Charpentier & Doudna : les inventeuses des ciseaux génétiques CRISPR-Cas9

Deux chercheuses qui se croisent lors d'un colloque, décident de collaborer sur un coup de tête scientifique, et changent la biologie moléculaire pour toujours. L'histoire de CRISPR-Cas9 commence ainsi — et elle a une place légitime dans cette série, malgré une précision qu'il faut poser d'emblée.

Deux parcours scientifiques construits à des milliers de kilomètres l'un de l'autre

Née le 11 décembre 1968 à Juvisy-sur-Orge, dans l'Essonne, fille d'un responsable des espaces verts et d'une infirmière, Emmanuelle Charpentier étudie la biochimie et la microbiologie à l'université Pierre-et-Marie-Curie avant de rejoindre l'Institut Pasteur pour son doctorat (1992-1995), consacré à la résistance aux antibiotiques chez la listeria. Son directeur de thèse, le bactériologiste Patrice Courvalin, se souvient d'une étudiante d'une détermination remarquable : "Lorsqu'elle tient un sujet, une question à résoudre, elle ne lâche pas son os." Dès 1996, elle enchaîne les post-doctorats aux États-Unis — Rockefeller à New York, puis St Jude Children's Research Hospital à Memphis, où elle étudie le pneumocoque — avant une carrière itinérante à travers l'Europe : Vienne, Umeå en Suède, puis Berlin, où elle dirige depuis 2015 l'Institut Max-Planck de biologie des infections.

De son côté, Jennifer Doudna, née le 19 février 1964 à Washington D.C., grandit dès l'âge de 7 ans à Hilo, sur la Grande Île d'Hawaï, dans un foyer intellectuel — son père enseigne la littérature américaine, sa mère est titulaire d'un master en éducation. Passionnée très tôt de mathématiques, elle doit une partie de sa vocation scientifique à une professeure de chimie au lycée, avant d'étudier la chimie au Pomona College (où elle traverse pourtant une période de doute, envisageant d'abandonner ses études). Elle rejoint ensuite Harvard pour un doctorat en biochimie (1989), sous la direction de Jack Szostak — qui recevra lui-même le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2009 — puis effectue un post-doctorat auprès de Thomas Cech, prix Nobel de chimie 1989, où elle se spécialise dans la structure tridimensionnelle de l'ARN par cristallographie aux rayons X. Elle rejoint Yale en 1994, puis Berkeley en 2002.

Un prix Nobel de chimie, pas de médecine — mais une portée profondément médicale

Contrairement à d'autres figures de cette série, Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna n'ont pas reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine, mais le prix Nobel de chimie 2020. Leur découverte relève en effet de la biochimie fondamentale : comprendre comment un système immunitaire bactérien se défend contre les virus. Mais l'application de cette découverte est, elle, profondément médicale — thérapie génique, traitement de maladies héréditaires, recherche contre le cancer. C'est cette portée qui lui vaut sa place ici.

Un système immunitaire bactérien, détourné en outil de précision

Tout commence avec CRISPR, un système de défense que certaines bactéries utilisent contre les virus qui les infectent. Emmanuelle Charpentier, alors à la tête d'une petite équipe à l'université de Vienne, étudie ce système chez la bactérie Streptococcus pyogenes. Elle découvre, avec son collaborateur Jörg Vogel, que ce système repose sur une protéine (Cas9) et deux ARN.

De son côté, à Berkeley, Jennifer Doudna, spécialiste de l'ARN, s'intéresse au même système depuis 2006, cherchant à comprendre son fonctionnement exact.

La rencontre qui déclenche tout

En mai 2011, les deux chercheuses se croisent lors d'un colloque de microbiologie à Porto Rico — et décident sur-le-champ de collaborer. Ensemble, elles démontrent que l'ARN CRISPR peut guider la protéine Cas9 vers une séquence d'ADN précise pour la couper. Leur publication conjointe, parue dans la revue Science en 2012, pose les bases de ce qui deviendra CRISPR-Cas9 : un outil capable de cibler et modifier l'ADN de n'importe quel organisme avec une précision inédite — souvent décrit comme des "ciseaux moléculaires".

Des applications déjà bien réelles

La technologie permet d'éliminer un gène défaillant, de le corriger, ou d'en insérer un nouveau. Elle a déjà été utilisée pour traiter une patiente atteinte de drépanocytose, une maladie génétique du sang, et pour améliorer la vue d'un patient souffrant de rétinite pigmentaire. Les perspectives incluent le traitement de certains cancers, de la mucoviscidose, et de nombreuses autres maladies génétiques jusque-là incurables.

Cette découverte a aussi donné naissance à toute une industrie biotechnologique : Doudna a participé à la création de plusieurs entreprises pour exploiter CRISPR-Cas9, dont Caribou Biosciences (2011) et Intellia Therapeutics, tandis que Charpentier a cofondé CRISPR Therapeutics.

Consciente des enjeux soulevés par cette technologie — notamment la possibilité de modifications héréditaires de l'ADN humain — Jennifer Doudna a elle-même plaidé publiquement pour un moratoire sur l'édition du génome humain à des fins reproductives, un exemple rare de scientifique alertant sur les dérives potentielles de sa propre découverte.

Un prix Nobel qui a fait date

Le 7 octobre 2020, le prix Nobel de chimie est attribué conjointement à Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna — la première fois qu'un prix Nobel scientifique récompense un duo composé uniquement de femmes. Emmanuelle Charpentier devient la 5e Française à recevoir un prix Nobel scientifique, après Marie Curie, Irène Joliot-Curie, Françoise Barré-Sinoussi et Esther Duflo.

En résumé

CRISPR-Cas9 illustre une trajectoire familière dans l'histoire des grandes découvertes scientifiques : un mécanisme obscur, étudié par curiosité fondamentale, qui se révèle capable de transformer la médecine une fois détourné à bon escient. Et une rencontre de colloque qui, en une conversation, a changé le cours de la génétique moderne.

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