Exposés aux radiations solaires, les astronautes sont susceptibles de développer des dommages sur leur ADN et donc des cancers. Une nouvelle méthode permet de mieux évaluer ces dégâts et la manière dont ils peuvent être réparés.

Lorsque Thomas Pesquet redescendra sur Terre en octobre prochain, ce sera l’occasion de voir à quel point un séjour de quelques mois dans l’espace fait des ravages sur le corps. Muscles atrophiés, difficultés à se déplacer, à bouger même les bras… Mais d’autres dégâts beaucoup moins visibles existent également, jusqu’à l’ADN.

Ce mal ne touche pas que les astronautes puisqu’ici-bas sur Terre, nous sommes chaque jour menacés par des dommages sur notre ADN. Cela peut être le fruit d’un processus interne, ou alors provoqué par les rayons ultraviolets émis par le Soleil. Ces rayons sont en partie filtrés par l’atmosphère terrestre, mais ils touchent de plein fouet les passagers de la Station spatiale internationale. Concrètement, ces dommages deviennent des cancers d’origine génétique.

La première édition de gènes dans l’espace

C’est pour soigner ces maladies qu’une méthode révolutionnaire est à l’étude depuis quelques années déjà : CRISPR/Cas9. La méthode a été testée dans l’espace pour la toute première fois. Le compte rendu a été publié dans la revue spécialisée PLOS ONE le 30 juin 2021.

« C’était un vrai défi, nous raconte l’un des auteurs, Sebastian Kraves. Il a fallu apporter de nombreuses techniques complexes à bord de l’ISS, notamment pour inclure la méthode d’édition du génome dans des cellules de levure, ce qui n’avait jamais été fait jusque-là dans l’espace. » Employé de l’entreprise miniPCR bio, il a participé à la conception du matériel utilisé pour extraire et manipuler l’ADN lors de l’expérience.

La méthode CRISPR s’apparente à un « ciseau génétique ». // Source : SVG SILH/CC0, Pixabay (montage Numerama)

Mais avant d’entrer dans le détail de l’étude, une question se pose. Pourquoi partir dans l’espace réparer de l’ADN alors que tout est là pour le faire tranquillement sur Terre ? Le problème, c’est que l’ADN peut déjà se réparer seul, par des processus naturels. Mais certaines études laissent penser que ce mécanisme peut agir différemment en microgravité. Or, l’ISS est le seul endroit où ce genre d’expérience peut avoir lieu pour voir en détail ce qui se passe dans ces conditions. Ce qui peut être crucial en vue de futures longues missions habitées à travers l’espace.

Un ADN soigneusement abîmé

Les chercheurs ont donc embarqué des cellules de levure ainsi que tout un matériel spécifique pour les faire grandir dans l’espace. Il y avait notamment une sorte de petit congélateur pour placer les échantillons à -80 degrés Celsius. C’est l’astronaute américaine Christina Koch qui était chargée de les extraire le moment venu, de les mélanger avec une mixture censée permettre leur développement et de les placer dans des sacs à température ambiante.

Après six jours d’incubation, un autre américain, Nick Hague, a surveillé le tout en prenant régulièrement des photos des cultures de cellules. Il a ensuite extrait de l’ADN de quelques cellules sélectionnées.

Cet ADN a été soigneusement « abimé » avec la méthode CRISPR/Cas9 pour ensuite voir comment se déroulait la réparation. C’est donc la toute première fois que cette technique était utilisée dans l’espace. Pendant ce temps, une expérience strictement similaire avait lieu sur Terre afin de comparer les deux. Pour faciliter l’expérience, le gène utilisé pour réparer les cellules provoquait un changement de couleur. « C’est toute l’élégance de cette expérience, s’enthousiasme Sebastian Kraves. Nous étions en direct avec les astronautes qui nous disaient quand les cellules viraient au rouge, ce qui était synonyme de succès ! »

Christina Koch pratiquant l'expérience dans l'ISS
Christina Koch pratiquant l’expérience dans l’ISS. Source : Étude

Malgré tout, ce succès n’est pas encore suffisant : « C’est une étape clé dans la biologie spatiale, mais il faut davantage d’essais pour savoir si la manière dont l’ADN se répare est influencée par la microgravité. »

Le but de cette expérience était avant tout de voir si la culture de cellules, le prélèvement d’ADN, l’utilisation de CRISPR/Cas9 et le séquençage restaient possibles en microgravité. Les contraintes sont plus nombreuses que sur Terre, notamment à cause de l’utilisation du liquide, toujours très délicate dans l’espace, et il fallait être certain que tout le protocole soit bien respecté.

La clé pour de longs voyages spatiaux

« Pour poursuivre, précise Sebastian Kraves, nous devons répéter l’expérience avec davantage d’échantillons et montrer quels mécanismes utilise l’ADN pour se réparer en l’absence de gravité. » Il faut aussi causer différents dommages plus réalistes à l’ADN : « Il fallait commencer par une expérience très contrôlée pour bien voir le processus  ». Or, l’ADN exposé à d’importantes radiations s’abîme de différentes manières, avec plusieurs brins brisés, et deux méthodes « naturelles » sont activées pour les réparer :

  • La méthode NHEJ, dans laquelle des protéines aident les brins à se joindre en créant des « ponts ». Ce qui peut être source d’erreur, car la structure peut être légèrement transformée.
  • La méthode HR, une recombinaison qui implique de recopier la séquence initiale pour la reproduire.

La suite des études génétiques servira à montrer si l’un des deux mécanismes est plus utilisé que l’autre, une fois l’ADN en microgravité. Les applications peuvent en tout cas être colossales. CRISPR/Cas9 est une technique encore en développement, et très discutée pour des raisons éthiques. Il s’agit tout de même de « trafiquer » le système génétique, mais la méthode pourrait être cruciale pour des missions spatiales longues.

Dans l’espace, sans la protection de l’atmosphère terrestre, les astronautes sont exposés à d’importants risques de cancer. Ils reçoivent les radiations UV du Soleil sans filtre, ou presque. Dans l’ISS, il reste un peu d’atmosphère qui limite les dégâts, mais sur la Lune, ou a fortiori vers d’autres planètes, le risque devient encore bien plus élevé. Un outil tel que celui-ci pourrait représenter une manière de limiter les risques. Pour cela, encore faut-il que l’ADN se répare correctement en situation de microgravité. Sans parler des éventuelles applications sur Terre, qui elles aussi portent de nombreux espoirs.

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