Animaux OGM : une croissance accélérée aux effets délétères

Plus de viande, de lait, de laine... a toujours été un des objectifs de la sélection animale. Pour la viande, deux stratégies de modification génétique sont mises en œuvre : jouer sur le taux d’hormone de croissance, ou bloquer le gène responsable de la production de myostatine, hormone qui inhibe la croissance musculaire. Des recherches loin d’améliorer le bien-être animal...

En 1982, des chercheurs ont inséré dans un génome de souris le gène exprimant l’hormone de croissance du rat et obtinrent des souris géantes [1]. En 1989, une entreprise, AquaBounty [2], se lança dans la modification génétique des saumons, pour produire des animaux plus gros plus rapidement. L’entreprise a inséré dans le génome de saumons atlantiques d’élevage un double transgène composé d’une séquence génétique du saumon Chinook (la plus grosse des cinq espèces de saumon), qui augmente la production d’hormone, et d’une séquence de la loquette d’Amérique, espèce qui vit dans des eaux plus froides que les saumons. L’ensemble doit permettre une production d’hormone de croissance en permanence, stimulant l’appétit du saumon, qui grandit alors environ deux fois plus vite que le saumon d’élevage conventionnel.

Augmenter la production de l’hormone de croissance

Actuellement, ce saumon transgénique, nommé AquAdvantage, a été autorisé à la commercialisation aux États-Unis (2015) et au Canada (2016) [3], mais sa production reste très faible (91 tonnes en 2021) [4]. La plupart des tentatives de transgenèse sur saumon ont été abandonnées [5], et les projets concernant d’autres espèces avec des teneurs accrues en hormone de croissance n’ont jamais commercialement abouti [6].

Hormis un refus assez généralisé des grandes chaînes de commercialiser du saumon transgénique, la première cause de ces échecs est que la modification du taux d’hormone dans le corps des animaux peut entraîner de nombreux autres effets : cette hormone agit sur plusieurs autres caractères (effet pléiotrope) [7]. Par exemple, des porcs avec plus de muscle étaient aussi plus sensibles à certaines maladies, comme les pneumonies et l’arthrite [8]. La recherche a également mis en évidence la relation des transformations génétiques avec l’âge, la race ou le sexe de l’animal, annulant ainsi toute prétention à la généralisation de ces techniques à n’importe quelle race et espèce, et condamnant de facto les sélectionneurs à retourner aux nombreux croisements antérieurs.

Un rapport de la Société royale du Canada (2001) [9] évoque aussi ces effets pléiotropes : « la pléiotropie […] associée à l’introduction de nouvelles constructions génétiques est la règle plutôt que l’exception chez les poissons. Cette pléiotropie s’est manifestée par des modifications de l’activité enzymatique, de l’anatomie générale, du comportement et, selon toute vraisemblance, de l’activité hormonale » [10]. D’autres études documentent des anomalies morphologiques chez des saumons cohos transgéniques et des atteintes au bien-être, au comportement et, au final, aux capacités de survie des poissons.

Des conséquences physiques similaires ont été observées chez la carpe transgénique [11] et chez le poisson-chat non transgénique auquel on a injecté de l’hormone de croissance [12]. La transgenèse peut également affecter la forme générale des poissons transgéniques, entraînant des problèmes de natation. Le rapport de la Société royale du Canada explique que la production d’hormone de croissance peut modifier la sensibilité des cellules à d’autres hormones, et qu’elle peut réduire de 50% à 83% la taille de l’hypophyse chez les saumons cohos transgéniques [13].

Bloquer la production de myostatine

La myostatine est une protéine qui limite la croissance musculaire chez les animaux. Dès le début des années 2000, des expériences pour modifier par transgenèse la séquence génétique responsable de l’expression de cette protéine ont été menées sur des bovidés, des moutons [14], des saumons, des souris. Mais aucun de ces animaux n’a été commercialisé.
Les recherches de modification des animaux passent donc désormais par l’utilisation de nouveaux outils, comme les Talen [15] ou Crispr/Cas9 [16], ce qui ne règle pas les problèmes liés aux transferts d’embryons, et les questions du bien-être animal. Mais, là encore, la technique de modification génétique proposée s’avère complexe à mettre en œuvre. Marc Vandeputte (Inrae) [17] explique que « le nombre de poissons modifié par Crispr est actuellement très faible, du fait d’un problème réel de compétence technique pour l’injection du complexe Crispr/Cas9 [18]. Ceci est également valable pour les autres techniques de modifications génétiques par nucléases comme observé dans le domaine végétal » [19]. Cependant, il tient à préciser que « le système est très largement plus simple à mettre en œuvre et efficace que la transgenèse classique, et les investissements sont importants dans beaucoup de pays. Il semble donc probable [...] que des nouveautés importantes puissent émerger à moyen terme par ces techniques ».

De très nombreuses espèces animales (cochon [20], mouton [21], cheval [22], etc.) sont actuellement génétiquement modifiées dans le monde entier, via différentes nouvelles techniques de modification génétique pour désactiver la myostatine. En Chine, des animaux d’élevage le sont pour la production de viande, mais également des chiens pour améliorer leur course en soutien à la police ou à l’armée [23]. À l’inverse, l’expression de la myostatine peut être accrue pour produire des animaux nains, comme les petits cochons vendus comme animaux de compagnie. Actuellement, les taux d’échecs restent assez élevés et les problèmes techniques nombreux.

Ce sont encore des poissons, en raison des coûts de transformation et développement, qui ont été les premiers animaux modifiés par Crispr/Cas9. En Argentine, en 2018, AquaBounty (encore elle) a été exemptée d’autorisation pour un tilapia génétiquement modifié, un poisson d’élevage très consommé mondialement. Au Japon, fin 2021, le Regional Fish Institute (RFI) [24] a pu commercialiser une daurade rouge et un poisson globe tigré génétiquement modifiés [25]. Selon les chiffres fournis par AquaBounty, chiffres non publiés dans une revue scientifique, son tilapia « montre une amélioration significative du rendement en filets de 70%, une amélioration du taux de croissance de 16% ainsi qu’une amélioration du taux de conversion des aliments de 14% ». Et la daurade fournirait « 20% de plus de chair » selon les affirmations de la startup japonaise. Ces données sont-elles fiables ? On sait depuis longtemps que les résultats obtenus en « station » ne sont que très difficilement extrapolables à de plus grandes échelles : il en est de même en conditions réelles d’élevage [26].

Moins de myostatine entraîne des effets pervers

Des moutons et des bovins ont été modifiés pour inhiber le gène de la myostatine en utilisant l’outil Talen [27]. Un veau issu de ce genre de manipulation s’est avéré « mosaïque/chimérique » : certains de ses tissus portant l’une des mutations, d’autres tissus portant, eux, l’allèle sauvage ou une autre mutation, un problème relativement commun aux techniques d’« édition » du génome [28]. Concrètement, cela signifie que l’animal modifié peut posséder les muscles des jambes arrière hypertrophiés alors que d’autres muscles resteront normaux.
Par ailleurs, la modification par le système Talen implique la présence de mutations et épimutations « collatérales » non intentionnelles, qui pourraient prédisposer la lignée à des maladies, par exemple [29]. Elles résultent à la fois de la présence d’autres séquences plus ou moins homologues dans le génome, que le système Talen coupera aussi, et de modifications dues aux techniques connexes nécessaires au système Talen (cultures de cellules in vitro, sélection des cellules modifiées…).

Pour exemple, avec la technique des « nucléases à doigt de zinc » (ZFN) sur des porcs, des chercheurs chinois soulignent que « 20% des porcs mutants avaient une vertèbre thoracique supplémentaire ». Pour Yves Bertheau, « l’effet de stress sur cellules isolées ou en amas pluricellulaires (i.e. in vitro vs. des environnements naturels), sur leur développement ultérieur en organisme et sur une reprogrammation génétique [...] sont actuellement bien documentés chez les animaux. Les méthodes de culture in vitro avec des injections sont similaires, ne serait-ce que par les tailles mises en jeu, aux injections des « packages » d’acides nucléiques, protéines et/ou complexes ribonucléoprotéiques des nouvelles techniques de modification génétiques. Elles induisent de profonds désordres dans les génomes et épigénomes, des perturbations de transcriptome… des cellules et organismes ciblés, tous désordres transmissibles » [30].

Comme pour les variants du gène « polled » de décornage [31], il était déjà loisible de « jouer » avec le gène de la myostatine sans modifier génétiquement les animaux, comme en témoigne la race de vache « Bleu Blanc Belge » (BBB) [32]. Les vaches et taureaux de cette race, très présente en Belgique, paraissent difformes du fait de muscles saillants et proéminents. Certains spécimens produisent 70% de viande de plus qu’un bovin « classique ». Chez ces bovins dits « à double musculature » (DM), l’hypertrophie musculaire pose problème [33], avant même toute modification génétique : fréquence plus importante des difficultés de vêlage, fertilité réduite, et au final des veaux présentant une survie plus faible comparativement aux autres bovins [34].

La modification de la régulation de la myostatine engendre une dégénérescence musculaire importante et accélérée. « Le rendement carcasse extrêmement élevé des animaux DM coïncide avec une réduction de la taille de la plupart des organes vitaux. En conséquence, les animaux DM peuvent être plus sensibles aux maladies respiratoires, aux boiteries, au stress nutritionnel, au stress thermique en plus [des problèmes de vêlage] déjà signalé[s], ce qui se traduit par une moindre robustesse ». Une autre étude [35] rapporte, au contraire, une augmentation problématique de la taille de certains organes internes, notamment la langue. Celle des porcelets modifiés était plus longue et plus lourde que celle des porcelets témoins. Ce phénomène est aussi connu chez les bovins de la race BBB.

L’inactivation de la myostatine entraînerait également une fatigue plus rapide et intense. La myostatine confère aux muscles squelettiques une capacité oxydative élevée. Les animaux modifiés risquent donc de souffrir plus, d’avoir plus de mal à respirer et de voir leur bien-être encore plus dégradé. D’autres conséquences néfastes ont été montrées : retard de la puberté [36], réduction du nombre de spermatozoïdes ou de leur mobilité [37], diminution de la taille des testicules [38], augmentation des chances de rupture des tendons [39], problèmes cardiaques, etc. L’objectif économique d’augmentation de la production de viande s’effectuera donc clairement au détriment de la santé et de l’intégrité de l’animal. Il se pourrait même qu’au final, les nombreux problèmes d’inconfort des animaux réduisent fortement leur intérêt économique, en raison des soins vétérinaires et d’aménagements nécessaires des installations.

Eric Marois, chercheur au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) [40], interrogé par Inf’OGM [41], préconise pour des raisons éthiques et de rigueur scientifique, et donc pour exclure le risque de modifications collatérales non intentionnelles, « le séquençage complet du génome de l’animal obtenu et de comparer son génome avec celui des parents non génétiquement modifiés ». Le législateur prendra-t-il en compte les incertitudes scientifiques en rendant obligatoire ce séquençage complet a posteriori des animaux obtenus ? Précisons néanmoins qu’aucun séquençage, aussi complet soit-il, ne remplacera les essais contrôlés sur plusieurs générations en milieu confiné, seuls à même de révéler d’autres éventuels « problèmes » passés inaperçus des seuls outils génétiques.

[1R. D. Palmiter, et al., « Dramatic growth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein-growth hormone fusion genes », Nature, 1982, 300(5893), p. 611-615.

[2AquaBounty, filiale de Third Security, LLC, est une entreprise spécialisée dans la modification génétique des poissons (saumon, tilapia).

[3La FDA a autorisé la première ferme piscicole dédiée à ce saumon transgénique en 2018 dans l’Indiana : FDA, « FDA Approves Application for AquaBounty Salmon Facility in Indiana », 26 avril 2018.

[4« AquaBounty sold salmon worth $783,000 last year », FishFarmingExpert.com, Fish Farming Expert, 10 mars 2022.

[5« La France a conçu en laboratoire des poissons transgéniques il y a plus de 20 ans, et beaucoup d’entreprises de salmoniculture ont abandonné ces recherches face au refus du public de poissons modifiés. Parmi celles qui ont poursuivi ces recherches, Ferry Salmon (Écosse) et King Salmon Company (Nouvelle-Zélande) ont peu à peu abandonné ces techniques dans les années 1990 et définitivement en 2000, en raison des controverses qu’elles suscitaient, alors qu’AquaBounty qui a produit son premier poisson transgénique dès 1989 persistait dans sa démarche », extrait de la page AquAdvantage sur wikimonde.com

[6A. L. V. Eenennaam, F. D. F. Silva, J. F. Trott, D. Zilberman, « Genetic Engineering of Livestock : The Opportunity Cost of Regulatory Delay », Annual Review of Animal Biosciences, 2021, 9, p. 453-478.

[7Un gène (ou une protéine) pleïotrope, du grec pleion (πλείων, « plus »), et tropê (τροπή, « changement »), a la particularité d’agir sur plusieurs caractères (Le Robert, éd. en ligne). Donc modifier un gène peut engendrer d’autres effets du fait de cet effet pléïotrope.

[8V. G. Pursel, et al., « Genetic Engineering of Livestock », Science, 1989, 244, p. 1281-1288 ;
V. G. Pursel, M. B. Solomon, « Alteration of carcass composition in transgenic swine », Food Reviews International, 1993, 9, p. 423-439.

[10Royal Society of Canada, 2001, ibid., p. 87.

[11R. A. Dunham R. H. Devlin, « Comparison of traditional breeding and transgenesis in farmed fish with implications for growth enhancement and fitness », Transgenic Animals in Agriculture, J. D. Murray, G. B. Anderson A. M. Oberbauer M. M. McGloughlin (eds.), CAB International, 1999 ;
T. T. Chen, et al., « Expression and inheritance of RSVLTR-rtGH1 complementary DNA in the transgenic common carp, Cyprinus carpio », Molecular Marine Biology and Biotechnology, 1993, 2(2), p. 88-95.

[12R. A. Dunham, et al., « Transfer, expression, and inheritance of salmonid growth hormone genes in channel catfish, Ictalurus punctatus, and effects on performance traits », Molecular Marine Biology and Biotechnology, 1992, 1, p. 380-389.

[13T. Tsukasa Mori, R. H. Devlin, « Transgene and host growth hormone gene expression in pituitary and nonpituitary tissues of normal and growth hormone transgenic salmon », Molecular and Cellular Endocrinology, 1999, 149(1-2), p. 129-139.

[15« Les protéines recombinantes TALE peuvent se lier à des zones précises du génome d’un organisme. Si on leur adjoint une nucléase, cette dernière peut alors remplir une fonction à l’emplacement ciblé par la première. Ainsi, si une nucléase (c’est-à-dire une protéine qui, comme un ciseau, coupe l’ADN) est collée en laboratoire à une protéine TALE, on obtient une nouvelle protéine, appelée TALEN (N pour nucléase), qui a la capacité de reconnaître une séquence spécifique du génome (grâce à la protéine TALE) et de la couper (grâce à la nucléase) ».
Cf. Inf'OGM, « Quel talen(t) ! Des nouvelles techniques pour modifier le génome des plantes », Eric MEUNIER, 5 mars 2013.

[16Le principe de Crispr/Cas9 est proche de celui des Talen en ceci que ces deux outils moléculaires cherchent, comme les systèmes ZFN, à effectuer initialement une coupure double brin d’une séquence ciblée d’ADN. Un ARN guide s’hybridant avec la séquence d’ADN ciblée permet à proximité d’une séquence PAM d’accrocher la nucléase Cas9 pour couper l’ADN double brin. Des mécanismes naturels non contrôlés prennent ensuite la relève pour réparer l’ADN génomique, ces coupures double brin étant « mortelles » pour les cellules.
Cf. Inf'OGM, « Crispr / Cas9 : des nouveaux ciseaux à ADN », Eric MEUNIER, 7 novembre 2014.

[17M. Vandeputte travaille à l’Inrae. Il est spécialisé en aquaculture.

[18Ce problème technique a été observé dans toutes les techniques d’édition des génomes.
Voir H. Ledford, « Plant-genome hackers seek better ways to produce customized crops », Nature, 2016, 539, 1.

[19F. Altpeter, et al., « Advancing crop transformation in the era of genome editing », The Plant Cell, 2016, 28(7), p. 1510-1520 ;
H. Ledford (a) « Plant-genome hackers seek better ways to produce customized crops », Nature, 2016, 539, p. 16-17.

[20Y. L. Yun-long Zou, et al., « Generation of pigs with a Belgian Blue mutation in MSTN using CRISPR/Cpf1-assisted ssODN-mediated homologous recombination », Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(6), p. 1329-1336.

[21M. Crispo, et al., « Efficient Generatlion of Myostatin Knock-Out Sheep Using CRISPR/Cas9 Technology and Microinjection into Zygotes », PLoS One, 2015, 10(8).

[22L. N. Moro, et al., « Generation of myostatin edited horse embryos using CRISPR/Cas9 technology and somatic cell nuclear transfer », Scientific Reports, 2020, 10, 15587.

[23Q. Qingjian Zou, et al., « Generation of gene-target dogs using CRISPR/Cas9 system », Journal of Molecular Cell Biology, 2015, 7(6), p. 580-583.

[24Site Internet du RFI : https://regional.fish/en/

[26J. S. Crater, J. C. Lievense, « Scale-up of industrial microbial processes », FEMS Microbiology Letters, 2018, 365(13) ;
L. Gouttenoire, « Modelling as a tool to redesign livestock farming systems : a literature review », Animal, 2011, 5, p. 1957-1971 ;
R. P. Kipling, et al., « Modeling European ruminant production systems : Facing the challenges of climate change », Agricultural Systems, 2016, 147, p. 24-37 ;
D. Pasquel, et al., « A review of methods to evaluate crop model performance at multiple and changing spatial scales », Precision Agriculture, 2022, 23, p. 1489-1513 ;
A. Van der Linden, et al., « A review of European models to assess the sustainability performance of livestock production systems », Agricultural Systems, 2020, 182, 102842 ;
N. H. Fonton, et al., « Diagnostic en agroforesterie de la contradiction entre les résultats en station expérimentale et en conditions réelles : note technique », Bulletin de la recherche agronomique, 1996, 15 ; 
FAO, « Riz et limitation de l’écart de rendement », 2004 ;
L. Cailloce, « Quand le productivisme nuit à l’agriculture », CNRS journal, 27 février 2018.

[27C. Proudfoot, et al., « Genome edited sheep and cattle », Transgenic Research, 2015, 24(1), p. 147-153.

[28L. Teboul, S. A. Murray, P. M. Nolan, « Phenotyping first-generation genome editing mutants : a new standard ? », Mammalian Genome, 2017, 28, p. 377-382.

[29J.-K. Yee, « Off-target effects of engineered nucleases », The FEBS Journal, 2016, 283, p. 3239-3248.

[30P. Ventura-Juncá, et al., « In vitro fertilization (IVF) in mammals : epigenetic and developmental alterations. Scientific and bioethical implications for IVF in humans », Biological Research, 2015, 48, 68.

[32« Blanc Bleu en bref », Les Races de France ;
G. Renand, « Les mutations dans le gène de la myostatine des races bovines allaitantes : fréquences et effets sur le développement musculaire au sevrage », Colloque Rencontres recherches ruminants, 2020.

[33A. Rayner, « Weekly genetics review : Managing double muscling through selection », Beefcentral.com, 21 juillet 2020 ;
et la page « Progeny test » du site belgianblue.cz

[34P. F. Arthur, « Double muscling in cattle : a review », Australian Journal of Agricultural Research, 1995, 46, p. 1493-1515.

[35R. Li, et al., « Precise editing of myostatin signal peptide by CRISPR/Cas9 increases the muscle mass of Liang Guang Small Spotted pigs », Transgenic Research, 2020, 29(1), p. 149-163.

[36R. A. Cushman, et al., « A polymorphism in myostatin influences puberty but not fertility in beef heifers, whereas µ-calpain affects first calf birth weight », Journal of Animal Science, 2015, 93(1), p. 117-126.

[37D. Vaughan, et al., « Diminution in sperm quantity and quality in mouse models of Duchenne Muscular Dystrophy induced by a myostatin-based muscle growth-promoting intervention », European Journal of Translational Myology, 2020, 30(2), 8904.

[38D. Vaughan, « Inhibition of Activin/Myostatin signalling induces skeletal muscle hypertrophy but impairs mouse testicular development », European Journal of Translational Myology, 2020, 30(1), 8737 ; 
et « A muscle growth-promoting treatment based on the attenuation of activin/myostatin signalling results in long-term testicular abnormalities », Disease Models & Mechanisms, 2021, 14(2).

[39P. Yazdi, « What Does Myostatin Inhibition Do ? + Risks & Side Effects », SelfDecode.com, 3 novembre 2021.

[40Eric Marois est chargé de recherche, unité Inserm 963/CNRS UPR 9022 – Université de Strasbourg, Institut de biologie moléculaire et cellulaire, Réponse immunitaire et développement chez les insectes.