins 10 000 espèces de plantes et plus de 800 espèces d’oiseaux et de mammifères, dont certaines ne vivent nulle part ailleurs dans le monde. Des spécimens ont été prélevés sur le chien de brousse, le fourmilier à collier, le bison et le cerf de brocket gris, entre autres espèces.
L’idée était de préserver l’information génétique des espèces sauvages menacées du Brésil. Un jour, ont estimé les organisations, elles pourraient être en mesure d’utiliser l’ADN collecté pour cloner des animaux en voie de disparition et renforcer les populations en déclin. Jusqu’à présent, les deux institutions ont collecté au moins 420 échantillons de tissus. Ils collaborent maintenant à un projet connexe qui utilisera l’ADN de ces spécimens pour améliorer les techniques de reproduction et de clonage. Les techniques de clonage actuelles ont un taux de réussite moyen inférieur à 5%, même lorsqu’elles travaillent avec des espèces familières; le clonage d’animaux sauvages est généralement inférieur à 1%.
Tous les animaux nés pendant la nouvelle entreprise brésilienne vivront au zoo de Brasilia, explique Carlos Martins, chercheur à l’Embrapa. L’expansion des populations captives d’animaux sauvages, espèrent lui et son équipe, découragera les zoos et les chercheurs de retirer encore plus d’animaux sauvages de leurs habitats d’origine. Martins et ses collègues n’ont pas encore décidé quelles espèces ils tenteront de cloner, mais le loup à crinière et le jaguar sont de bons candidats. L’Union internationale pour la Conservation de la nature classe les deux animaux comme « quasi menacés » sur sa Liste Rouge des espèces menacées, deux niveaux en dessous de « en voie de disparition ». »
De nombreux chercheurs s’accordent à dire qu’à l’heure actuelle, le clonage n’est pas une stratégie de conservation faisable ou efficace. Tout d’abord, soulignent certains défenseurs de l’environnement, le clonage ne répond pas aux raisons pour lesquelles de nombreux animaux sont menacés en premier lieu — à savoir la chasse et la destruction de l’habitat. Même si le clonage pourrait théoriquement aider dans des situations vraiment désespérées, les techniques de clonage actuelles sont tout simplement trop inefficaces pour faire une grande différence. Comparé au clonage d’espèces domestiques — en particulier de bovins, qui ont été clonés avec succès pendant des années pour reproduire des caractères souhaitables — le clonage d’espèces menacées est beaucoup plus difficile pour un certain nombre de raisons.
Le clonage réussi implique généralement au moins trois composants essentiels: l’ADN de l’animal à cloner; un ovule viable pour recevoir cet ADN; et une mère pour mettre en gestation l’embryon résultant. Souvent, des centaines d’embryons et de tentatives de grossesse sont nécessaires pour produire même quelques clones. Les scientifiques ont généralement une mauvaise compréhension de la physiologie reproductive des animaux en voie de disparition, ce qui rend trop risqué d’extraire un nombre suffisant d’œufs de cette espèce ou de compter sur les femelles de cette espèce pour donner naissance à des clones. Les protections juridiques excluent parfois également les espèces menacées de telles procédures. Pour compenser, les chercheurs fusionnent l’ADN d’une espèce en voie de disparition avec des œufs d’une espèce étroitement apparentée et sélectionnent des mères de cette dernière. Ces embryons hybrides ne se développent souvent pas correctement.
Bien qu’ils soient parfaitement conscients de ces problèmes, Martins et ses collègues, ainsi que quelques autres scientifiques du monde entier, pensent que les efforts pour archiver les informations génétiques des espèces sauvages menacées en valent la peine. Certains chercheurs restent optimistes quant au fait que le clonage deviendra un outil utile pour la conservation à l’avenir. Les optimistes soulignent les succès récents du clonage de mammifères sauvages à l’aide d’espèces domestiques étroitement apparentées, l’amélioration des techniques de prévention des anomalies du développement d’un embryon cloné, de meilleurs soins néonatals pour les clones nouveau-nés et la fécondation in vitro rendue possible par des cellules souches dérivées de tissus congelés.
Les premiers clones
Au début des années 1950, à l’Institut de recherche de l’Hôpital Lankenau de Philadelphie, Robert Briggs et Thomas King ont cloné avec succès 27 grenouilles léopards du Nord grâce à un processus connu sous le nom de transfert nucléaire. Le noyau, souvent appelé centre de commande de la cellule, contient la majeure partie de l’ADN d’un vertébré — à l’exception de l’ADN contenu dans des organites générateurs d’énergie en forme de haricot appelés mitochondries. Briggs et King ont vidé les œufs de grenouille de leurs noyaux, ont aspiré les noyaux des cellules des embryons de grenouille et ont injecté ces noyaux dans les œufs vides. De nombreux œufs se sont développés en têtards génétiquement identiques aux embryons qui avaient donné leur ADN nucléaire.
En 1958, John Gurdon, alors à l’Université d’Oxford, et ses collègues ont cloné des grenouilles avec de l’ADN nucléaire extrait des cellules de têtards complètement formés. Contrairement aux cellules embryonnaires, qui sont suffisamment flexibles génétiquement pour devenir une variété de tissus différents, les cellules d’un têtard sont « différenciées » — c’est-à-dire que les modèles de gènes qu’elles expriment ont changé pour s’adapter au profil d’un type cellulaire spécifique: une cellule de la peau, des yeux ou du cœur, par exemple. Gurdon a démontré que, lorsqu’il est transplanté dans un œuf, l’ADN nucléaire d’une cellule mature revient à l’état plus polyvalent caractéristique de l’ADN dans les cellules d’un embryon. Cette percée a encouragé les scientifiques à essayer de cloner des animaux beaucoup plus gros en utilisant de l’ADN de cellules adultes.
En 1996, des chercheurs écossais ont tenté de cloner une brebis Finn-Dorset femelle. Ils ont injecté des noyaux extraits de ses cellules de pis dans près de 300 œufs vides dérivés de blackfaces écossaises, une race de mouton différente. Sur ces œufs préparés, les scientifiques ont réussi à créer plus de 30 embryons. Seuls cinq de ces embryons se sont développés en agneaux après avoir été implantés dans des blackfaces écossaises de substitution. Et un seul de ces agneaux a survécu jusqu’à l’âge adulte. Les chercheurs l’ont nommée Dolly.
Depuis lors, certains biologistes ont suggéré à plusieurs reprises que le clonage pourrait aider à sauver des espèces menacées, en particulier dans des situations désastreuses où il ne reste que quelques dizaines ou une poignée d’animaux. Plus une population est petite, homogène et consanguine, plus elle est sensible à une seule mutation ou maladie génétique nuisible. Les clones pourraient théoriquement augmenter la diversité génétique d’une population en voie de disparition si les chercheurs avaient accès à de l’ADN préservé provenant de nombreux individus différents. À tout le moins, les clones pourraient stabiliser une population en diminution. Et, certains chercheurs soutiennent qu’une population génétiquement homogène mais stable serait meilleure que l’extinction; certains groupes d’animaux sauvages très consanguins, tels que le bétail de Chillingham en Angleterre, ont très bien survécu pendant des centaines d’années.
Une espèce qui pourrait bénéficier du clonage est le rhinocéros blanc du Nord, originaire d’Afrique. En 1960, la population mondiale de rhinocéros blancs du Nord était de plus de 2 000 personnes, mais le braconnage a réduit leur nombre à seulement 11 aujourd’hui. Selon le dernier décompte, trois vivent dans des zoos — deux à San Diego et un en République tchèque — quatre vivent dans la réserve d’Ol Pejeta au Kenya et aussi peu que quatre individus peuvent encore vivre à l’état sauvage sur la base de rapports non confirmés, mais ils n’ont pas été repérés depuis plusieurs années. La plupart des animaux en captivité sont indifférents à l’accouplement ou stériles, bien que deux rhinocéros se soient accouplés à l’été 2012.
À l’heure actuelle, cependant, le clonage est peu susceptible d’aider le rhinocéros blanc ou toute autre espèce menacée. À ce jour, l’histoire du clonage d’animaux en voie de disparition est l’une des rares réussites et de nombreux échecs. Depuis le début des années 2000, en utilisant la même technique qui a produit Dolly, les chercheurs ont cloné plusieurs mammifères en voie de disparition, voire éteints, dont un mouflon et un bovin connu sous le nom de gaur en 2001; une sorte de bétail sauvage appelé banteng en 2003; une chèvre sauvage connue sous le nom de bouquetin des Pyrénées en 2009; et des coyotes sauvages en 2012. Dans chaque cas, beaucoup plus de clones sont morts avant la naissance que n’ont survécu; dans la plupart des cas, aucun des clones n’a survécu jusqu’à l’âge adulte.
Incompatibles
Tous ces clones tentés d’animaux en voie de disparition ou disparus sont morts de différentes manières pour différentes raisons, mais ils partageaient tous un problème fondamental: ils n’étaient pas des répliques exactes de leurs homologues. Dans la plupart des cas, les chercheurs ont combiné l’ADN de l’espèce menacée avec des œufs d’une espèce domestique apparentée. Chaque mère porteuse est souvent implantée avec des dizaines d’embryons hybrides afin de réaliser au moins quelques grossesses, une stratégie qui nécessite d’extraire des centaines d’ovules. Parce que la physiologie de la reproduction de la plupart des animaux en voie de disparition est si mal comprise, les chercheurs ne savent souvent pas quand les animaux ovulent et comment acquérir au mieux leurs œufs. Dans certains cas, les protections légales empêchent les scientifiques de récolter des œufs d’espèces menacées. Pour toutes ces raisons, ils se tournent plutôt vers des espèces domestiques plus familières.
L’injection de l’ADN d’une espèce dans l’œuf d’une autre espèce — même étroitement apparentée — crée un embryon hybride inhabituel qui ne se développe souvent pas correctement dans l’utérus d’une mère porteuse. Les embryons hybrides ont l’ADN nucléaire de l’espèce clonée et l’ADN mitochondrial (ADNmt) de l’ovule donneur. Cette inadéquation devient problématique à mesure que l’embryon se développe. L’ADN nucléaire et l’ADNmt fonctionnent ensemble; ils contiennent tous deux des recettes génétiques de protéines avec lesquelles les cellules extraient l’énergie des aliments. Dans un embryon hybride, ces protéines ne s’emboîtent pas toujours correctement, ce qui laisse les cellules affamées d’énergie. Pour compliquer encore les choses, la mère porteuse rejette souvent l’embryon hybride parce qu’elle reconnaît certains tissus de l’embryon, en particulier le placenta, comme étrangers.
Un autre problème — et le plus insoluble à ce jour – est qu’un embryon hybride créé par transfert nucléaire n’est pas une feuille blanche génétique comme la plupart des embryons. Tous les vertébrés commencent leur vie sous forme de boules creuses de cellules souches embryonnaires, qui peuvent devenir presque n’importe quel type de cellule adulte. Chacune de ces cellules souches contient une copie du même génome emballé dans des faisceaux serrés de chromosomes d’ADN et de protéines histones. Au fur et à mesure que l’embryon se développe, les cellules souches commencent à prendre leurs formes adultes: certaines deviennent des cellules de peau, d’autres des cellules cardiaques, etc. Différents types de cellules commencent à exprimer différents modèles de gènes. À l’intérieur de chaque cellule, un assortiment de molécules et d’enzymes interagit avec l’ADN et les histones pour modifier l’expression des gènes. Certaines molécules, telles que les groupes méthyle, empêchent physiquement les machines cellulaires de lire les instructions génétiques dans certains segments de l’ADN; certaines enzymes desserrent les liaisons entre les histones et l’ADN, rendant des gènes particuliers plus accessibles. Finalement, chaque type de cellule — cellule de la peau, cellule du foie, cellule du cerveau – a le même génome, mais un épigénome différent: un modèle unique de gènes qui sont activement exprimés ou efficacement réduits au silence. Au fil du temps, l’épigénome d’une cellule adulte peut encore changer, en fonction des expériences de vie de l’animal.
Ainsi, lorsque les chercheurs injectent le noyau d’une cellule adulte dans un œuf vide, le noyau apporte son épigénome unique. Comme l’ont montré les premières expériences de Gurdon dans les années 1950 et les études ultérieures, un œuf est capable d’effacer l’épigénome de l’ADN nucléaire introduit, effaçant l’ardoise — dans une certaine mesure. Ce processus de « reprogrammation nucléaire » est mal compris, et l’œuf ne parvient souvent pas à le terminer correctement, en particulier lorsque l’œuf provient d’une espèce et l’ADN nucléaire d’une autre. La reprogrammation nucléaire incomplète est l’une des principales raisons, selon les scientifiques, des nombreuses anomalies du développement qui tuent les clones avant la naissance et des problèmes médicaux communs à de nombreux survivants, tels qu’un poids de naissance extrêmement élevé et une défaillance des organes.
Certains chercheurs voient des moyens de contourner ces problèmes. Pasqualino Loi, de l’Université de Teramo en Italie, faisait partie d’une équipe qui a réussi à cloner des moufles en voie de disparition au début des années 2000; les clones sont morts dans les six mois suivant la naissance. Loi et ses collègues pensent qu’ils peuvent augmenter les chances qu’un embryon hybride survive dans l’utérus d’une mère porteuse. Premièrement, ils proposent que les chercheurs puissent nourrir un embryon hybride pendant une courte période en laboratoire jusqu’à ce qu’il se développe en ce qu’on appelle un blastocyste — les débuts en forme de boule d’un vertébré composé d’un cercle externe de cellules, le trophoblaste, entourant un amas de cellules souches à division rapide connu sous le nom de masse cellulaire interne. Finalement, le trophoblaste devient le placenta. Les chercheurs pourraient extraire la masse cellulaire interne du blastocyste hybride, suggère Loi, et la transplanter dans un trophoblaste vide dérivé de la même espèce que la mère porteuse. Parce que la mère porteuse est beaucoup moins susceptible de rejeter un trophoblaste de sa propre espèce, l’embryon en développement à l’intérieur a de bien meilleures chances de survivre.
Les scientifiques ont également trouvé comment encourager la reprogrammation nucléaire en baignant l’œuf dans certains composés et produits chimiques, tels que la trichostatine A, qui stimulent ou inhibent les enzymes qui déterminent l’épigénome d’une cellule. Plus récemment, Teruhiko Wakayama du RIKEN Center for Developmental Biology à Kobe, au Japon, et ses collègues ont produit 581 souris clonées à partir d’une seule souris donneuse sur 25 générations, en utilisant la trichostatine A pour atteindre des taux de réussite pouvant atteindre 25% chez certaines générations mais pas toutes. Pour résoudre l’inadéquation entre l’ADNmt et l’ADN nucléaire, Loi suggère simplement de retirer l’ADNmt natif de l’œuf et de le remplacer par l’ADNmt de l’espèce à cloner — ce que les chercheurs ont essayé dans les années 1970 et 80, mais n’ont pas tenté récemment pour des raisons peu claires.
Certaines des tentatives les plus réussies de cloner des animaux en voie de disparition au cours des dernières années ont impliqué deux des espèces domestiques les plus aimées — les chats et les chiens. Au Centre Audubon pour la recherche sur les espèces menacées de la Nouvelle-Orléans, Martha Gomez et ses collègues ont créé de nombreux clones de chats sauvages africains depuis le milieu des années 2000, en utilisant des chats domestiques comme mères porteuses. Gomez dit que huit clones ont survécu jusqu’à présent à l’âge adulte et sont tous en bonne santé aujourd’hui. Elle attribue son succès, en partie, au fait que les chats sauvages et les chats domestiques sont beaucoup plus étroitement liés les uns aux autres que la plupart des espèces sauvages et domestiques appariées à des fins de clonage. Elle et son équipe ont également appris à augmenter les taux de réussite des césariennes — pour épargner aux clones le stress d’une naissance typique — et à garder les clones nouveau-nés en soins intensifs pendant quelques semaines, comme s’il s’agissait de bébés prématurés. En 2008, B.C. Lee de l’Université nationale de Séoul en Corée et ses collègues ont obtenu un succès similaire en utilisant des chiens domestiques pour créer trois clones de loups gris mâles en bonne santé. L’équipe de Lee avait précédemment créé deux clones femelles de loups gris. Les cinq animaux ont survécu jusqu’à l’âge adulte, confirme Lee.
Travaillant avec des chats à pieds noirs, originaires d’Afrique et répertoriés comme « vulnérables » sur la Liste rouge, Gomez se concentre maintenant sur une méthode de clonage différente du transfert nucléaire. Elle essaie de transformer des cellules adultes de chats à pieds noirs en cellules souches et d’induire ensuite ces cellules souches à devenir des spermatozoïdes et des ovules. Ensuite, grâce à une fécondation in vitro ou à des techniques similaires, elle a pu imprégner des chats domestiques d’embryons de chats à pieds noirs. Alternativement, des spermatozoïdes et des ovules dérivés de cellules souches pourraient être utilisés pour imprégner les femelles de l’espèce en voie de disparition.
Dire que cette approche est techniquement difficile serait un euphémisme, mais les chercheurs ont fait des progrès impressionnants. En 2011, Jeanne Loring de l’Institut de recherche Scripps à La Jolla, en Californie., et ses collègues ont produit des cellules souches à partir des cellules de la peau congelées de deux espèces menacées — le rhinocéros blanc du Nord et un primate ressemblant à un bébé connu sous le nom de foret. Et en 2012, Katsuhiko Hayashi de l’École supérieure de médecine de l’Université de Kyoto et ses collègues ont transformé des cellules cutanées de souris adultes en cellules souches, qu’ils ont ensuite transformées en œufs viables. Après avoir fécondé les ovules avec du sperme dans des éprouvettes, les chercheurs ont implanté les embryons chez des souris mères porteuses qui ont donné naissance à une progéniture saine et fertile.
« Je ne dis pas que le clonage va sauver des espèces menacées », dit Gomez, « mais je continue de croire que le clonage est un autre outil. Ce n’est pas facile, cependant. La recherche avance lentement. »
La Loi de Teramo reste également optimiste. Il pense que les scientifiques devraient continuer à collecter et à préserver les informations génétiques des animaux en voie de disparition, comme l’a fait le Brésil, en créant des bio-banques de tissus sur la glace, comme le « zoo gelé » de l’Institut de recherche sur la conservation du zoo de San Diego. Si les chercheurs parviennent à augmenter considérablement l’efficacité du clonage d’animaux sauvages et en voie de disparition — que ce soit par transfert nucléaire ou par fécondation in vitro —, l’ADN dont ils ont besoin les attendra. Si ce n’est pas le cas, les bio-banques seront toujours utiles pour la recherche plus fondamentale. « Une fois que le clonage d’animaux en voie de disparition sera correctement établi, ce sera un outil très puissant », explique M. Loi. « Si quelque chose peut être fait, ce sera fait dans 10 ans. »