L’effondrement à la 58e génération
Après deux décennies d’expérimentations continues, des scientifiques japonais se sont heurtés à un mur biologique dans leur quête visant à cloner indéfiniment des mammifères. Dans une étude menée de 2005 à 2025, des chercheurs de l’université de Yamanashi ont réussi à produire plus de 1 200 souris clonées à partir d’une seule donneuse, en poussant l’expérience jusqu’à 57 générations successives. Mais lorsqu’ils ont tenté de créer la 58e génération, tous les nouveau-nés sont morts dans les 24 heures suivant leur naissance, apportant la première preuve empirique que les mammifères ne peuvent perpétuer leur espèce par le seul clonage.
Sommaire
Publiée dans la revue Nature Communications, cette étude établit une limite absolue au clonage en série chez les mammifères, contredisant les hypothèses antérieures selon lesquelles le processus pourrait se poursuivre indéfiniment s’il était réalisé avec suffisamment de précautions. Teruhiko Wakayama, auteur principal et biologiste du développement qui a consacré sa carrière aux recherches sur le clonage, s’est dit déçu par ces résultats.
Nous pensions pouvoir créer un nombre infini de clones. C’est pourquoi ces résultats sont si décevants. À ce stade, nous n’avons aucune idée pour surmonter cette limite.
Ce phénomène, que les chercheurs qualifient d’« effondrement mutationnel », confirme une théorie de l’évolution vieille d’un siècle, connue sous le nom de cliquet de Muller. Celle-ci prédit que la reproduction asexuée entraîne inévitablement l’accumulation de mutations nocives jusqu’à ce qu’une lignée ne puisse plus survivre. Si les plantes et certains animaux moins évolués peuvent se reproduire par clonage sans limite apparente, les mammifères semblent biologiquement incapables d’échapper à ce piège génétique.
Un marathon génétique de deux décennies
L’expérience a débuté en janvier 2005, lorsque l’équipe de Wakayama a créé le premier clone à partir d’une souris donneuse au pelage brun, grâce à la technique du transfert nucléaire de cellules somatiques. Cette méthode consiste à retirer le noyau d’une cellule donneuse (en l’occurrence, une cellule du cumulus qui nourrit les ovocytes en développement), puis à l’implanter dans un ovocyte non fécondé dont le noyau a été retiré. C’est la même technique qui a permis de créer la brebis Dolly en 1996 et Cumulina, la première souris clonée, en 1998.
Lorsque le premier clone a atteint l’âge de trois mois, les chercheurs l’ont cloné à son tour, puis ont cloné ce nouveau clone, répétant le cycle tous les trois à quatre mois. Tous les clones suivants étaient des femelles au pelage brun identique à celui de la donneuse initiale. Tout au long de l’expérience, l’équipe a veillé à maintenir des conditions rigoureusement constantes : les transferts nucléaires ont été réalisés par les mêmes deux chercheurs à chaque génération, afin de réduire au minimum les variables.
Les résultats des 25 premières générations semblaient particulièrement prometteurs. Les taux de réussite se sont même améliorés, passant de 7 % lors des premières tentatives à 15,5 % à la 26e génération. Les souris ne présentaient aucune anomalie physique visible, vivaient environ deux ans, une durée de vie normale, et donnaient naissance à une progéniture en bonne santé lorsqu’elles s’accouplaient avec des mâles non clonés. En 2013, l’équipe de Wakayama a publié des résultats préliminaires laissant penser que le clonage en série pourrait probablement se poursuivre indéfiniment.
Les chercheurs n’avaient toutefois pas réalisé de séquençage génétique approfondi dans cette première étude. Après avoir poursuivi l’expérience pendant 13 années supplémentaires et analysé les génomes de clones de différentes générations, ils ont découvert un inquiétant schéma d’accumulation de mutations qui allait finalement condamner la lignée.
Le problème de la photocopie
En analysant les séquences du génome entier de dix souris clonées, issues des générations 6 à 57, les chercheurs ont recensé environ 3 700 variants mononucléotidiques et 80 mutations par insertion-délétion accumulés au fil de la lignée. Chaque génération ajoutait en moyenne 69,4 modifications mononucléotidiques et 1,4 variation structurelle au code génétique. Si ces taux sont comparables, dans certains contextes, aux taux de mutation naturels, la différence essentielle tient à ce qu’il advient de ces erreurs au fil du temps.
Les chercheurs comparent le processus à la photocopie répétée d’une image. La première copie semble presque identique à l’original, mais comporte de minuscules imperfections. En photocopiant cette copie, on cumule les imperfections. Après des dizaines d’itérations, l’image ne ressemble presque plus à l’originale. Sur le plan biologique, en l’absence du brassage génétique qui se produit lors de la reproduction sexuée, aucun mécanisme ne permet d’éliminer les mutations nocives de la lignée.
À partir de la 27e génération, des anomalies structurelles de grande ampleur ont commencé à apparaître, notamment des translocations chromosomiques et des pertes d’hétérozygotie. Plusieurs souris ont perdu des chromosomes X entiers, un défaut devenu de plus en plus fréquent dans les générations suivantes. Ces variants structurels se sont révélés particulièrement dangereux, car ils touchaient des portions plus importantes du génome que les simples mutations ponctuelles.
La charge mutationnelle était trois fois supérieure à celle observée chez des souris issues d’accouplements naturels. À la 57e génération, le taux de survie avait chuté à 0,6 % et les animaux obtenus, bien qu’ils paraissent en bonne santé, portaient des lésions génétiques mortelles qui se sont manifestées par le décès de la 58e génération.
Pourquoi la reproduction sexuée est essentielle
Cette étude apporte des preuves solides pour expliquer pourquoi les mammifères ont évolué vers la reproduction sexuée plutôt que vers le clonage asexué. Lorsque les chercheurs ont accouplé des clones femelles des 20e, 50e et 55e générations avec des souris mâles non clonées, le contraste entre les résultats était frappant. Les clones de la 20e génération ont eu des portées de 9,9 petits en moyenne, un résultat comparable à celui de souris nées d’un accouplement naturel. Ceux de la 50e génération n’en ont eu que 2,8 par portée, et ceux de la 55e génération, seulement 2,2.
Plus important encore, lorsque ces descendants, petits-enfants des clones initiaux, se sont reproduits à leur tour, la taille des portées est remontée à 7 petits et l’analyse génétique a révélé des génomes normalisés. La reproduction sexuée avait efficacement éliminé les mutations accumulées grâce à la recombinaison chromosomique et à la sélection naturelle.
Wakayama a expliqué simplement le mécanisme :
Dans le clonage, tous les gènes sont transmis à la génération suivante, ce qui signifie que tous les gènes défectueux le sont également. Comme toutes ces mutations continuent de s’accumuler, les mammifères ne peuvent pas perpétuer leur espèce par le clonage.
Ces résultats confirment le cliquet de Muller, un modèle théorique proposé en 1932 par le généticien Hermann Joseph Muller. Celui-ci prédit que les lignées asexuées accumulent inévitablement des mutations délétères jusqu’à l’« effondrement mutationnel » et l’extinction. Si les bactéries et certains animaux simples peuvent éliminer les mutations par d’autres mécanismes, les mammifères semblent dépendre du brassage génétique de la reproduction sexuée pour préserver l’intégrité de leur génome au fil des générations.
Limites techniques et réalité biologique
Tout au long de l’expérience, les chercheurs ont utilisé de la trichostatine A (TSA), un inhibiteur des histones désacétylases qui favorise la reprogrammation nucléaire en relâchant l’empaquetage de l’ADN par les protéines, ce qui permet aux gènes de s’activer correctement lors du développement embryonnaire précoce. Ce traitement chimique s’est révélé essentiel aux premiers succès, multipliant jusqu’à six fois l’efficacité du clonage par rapport aux méthodes classiques.
Même après 50 générations, la TSA restait efficace : les transferts nucléaires avec traitement donnaient un taux de réussite de 5,4 %, contre 1,6 % sans traitement. Cela a montré que les échecs des générations tardives ne venaient pas d’anomalies épigénétiques (des erreurs dans l’expression des gènes), mais de mutations inscrites dans la séquence d’ADN elle-même.
L’analyse a révélé que les clones des générations tardives avaient des ovocytes (cellules qui donnent naissance aux ovules) endommagés, au niveau de leur noyau comme de leur cytoplasme. Lorsque les chercheurs ont remplacé le noyau de l’ovocyte d’un clone de la 56e génération par du matériel génétique sain, ou remplacé le cytoplasme tout en conservant le noyau du clone, les deux combinaisons ont donné de mauvais résultats en matière de développement, signe de dommages cellulaires généralisés.
Malgré ces altérations génétiques, la plupart des clones des générations tardives ayant survécu jusqu’à la naissance restaient apparemment en bonne santé : leur durée de vie était normale et ils ne présentaient aucune anomalie physique visible. Leur placenta était anormalement grand, mais fonctionnait normalement. Cette résilience montre à quel point les mammifères tolèrent de façon surprenante les variations génétiques à l’échelle de l’organisme, même si l’accumulation des mutations a fini par rendre impossible la poursuite du clonage.
Conséquences pour la conservation et l’industrie
Ces résultats jettent un sérieux doute sur les applications spéculatives du clonage qui ont suscité l’intérêt du public et attiré des financements pour la recherche. Les biologistes de la conservation espéraient que le clonage pourrait sauver des espèces menacées en créant, à partir de cellules conservées, des populations de réserve génétiquement identiques. De leur côté, des chercheurs en agriculture envisageaient la production en masse de bétail d’élite, comme des bovins wagyu, afin de rendre plus abordable une viande haut de gamme.
L’étude laisse penser que ces applications se heurtent à des contraintes biologiques fondamentales. Si le clonage d’animaux individuels reste réalisable, la création de populations viables à long terme par clonage en série semble impossible chez les mammifères. Même la constitution d’une réserve génétique dans une « arche de Noé » congelée, en vue de restaurer des espèces après une apocalypse, nécessiterait la reproduction sexuée pour éliminer les mutations accumulées, et non le simple clonage de cellules conservées.
Ces travaux mettent également à mal les scénarios de science-fiction mettant en scène des armées de clones identiques. Wakayama a relevé avec humour que ces résultats rendent impossible la création des soldats clones du film « Star Wars, épisode II : L’Attaque des clones ». Le secteur du clonage d’animaux de compagnie, qui facture des milliers de dollars pour reproduire des chats et des chiens décédés, doit lui aussi s’interroger sur la fidélité génétique des animaux clonés.
Les chercheurs ont souligné que les clones ne sont pas des copies parfaites de la donneuse initiale, une idée fausse qui persistait chez certains scientifiques avant cette étude. Chaque clone porte des mutations qui lui sont propres et le distinguent génétiquement de l’originale comme de ses clones frères et sœurs.
À la recherche de solutions
Wakayama reconnaît que les technologies actuelles ne permettent pas de contourner le problème de l’accumulation des mutations.
a-t-il déclaré, sans toutefois proposer de piste précise pour y parvenir.Je pense que nous devons mettre au point une nouvelle méthode qui améliore fondamentalement la technique du transfert nucléaire,
Une autre approche pourrait consister à réintroduire périodiquement la reproduction sexuée dans les lignées clonées afin d’éliminer les mutations avant de reprendre le clonage, mais cela irait à l’encontre de l’objectif de préserver des lignées génétiques pures. Les techniques d’édition génétique pourraient en théorie corriger les mutations avant leur accumulation, mais déterminer lesquelles, parmi les milliers de variants accumulés, sont nocives reste un défi technique.
Compte tenu de sa durée, il est peu probable que cette étude soit bientôt reproduite. Les chercheurs ont réalisé plus de 30 000 tentatives de transfert nucléaire sur 20 ans, ce qui a nécessité des ressources et une patience que peu de laboratoires pourraient mobiliser. Les réglementations européennes sur la recherche animale interdiraient probablement aujourd’hui une expérience d’une telle durée, ce qui fait de cette étude une source de données unique qui pourrait rester sans équivalent pendant des années.
En bref
- Des chercheurs japonais ont cloné des souris pendant 58 générations successives en 20 ans, produisant 1 206 animaux à partir d’une seule donneuse.
- Tous les clones de la 58e génération sont morts dans les 24 heures suivant leur naissance, établissant la première limite empirique au clonage en série chez les mammifères.
- Les mutations génétiques se sont accumulées à un rythme trois fois supérieur à celui de la reproduction naturelle, avec notamment des pertes de chromosomes X et d’importantes variations structurelles de l’ADN.
- Ces résultats confirment la théorie du cliquet de Muller et montrent que la reproduction asexuée conduit inévitablement à un « effondrement mutationnel » chez les mammifères.
- La reproduction sexuée s’est révélée capable d’inverser l’accumulation des mutations : accouplés à des mâles non clonés, les clones des générations tardives ont donné naissance à des petits-enfants en bonne santé.
- Le sauvetage d’espèces menacées, la production de masse de bétail et le clonage d’animaux de compagnie se heurtent aux limites biologiques fondamentales mises en évidence par ces résultats.
- Les chercheurs concluent que les mammifères, contrairement aux plantes et aux animaux moins évolués, ne peuvent perpétuer indéfiniment leur espèce par le seul clonage.
