La société Colossal Biosciences nous en dit plus sur son projet de créer un « nouveau » Dodo (ou Dronte de Maurice)

Colossal Biosciences, une société spécialisée dans la « renaissance » d’espèces disparues

Reconstitution du Dronte de Maurice ou Dodo (Raphus cucullatus) dans son habitat forestier. Source : Colossal Biosciences

Colossal Biosciences est une entreprise américaine de biotechnologie fondée en 2021 par Ben Lamm (entrepreneur engagé dans l’innovation scientifique et climatique) et George Church (généticien de renommée, professeur à Harvard et pionnier de la génomique) spécialisée dans la « dé-extinction », c’est-à-dire la résurrection d’espèces disparues grâce aux avancées en génétique, notamment à la technologie d’édition génétique  CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) qui permet de couper l’ADN à un endroit précis, de modifier, supprimer ou insérer des séquences, et de contrôler finement certaines fonctions génétiques.
Cette société affirme que les progrès récents en ingénierie génétique rendent désormais possible de ramener à la vie des espèces éteintes comme le Mammouth laineux (Mammuthus primigenius), le Thylacine (Thylacinus cynocephalus), le moa (Dinornis sp.), le Grand Pingouin (Pinguinus impennis) ou le Dronte de Maurice (Raphus cucullatus). Elle se donne aussi pour mission plus large de restaurer des écosystèmes et leur biodiversité et de répondre ainsi aux besoins biologiques et économiques futurs de l’humanité.
Si faire renaître des espèces disparues représente un objectif emblématique, l’entreprise envisage également de travailler sur le traitement de certaines maladies (cécité et cancers).

Un projet emblématique : faire « revivre » le Dodo

Le Dronte de Maurice ou Dodo (Raphus cucullatus) était un lourd (près de 10 kg en moyenne) oiseau au gros bec crochu et incapable de voler de la famille de Colombidés, endémique de  l’île Maurice (lire Où observer les oiseaux sur l’île Maurice ?) et qui a disparu à la fin du XVIIᵉ siècle suite à l’arrivée des Européens à cause de la chasse, de l’introduction d’espèces invasives (rats, porcs, chèvres et macaques) et de la destruction de son habitat. Il est devenu un symbole des extinctions causées par l’Homme.

Le Nicobar à camail (Caloenas nicobarica) est l’espèce vivante la plus proche du Dronte de Maurice (Raphus cucullatus). Photographie : Ziggypop74 / Wikimedia Commons

La société Colossal Biosciences ambitionne de restaurer génétiquement (au moins partiellement) le Dodo grâce aux technologies de génomique et d’édition du génome. L’objectif n’est pas de « cloner » le Dodo, mais de recréer une espèce écologiquement équivalente (dispersion des graines et régénération forestière) à partir de son plus proche parent vivant, le Nicobar à camail ou Pigeon de Nicobar (Caloenas nicobarica) (lire L’île de Jiew accueille probablement la plus grande colonie mondiale connue de Nicobars à camail). On parle donc davantage de restauration fonctionnelle que de « résurrection ».

• Le projet débute par le séquençage (environ 50 x) et sur l’assemblage de son génome à partir d’ADN ancien extrait de certains vestiges disponibles (ossements) pour obtenir une base génétique la plus précise possible.
• Des études comparatives avec le Nicobar à camail et avec le Solitaire de Rodrigues (Pezophaps solitaria), une autre espèce incapable de voler disparue (lire Observer les oiseaux sur Rodrigues, la « Cendrillon » des îles Mascareignes) sont menées pour essayer de comprendre comment les différences génétiques ont produit les caractéristiques physiques du Dodo.
• Des prédictions du phénotype (= morphologie) du Dodo à partir du génotype sont réalisées grâce à la biologie computationnelle (utilisation d’une importante puissance de calcul informatique) et au « machine learning » (pour optimiser la création d’enzymes d’édition génétique).
• Des analyses multi-génomes seront effectuées pour prédire quelles modifications génétiques doivent être introduites dans le génome du nicobar pour obtenir un oiseau se rapprochant de l’aspect originel du Dodo. 
• Des cellules germinales primordiales (PGCs) du nicobar, dont le génome, qui sert de base à la reconstitution du Dodo, seront modifiées à l’aide du système d’édition CRISPR. Les PGCs sont les cellules à l’origine des spermatozoïdes et des ovules, et les modifier permet de transmettre les changements à la descendance. Leur culture en laboratoire et leur conservation sont compliquées, mais Colossal Biosciences a surmonté cet obstacle.
• Des Poules domestiques (Gallus gallus) sont modifiées afin de ne pas produire leurs propres cellules germinales. Lorsqu’elles pondront des œufs, les embryons qui se développeront ne possèderont donc pas de cellules germinales. 
• Les cellules germinales primordiales modifiées de nicobars seront injectées dans ces embryons, qui serviront ainsi de simples « porteurs ». Les cellules germinales modifiées de nicobars migreront vers les gonades et se transformeront en gamètes (ovules ou en spermatozoïdes) génétiquement modifiées. Lorsque ces poussins deviendront mâtures, ils s’accoupleront et pondront des œufs, qui contiendront des embryons modifiés de pigeons, porteurs a priori des caractéristiques du Dodo. Ces œufs seront incubés, les traits des pigeonneaux seront évalués et des ajustements éventuellement nécessaires  réalisés par itérations successives.

Il est prévu à terme une standardisation et une automatisation de ce processus pour créer une plateforme de « dé-extinction » aviaire applicable pour d’autres espèces menacées (en prélevant des cellules de plumes par exemple) ou disparues. 
Colossal Biosciences travaille enfin avec la Mauritian Wildlife Foundation pour préparer une éventuelle réintroduction des « nouveaux » Dodos dans des habitats adaptés. 

La technologie CRISPR, un outil précieux pour faire « revivre » le Dodo

Crâne du Dronte de Maurice ou Dodo (Raphus cucullatus). Source : Colossal Biosciences

La technologie d’édition génétique de précision CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) utilisée par Colossal Biosciences est basée sur une enzyme (souvent Cas9 ou une variante optimisée) servant de « paire de ciseaux moléculaires » pour couper l’ADN à des endroits précis en suivant un modèle fourni afin de modifier, supprimer ou insérer des séquences pour contrôler finement certaines fonctions génétiques. La cellule réparera les coupures en intégrant les modifications souhaitées.
Il faut tout d’abord identifier les différences (mutations spécifiques des gènes codants pour les protéines et pour certaines régions régulatrices ou « interrupteurs moléculaires ») entre les génomes du Dodo (extrait à partir d’ossements, puis séquencé et assemblé), du Nicobar à camail et du Solitaire de Rodrigues. L’objectif est de repérer les variantes responsables de la grande taille, de la perte de la capacité du vol (= de la faible croissance des ailes), de la morphologie du crâne et de la structure des membres du Dodo.
Une fois ces variantes identifiées, le génome de cellules germinales primordiales (PGCs) du Pigeon de Nicobar sera édité avec les ciseaux CRISPR pour y introduire des modifications ciblées. La technologie CRISPR ne doit pas modifier uniquement les gènes eux-mêmes : en effet, beaucoup de traits physiques dépendent de  séquences régulatrices, de « timing » et d’intensité d’expression des gènes, et la société Colossal Colossal Biosciences cible donc aussi ces éléments régulateurs.
Le Dodo diffère du Pigeon de Nicobar au niveau de nombreuses régions génétiques, et les chercheurs travaillent donc sur une édition simultanée (multiplex editing) de multiples sites (loci) des gènes, sur l’amélioration des enzymes CRISPR et sur l’utilisation du « machine learning ».
Plusieurs difficultés compliquent le processus global : l’ADN disponible du Dodo est ancien et fragmenté, la compréhension des relations entre son génotype et son phénotype est difficile, l’édition simultanée de nombreux sites des gènes est délicate, le développement embryonnaire aviaire est complexe (lire Le développement embryonnaire et la couvaison chez les oiseaux) et il existe des incertitudes sur l’expression finale des traits des oiseaux modifiés produits. 

Interview de Beith Shapiro et d’Anna Keyte, responsable scientifique et directrice de la génomique aviaire au sein de Colossal Biosciences

1 – Le projet de faire « revivre » le Dodo est-il le plus ambitieux et complexe de la société Colossal Biosciences ? Quel est son budget global ?

Anna Keyte : Le Dodo est certainement l’un de nos programmes les plus ambitieux et techniquement les plus complexes. Les oiseaux présentent des défis biologiques uniques, notamment en matière d’ingénierie de la lignée germinale et de reproduction, qui sont fondamentalement différents des approches utilisées chez les mammifères. Construire l’arsenal cellulaire et reproductif nécessaire des oiseaux constitue en soi un projet scientifique majeur.
Nous ne divulguons pas les budgets spécifiques de chaque programme sur lequel nous travaillons, mais Colossal Biosciences a levé des capitaux substantiels pour soutenir plusieurs projets, dont celui dédié au Dodo.

2 – Colossal est-elle la seule entreprise ou équipe à travailler sur la « renaissance » du Dodo ? Avez-vous des concurrents ?

Beth Shapiro : nous ne sommes pas les seuls chercheurs intéressés par la génomique du Dodo, et plusieurs équipes académiques ont travaillé ou travaillent sur le séquençage de son génome et son évolution. Je précise toutefois qu’à ce jour, toutes les données génomiques publiées sur le Dodo ont été produites soit par moi-même, soit par des chercheurs de mon laboratoire. Ce qui distingue le projet de Colossal, c’est que nous construisons une plateforme biologique complète permettant de passer d’une séquence d’ADN ancien à un oiseau vivant. Nous sommes toutefois toujours enthousiastes à l’idée d’apprendre que d’autres équipes travaillent sur de l’ADN ancien ou développent de nouvelles technologies pour l’ingénierie génomique et la reproduction aviaire. Nous collaborons avec des laboratoires académiques dans le monde entier sur nos différents projets de « dé-extinction », et à mon sens, plus il y aura d’équipes travaillant sur ces problèmes complexes, plus rapidement nous verrons émerger de nouvelles technologies au service de la conservation aviaire.

3 – Il y a-t-il assez restes disponibles de Dodos pour une extraction suffisante d’ADN ancien ?

Tête desséchée de Dronte de Maurice ou Dodo (Raphus cucullatus) détenue dans les collections du musée d’histoire naturelle de l’université d’Oxford (Grande-Bretagne). Source : Frisbil / Wikimedia Commons

Anna Keyte : des restes de Dodos existent dans plusieurs collections de musées, mais la qualité de leur ADN ancien exploitable varie considérablement. Les prélèvements sont en outre destructifs et nécessitent des autorisations institutionnelles rigoureuses. Le spécimen du Muséum d’histoire naturelle du Danemark que nous avons utilisé offrait une combinaison rare d’un bon état de conservation et d’autorisation, rendant possible un séquençage à haute couverture. Nous continuons à collaborer avec les institutions dans le respect de normes éthiques et scientifiques strictes.

4 – Quel était l’état de conservation de l’ADN ancien de Dodo utilisé ? Dispose-t-on de séquences complètes ?

Anna Keyte : comme pour la plupart des ADN anciens, le matériel utilisé est fragmenté et chimiquement modifié avec le temps. Une couverture génomique élevée permet de construire un assemblage de référence plus robuste, mais il implique toujours une reconstruction informatique et de la génomique comparative pour combler les lacunes. Nous prévoyons de partager les données via des publications évaluées par les pairs et des dépôts appropriés, conformément aux accords avec les musées et aux bonnes pratiques scientifiques.

5 – Les analyses comparatives entre les ADN du Dodo, du Nicobar à camail et du Solitaire de Rodrigues sont elles terminées ? Quelles découvertes ont été faites ?

Squelette de Solitaire de Rodrigues (Pezophaps solitaria) dans le centre d’information Dominique Farla de la réserve naturelle de Grande Montagne, sur l’île Rodrigues. Photographie : Ornithomedia.com

Beith Shapiro : nous poursuivons ces analyses génomiques comparatives. Les objectifs incluent la reconstitution des histoires évolutives et démographiques du Dodo et du Solitaire de Rodrigues, ainsi que l’identification des régions génomiques associées à des traits clés tels que la taille corporelle, la morphologie squelettique et la perte du vol. Les résultats seront soumis à évaluation par les pairs une fois finalisés et permettront à l’équipe de Colossal de prioriser les éléments régulateurs candidats pour des tests fonctionnels.

6 – Comment expliquer la différence d’apparence entre le Nicobar à camail et le Dodo ?

Anna Keyte : le Nicobar à camail et le Dodo ont une ascendance commune, ce qui ne signifie pas que leur apparence soit identique. L’évolution insulaire peut en effet produire des transformations spectaculaires de taille, de morphologie crânienne et de capacité de vol, tout en conservant une forte proximité génétique. Le Nicobar à camail est l’espèce de référence encore vivante la plus appropriée pour des raisons phylogénétiques et pratiques. Le Diduncule strigirostre (Didunculus strigirostris), extrêmement rare et sensible du point de vue de la conservation, ne constitue pas une plateforme adaptée à ce type de travaux (lire Rebecca Stirnemann et le « petit dodo » des îles Samoa).

7 – Comment reconstituer les parties manquantes du génome du Dodo ?  

Anna Keyte : nous ne reconstruisons pas un génome de Dodo ex-nihilo et ne synthétisons donc pas un génome complet. Nous utilisons en effet le Nicobar à camail comme base. Lorsque l’ADN ancien est incomplet, nous recourons à la génomique comparative pour identifier les variants spécifiques au Dodo. Nous modifions ensuite le génome du Nicobar à camail pour y intégrer ces variants sélectionnés. Les technologies d’édition génétique, notamment basées sur la technologie CRISPR, servent à introduire ces modifications ciblées dans des cellules germinales de nicobars. Il s’agit donc d’une stratégie d’édition de précision guidée par l’ADN ancien.

8 – Comment les « interrupteurs moléculaires » contrôlent-ils la morphologie du Dodo ?

Anna Keyte : de nombreux traits physiques sont régulés non seulement par les gènes eux-mêmes, mais aussi par des éléments régulateurs, parfois appelés « interrupteurs moléculaires », —qui contrôlent quand et où les gènes s’expriment pendant le développement. En modifiant ces séquences régulatrices impliquées dans le développement crâniofacial, des membres et de la croissance, nous pouvons tester l’impact de ces changements sur la morphologie.

9 – Avez-vous obtenu suffisamment de cellules germinales primordiales (PGCs) de Nicobars à camail ?

Anna Keyte : nous avons réalisé une culture de cellules germinales de nicobars et démontré leur croissance prolongée in vitro, une étape clé pour l’ingénierie germinale aviaire. La notion de  « suffisamment » dépend du stade du projet.

Nicobar à camail (Caloenas nicobarica) adulte. Photographie : Ian Dugdale / Wikimedia Commons

10 – Comment le génome modifié sera-t-il introduit dans celui d’une cellule germinale de nicobar ?

Anne Keyte : nous n’insérons pas un génome synthétique complet. Nous effectuons des modifications ciblées dans des cellules germinales compétentes, qui sont ensuite utilisées dans la voie germinale aviaire via un oiseau hôte porteur (dans notre cas, une poule). 

11- Les oiseaux obtenus seront-ils de « nouveaux Dodos » ?

Beith Shapiro : nous procédons à un nombre limité de modifications ciblées afin de restaurer des traits fonctionnels. Chaque modification comporte un risque, nous minimisons donc les changements. Notre objectif est en effet la restauration d’une fonction écologique, non la reconstitution d’un spécimen muséal précis. Certains débattront du terme de Dodo, et nous respectons ces points de vue. Ce qui importe, ce sont les bénéfices écologiques mesurables. Ces oiseaux rempliront les fonctions de dispersion des graines et de régénération forestière autrefois assurées par le Dodo.

12 – Votre calendrier annoncé de cinq à sept ans est-il réaliste ?

Anna Keyte : ce délai est ambitieux et dépend de plusieurs étapes clés : efficacité d’édition, transmission germinale fiable et développement sain sur plusieurs générations. Les calendriers biotechnologiques comportent toujours des incertitudes.

13 – Savez-vous à quoi ressembleront les « néo-Dodos » ?  

Anna Keyte : nous disposons d’indices solides provenant des restes squelettiques et des descriptions historiques. Nous utilisons des outils computationnels, y compris l’intelligence artificielle, pour l’analyse génomique et la modélisation du développement, mais les rendus visuels restent toutefois indicatifs.

14 – Comment les bébés « néo-Dodos » se développeront-ils dans des œufs de poule ?

Des poussins de Poule domestique (Gallus gallus) ont été modifiés génétiquement afin de ne plus produire leurs propres cellules germinales et accueillir celles remaniées du Nicobar à camail.  Source : Colossal Biosciences

Anna Keyte : nous utilisons une lignée de poules modifiées génétiquement dont les cellules germinales ont été éliminées. Les cellules modifiées de nicobars sont introduites dans l’embryon de poule. Les poulets obtenus sont donc des chimères germinales : leurs tissus sont ceux d’un gallinacé, mais leurs gamètes dérivent des cellules germinales modifiées de pigeons. Une fois adultes, elles s’accoupleront et les descendants issus de leurs gamètes modifiés de nicobars seront les « néo-Dodos ». La poule sert simplement de mère porteuse germinale.

15 – Comment éviter un goulot d’étranglement génétique ?

Anna Keyte : nous ne partons pas d’un seul génome. Les cellules germinales proviennent en effet d’un groupe génétiquement diversifié de Nicobars à camail. Nous pouvons aussi intégrer des données provenant de plusieurs spécimens de Dodos et développer ainsi plusieurs lignées éditées, en utilisant la modélisation génétique des populations pour guider l’élevage. L’objectif est de garantir une diversité génétique suffisante pour la résilience à long terme.

16 – Des sites de lâchers des « néo-Dodos » ont-ils été identifiés sur l’île Maurice ?

Beith Shapiro : nous collaborons avec les autorités et les experts mauriciens. Aucun site ne sera annoncé sans évaluation écologique complète et consultation réglementaire et communautaire.

17 – Quelles conséquences écologiques du lâchers des « néo-Dodos » envisagez-vous ?

Beith Shapiro : le projet vise à restaurer les fonctions écologiques des grands frugivores terrestres. Les espèces invasives restent une menace majeure à Maurice. Le projet inclut la restauration d’habitats et la gestion des prédateurs, ce qui bénéficiera aussi aux espèces endémiques actuelles. Toute réintroduction sera progressive et accompagnée d’un suivi adaptatif.

18 – Votre projet de faire revivre le Moa de Nouvelle-Zélande est-il encore plus complexe ?

Beith Shapiro : notre programme moa est également très ambitieux. Sa complexité dépend toutefois des dimensions considérées. Il est dirigé par le Ngāi Tahu Research Centre, afin d’assurer l’alignement scientifique, culturel et écologique avec les valeurs du peuple Ngāi Tahu.

Une vidéo de présentation du projet de Colossal Biosciences de faire revivre le Dodo

Une vidéo de vulgarisation du projet de création de nouveaux Dodos (Raphus cucullatus).
Source : Colossal Biosciences

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