Le doryphore de la pomme de terre est si destructeur que la propagande est-allemande accusait autrefois les États-Unis de laisser tomber ces insectes voraces sur les champs de pommes de terre du pays. « Halt amikäfer » – qui signifie « Stop au scarabée américain » – lit-on dans une brochure de 1950. Rien ne prouve que ce ravageur coloré ait été utilisé comme une forme de guerre biologique. Mais les producteurs de pommes de terre allemands – et ceux de nombreux autres pays – continuent aujourd’hui de lutter contre ce coléoptère.

Originaire des Montagnes Rocheuses, le coléoptère est désormais présent dans tout l'hémisphère Nord, causant plus d'un demi-milliard de dollars de pertes de récoltes chaque année. C’est un maître de la résistance, ce qui le rend difficile à contrôler. Ce ravageur a été l’un des premiers moteurs de la recherche sur les pesticides chimiques à partir des années 1930. Depuis, il a développé une immunité contre un composé après l’autre – aujourd’hui plus de 50 pesticides, représentant tous les principaux types d’ingrédients actifs.

"Ils mâchaient des plantes traitées comme si de rien n'était", raconte Andrei Alyokhin, entomologiste à l'Université du Maine, à propos du moment, en 2001, où les agriculteurs du Maine ont remarqué qu'une toute nouvelle classe de pesticides, les néonicotinoïdes, n'était pas efficace, ne contrôlait plus le coléoptère. Trouver des outils supplémentaires s’avère « de plus en plus difficile », ajoute-t-il.

Les adultes (en haut) et les larves (ci-dessous)
du doryphore de la pomme de terre
ont développé une résistance à la plupart des
pesticides. THOMAS MARENT/NPL/MINDEN PICTURES

Cette année, cependant, les agriculteurs américains disposeront d’une nouvelle arme contre ce ravageur, une arme qui fonctionne d’une manière totalement différente des pesticides traditionnels et qui, selon ses partisans, devrait être plus sûre pour les personnes et l’environnement. Basé sur un mécanisme appelé ARN interférant (ARNi), le spray cible un gène vital du doryphore de la pomme de terre. Le gène cible est unique au ravageur et à ses proches parents, ce qui devrait empêcher tout dommage aux pollinisateurs et aux autres espèces. "Vous pouvez frapper l'insecte que vous voulez tuer avec précision", explique Subba Reddy Palli, entomologiste à l'Université du Kentucky qui a publié l'année dernière une revue dans Frontiers in Insect Science décrivant le développement de pesticides à base d'ARN. "Vous ne pouvez rien obtenir de mieux que ça. »

Commercialisé sous le nom de Calantha par la société GreenLight Biosciences, le pesticide a obtenu l'approbation de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) en janvier après un examen de 4 ans. D’autres produits à base d’ARN sont en préparation. GreenLight a demandé l'approbation réglementaire d'un pesticide ciblant le varroa, le principal fléau des abeilles mellifères, qui peut résister à presque tous les pesticides disponibles. D'autres sociétés ont des produits en cours d'essais sur le terrain. Pendant ce temps, des chercheurs de diverses universités explorent l’ARN comme outil pour lutter contre les psylles asiatiques des agrumes, les scolytes, les moustiques et d’autres espèces.

La technologie a des limites : elle échoue avec les lépidoptères, un groupe d’insectes qui comprend la teigne des crucifères et de nombreux autres ravageurs, qui possèdent de puissantes enzymes dans leur intestin qui décomposent l’ARN. Et il a des critiques. Au cours de l'examen réglementaire du Calantha, des groupes environnementaux ont exprimé leurs inquiétudes quant aux dommages potentiels aux espèces non ciblées. Par exemple, le coléoptère rampant de Hungerford, une espèce en voie de disparition, peut vivre à proximité des champs de pommes de terre. Les groupes ont appelé à des évaluations de risques plus larges. (L'EPA n'exige que des tests sur quelques espèces indicatrices, telles que les abeilles mellifères et les coccinelles.) Ils ont également souligné qu'il n'est pas clair si la formulation du spray qui maintient l'ARN stable est sûre car les ingrédients sont confidentiels.

Mais beaucoup espèrent que cette technologie pourra ouvrir la voie à une nouvelle ère de lutte antiparasitaire. "Je pense que l'ARNi va exploser", déclare William Moar, entomologiste chez Bayer qui travaille depuis longtemps sur les contrôles basés sur l'ARN. Comparé à la plupart des produits chimiques actuellement utilisés, ajoute Ana Maria Vélez, toxicologue des insectes à l’Université du Nebraska-Lincoln, « c’est beaucoup plus sûr ».

LA SCIENCE DERRIÈRE les pesticides à ARN a commencé il y a des décennies avec des résultats de laboratoire déroutants. Dans les années 1980, les chercheurs étudiant l’ADN ont été surpris de constater qu’ils pouvaient effectivement faire taire l’expression d’un gène s’ils ajoutaient davantage de copies de ce gène. Dans une expérience, les pétunias ont été génétiquement modifiés pour avoir plusieurs copies du gène responsable de leur teinte violette. Les biologistes avaient supposé que l’altération approfondirait la couleur. C’est tout le contraire qui s’est produit : certaines fleurs n’avaient plus aucun pigment. La manière dont les gènes supplémentaires ont fait taire le gène d'origine était un mystère, mais d'autres chercheurs ont commencé à soupçonner que cela avait quelque chose à voir avec l'ARN.

L’ARN messager (ARNm) – le matériel génétique qui transporte les informations codées par un gène vers la machinerie de production de protéines de la cellule – existe généralement sous la forme d’un seul brin. Parfois, cependant, un brin se combine avec un partenaire complémentaire. Dans les années 1990, une hypothèse pour expliquer le silençage génique était que l’ajout d’un gène supplémentaire conduisait d’une manière ou d’une autre à la production d’un brin d’ARN complémentaire. Si ce brin s’associe à l’ARNm du gène d’origine, cela pourrait empêcher la machinerie cellulaire de s’y attacher et de construire la protéine.

Pour tester cette idée, Su Guo, un étudiant diplômé de l’Université Cornell, a injecté de l’ARN simple brin dans Caenorhabditis elegans, un ver d’un millimètre de long qui est un pilier des recherches en laboratoire en biologie du développement et en biologie moléculaire. Une partie de l’expérience s’est déroulée comme prévu : lorsque l’ARN injecté était complémentaire de l’ARNm d’un gène important pour le développement de l’embryon, le gène a été réduit au silence. Curieusement, Guo a découvert que l’ARN identique à l’ARNm du ver faisait également taire le gène.

Une percée a eu lieu en 1998, lorsque Andrew Fire de la Carnegie Institution for Science et Craig Mello de la Chan Medical School de l'Université du Massachusetts ont dirigé un groupe qui a injecté à C. elegans de l'ARN codant pour une protéine qui aide les cellules musculaires à se contracter et à se détendre correctement. Lorsqu’ils ont ajouté une étape pour garantir que l’ARN n’était pas contaminé par du matériel génétique indésirable, ils ont découvert que les ARN simple brin ne faisaient pas taire le gène ; le silençage ne s'est produit que lorsque les deux types de brins ont été injectés ensemble sous forme d'ARN double brin (ARNdb). Il s’est avéré que les résultats précédents, déroutants, étaient dus à une infime contamination par l’ARNdb. Fire et Mello ont reçu un prix Nobel pour cette découverte en 2006.

Des travaux ultérieurs ont révélé que le phénomène, désormais appelé ARNi, se produit en raison de la machinerie cellulaire qui, entre autres choses, défend les cellules contre l'infection par des virus qui ont besoin d'ARNdb pour leur cycle de vie. Une grande enzyme connue sous le nom de DICER localise de longs morceaux d’ARNdb à l’intérieur de la cellule, puis les coupe en morceaux appelés ARN interférents courts (ARNsi). Ces courts morceaux sont captés par un complexe protéique appelé RISC (le complexe de silençage induit par l'ARN) qui recherche dans la cellule un ARN simple brin correspondant à la séquence de son siARN. (Les virus à ARNdb ont également besoin d'ARN simple brin pour une partie de leur réplication.) Si RISC trouve un tel ARN, il déclenche sa destruction.

Ces découvertes ont fait naître l’espoir que l’ARNdb pourrait être utilisé comme médicament. Lors d'une conférence lors de la cérémonie du prix Nobel, Fire – qui était alors à l'Université de Stanford – a pensé que l'ARNdb pourrait être utile pour désactiver les gènes liés à une maladie, tels que ceux qui sont essentiels à la croissance tumorale chez les patients atteints de cancer. Quelques médicaments à base d’ARNi ont été approuvés ; l'inclisiran, par exemple, traite l'hypercholestérolémie et l'athérosclérose. Mais les progrès ont été lents, en partie parce que les enzymes du sang humain décomposent l’ARNdb.

Pendant ce temps, une autre expérience avec C. elegans a donné aux scientifiques l’espoir que l’ARNi pourrait être utile pour résoudre un problème totalement distinct : la lutte antiparasitaire. Lisa Timmons, alors postdoctorante travaillant avec Fire, a modifié génétiquement la bactérie Escherichia coli pour produire un ARNdb qui interférerait avec le gène de contraction musculaire du ver. Lorsque les vers ont mangé la bactérie, ils ont commencé à se contracter – signe révélateur que le gène avait été réduit au silence. Jusque-là, personne ne s’attendait à ce que l’ARNdb puisse être absorbé par le tube digestif et transformé en cellules pour faire taire les gènes. "C'est quelque chose de très étonnant", déclare Karl-Heinz Kogel, phytopathologiste à l'université Justus Liebig de Giessen. Cela suggère que le bon ARNdb, une fois consommé, pourrait tuer un ravageur.

LA LUTTE ANTIPARASITAIRE À BASE D'ARN a fait son apparition sur le marché l'année dernière en tant que culture génétiquement modifiée. Les agriculteurs américains ont commencé à planter SmartStax Pro, une variété de maïs que Bayer avait génétiquement modifiée pour résister à la chrysomèle occidentale des racines du maïs. La plante produit de l’ARNdb qui perturbe l’expression de DvSnf7, un gène de la chrysomèle des racines, crucial pour le mouvement des protéines à travers les membranes cellulaires. Lors d'essais sur le terrain au cours d’infestations graves, les plantes ont subi 95 % moins de dommages aux racines causés par les larves de chrysomèle des racines du maïs par rapport au maïs conventionnel, selon une étude de 2017. La variété a été approuvée par l’EPA cette année-là, mais elle n’a atteint le marché américain qu’en 2023, car Bayer a également demandé l’approbation des pays qui importent du maïs des États-Unis.

Beaucoup espèrent que la nouvelle variété atténuera l’impact de la chrysomèle des racines du maïs, qui a développé une résistance à d’autres formes de contrôle. « Nous avons absolument besoin de nouveaux modes d’action », déclare Moar. Les avantages de la méthode sont nombreux : en modifiant génétiquement une plante pour produire de l’ARNdb, l’agriculteur n’a pas besoin de pulvériser, le pesticide est toujours prêt et seuls les insectes qui mangent la culture sont exposés.

Cependant, créer une culture génétiquement modifiée et la faire approuver peut prendre plus d’une décennie et coûter plus de 200 millions de dollars. L’Europe présente un défi particulier car les obstacles réglementaires sont plus élevés et l’acceptation des consommateurs est plus faible. Certaines entreprises développent donc des ARNdb sous forme de sprays, un processus plus rapide et moins cher. Un spray pourrait également être plus polyvalent, car son utilisation pourrait être autorisée sur n’importe quelle culture fréquentée par un ravageur.

Le doryphore de la pomme de terre était une bonne cible car ces créatures voraces endommagent non seulement les pommes de terre, mais aussi les tomates, les aubergines et les poivrons. La recherche a également montré que nourrir les parasites avec de l’ARNdb peut effectivement faire taire les gènes ciblés.

Après avoir exploré divers gènes du coléoptère, Ken Narva de GreenLight et son équipe ont opté pour PSMB5, ​​qui code une partie de la machinerie cellulaire qui élimine les protéines endommagées. Lorsqu’elles sont réduites au silence, les cellules accumulent des protéines non fonctionnelles et meurent. L'ARNdb du PSMB5 s'est avéré efficace lors de tests en laboratoire et en serre, tuant 90 % des larves en 6 jours, selon une étude de 2021.

Pour tester si le pesticide pouvait nuire à d'autres insectes, Ron Flannagan et ses collègues de GreenLight ont vérifié les bases de données bioinformatiques pour voir dans quelle mesure le PSMB5 du doryphore de la pomme de terre différait de celui des autres insectes. Quatre coléoptères étroitement apparentés présentaient des correspondances de séquence. Mais les tests de toxicité sur ces espèces ont montré que seules deux d’entre elles sont affectées par le pesticide et que toutes deux sont des ravageurs agricoles. Des tests sur des insectes plus éloignés – abeilles domestiques, chrysopes vertes, coccinelles et autres – n’ont montré aucun effet néfaste.

Ces résultats sont encourageants, déclare Alyokhin, qui a travaillé avec GreenLight au développement de Calantha. Mais « nous ne devons pas supposer que simplement parce qu’il s’agit d’ARNi, il n’aura jamais d’effets non ciblés », ajoute-t-il.

Au fur et à mesure que la technologie se développait, certains chercheurs se sont demandé si l’ARNdb pouvait être produit à un coût suffisamment bas et en quantités suffisantes pour être pratique. Selon GreenLight, la solution se trouve dans une ancienne usine Kodak à Rochester, New York. L’entreprise y a ouvert une usine en 2021 pour augmenter sa production d’ARNdb. À l’intérieur, les travailleurs entretiennent de grands bioréacteurs, où un bouillon d’E. coli produit les précieux réactifs : des anneaux d’ADN appelés plasmides qui contiennent les instructions pour l’ARNdb de Calantha, ainsi que les enzymes qui le synthétiseront. Une fois purifiés, les plasmides et les enzymes sont acheminés vers d’autres réservoirs, où une réaction biochimique produit l’ARNdb. L’ARN est ensuite mélangé à des produits chimiques dans une solution exclusive qui, entre autres, l’aide à adhérer aux feuilles.

L'usine peut produire 2 tonnes d'ARNdb par an, et le PDG Andrey Zarur espère atteindre 20 tonnes d'ici la fin de 2025. Et elle peut produire cet ARNdb pour moins de 1 $ le gramme, permettant à GreenLight de vendre son nouveau pesticide. à un prix comparable à celui des pesticides commerciaux haut de gamme.

Juan Luis Jurat-Fuentes, entomologiste à l'Université du Tennessee à Knoxville (UTK) qui étudie l'ARNi depuis près d'une décennie, affirme que le « moment le plus excitant » a été lorsqu'il a entendu que GreenLight pouvait fabriquer en vrac des ARNdb bon marché. "C'est à ce moment-là que j'ai senti que c'était faisable."

MAINTENANT QUE LE spray à ARNdb TUEUR DE COLÉOPTÈRES est en vente, une question clé est de savoir combien de temps il faudra avant que les parasites développent des moyens de rendre l'arme inefficace. "Ces coléoptères sont tellement fous", dit Vélez. « Parfois, ils nous surprennent. »

Les chercheurs savent déjà que certains ravageurs peuvent, du moins en laboratoire, développer des moyens d’échapper aux ARNdb. En 2018, Moar et ses collègues ont publié un article montrant que la chrysomèle occidentale des racines du maïs a évolué pour cesser d’absorber l’ARNdb de son intestin. Ce faisant, les insectes sont effectivement devenus résistants à toute approche à base d’ARNdb, un résultat que Moar qualifie de « qui donne à réfléchir » car il n’existe pas de solution alternative simple.

Swati Mishra, titulaire d'un doctorat à l'UTK, découvre un phénomène similaire avec le doryphore de la pomme de terre. Dans un environnement de laboratoire où les larves étaient constamment exposées à l’ARNdb, les insectes ont considérablement réduit leur absorption du matériel génétique en 11 générations. Il est difficile de prédire combien de temps il faudra aux coléoptères pour développer une résistance sur le terrain, où ils ne sont pas exposés à autant d’ARNdb.

Pour réduire le risque d'émergence d'une résistance, l'EPA exige que les agriculteurs qui cultivent SmartStax Pro, le maïs génétiquement modifié, plantent des refuges contre les ravageurs. Ces parcelles de maïs non protégées augmentent les chances que les populations de chrysomèles des racines conservent les gènes qui les rendent sensibles à l'ARNdb. Les producteurs de pommes de terre ne sont pas confrontés aux mêmes exigences avec Calantha car il ne s’agit pas d’une culture génétiquement modifiée. Flannagan affirme que GreenLight est conscient du risque et encouragera les agriculteurs à alterner la pulvérisation d'ARNdb avec d'autres pesticides. "Nous essayons de nous assurer que l'ARN fait partie de la boîte à outils."

La perspective que les coléoptères développent une résistance à tous les pesticides disponibles, comme cela s'est produit dans les années 1990, hante toujours l'industrie, explique Karl Ritchie, agronome chez Walther Farms, qui cultive des pommes de terre sur plus de 3 000 hectares et a participé aux essais de Calantha. "Tout le monde est nerveux." Pour l’instant, cependant, Ritchie est reconnaissant de pouvoir disposer d’un autre pesticide. Pour aider à prévenir la résistance, il coordonne les applications de pesticides avec les agriculteurs voisins ; ils pulvériseront tous le même pesticide une année et autre chose l’année suivante.

Pendant ce temps, les chercheurs souhaitent étendre l’utilisation des pesticides à ARN aux lépidoptères, qui comprennent les principaux insectes nuisibles tels que la pyrale du maïs et la légionnaire d’automne. Beaucoup ont déjà développé une résistance aux insecticides chimiques, mais jusqu’à présent, ils ne semblent pas vulnérables aux ARNdb. « Contrôler les lépidoptères avec l'ARN est en quelque sorte le Saint Graal », explique Moar. "Mais personne n'a réussi à le faire fonctionner commercialement."

Les entreprises tentent, certaines recherches visant à conditionner l’ARNdb pour survivre aux systèmes digestif et immunitaire des lépidoptères. "C'est actuellement l'un des domaines les plus chauds en matière d'ARNi", déclare Jurat-Fuentes.

AgroSpheres possède des bactéries génétiquement modifiées pour fabriquer à la fois des ARNdb et de minuscules coques protectrices, dérivées de leur paroi cellulaire. Les résultats d’un essai sur le terrain, rapportés en 2022, suggèrent une lutte « commercialement acceptable » contre la fausse-teigne des crucifères sur le chou. Une autre société, Trillium Ag, a développé un package différent. Chaque petit brin d'ARN est entouré de molécules encore plus courtes appelées aptamères qui servent d'ancrage à une enveloppe constituée de protéines ou de lipides. L’entreprise teste actuellement son efficacité sur la chenille légionnaire d’automne et deux autres ravageurs.

En général, il est difficile de savoir dans quelle mesure les technologies de protection fonctionnent, disent les experts, car la plupart des entreprises ont publié peu de résultats. Mais Palli se montre prudemment optimiste quant à l’avenir de ces pesticides non conventionnels. « À mesure que nous en apprendrons davantage, nous trouverons un moyen de surmonter certains de ces obstacles. Cela va arriver."