lundi 6 décembre 2010
Transfert direct d'ADN
Des organismes dont les membranes sont fragilisées ou des cellules végétales dépourvues de parois (telles les protoplastes) sont mis en contact avec de l'ADN. Puis un traitement physique ou chimique permet l'introduction de l'ADN dans les cellules. D'autres techniques telles que la micro-injection, la macro-injection et d'autres techniques de biolistique permettent l'introduction mécanique de l'ADN dans les cellules.
Transfert indirect d'ADN ou transfert biologique
Les séquences d'ADN d'intérêt (ADN), étranger à l'organisme, peuvent être introduites dans l'organisme de destination par l'intermédiaire d'un autre organisme vivant :
Les principales techniques employées sont les suivantes :
Les principales techniques employées sont les suivantes :
- Agrobacterium tumefaciens : cette bactérie possède un plasmide (appelé plasmide Ti) dont une portion d'ADN (l'ADN-T pour ADN Transférable) est capable de s'intégrer dans le génome des plantes, ce qui en fait le vecteur le plus largement employé pour la création de végétaux transgéniques. Le transgène est intégré dans le plasmide de cette bactérie, qui le véhicule jusqu'à l'ADN chromosomique de l'hôte. Plusieurs méthodes existent pour transformer une plante à l'aide d'Agrobacterium tumefaciens:
- La bactérie peut être infiltrée dans les feuilles, ou pénétrer au niveau d'une blessure.
- Le « trempage » des fleurs dans une solution d'Agrobacterium tumefaciens. Cette méthode présente l'intérêt d'intégrer le transgène dans les cellules germinales (pollen et ovules) et donc d'obtenir une descendance transgénique.
- La transformation de culture de cellules végétales indifférenciées (« cals ») par Agrobacterium tumefaciens. Il faut ensuite régénérer des plantes à partir de ces cals.
- Rétrovirus : ces virus ayant la capacité d'intégrer leur matériel génétique dans les cellules hôtes pour développer l'infection, des vecteurs ont été élaborés en remplaçant les gènes permettant l'infection par un transgène. Toutefois, les rétrovirus sont très spécifiques à leur hôte, et ces vecteurs ne peuvent accepter de transgène de taille trop grande.
Transformation sans intégration dans l'ADN chromosomique
Les plasmides bactériens présentent l'intérêt d'être faciles à purifier et à modifier pour y intégrer de nouveaux gènes. Le plasmide transformé est incorporé dans les bactéries où il reste distinct de l'ADN chromosomique (sauf dans le cas des épisomes), tout en étant capable d'exprimer un ou plusieurs gène(s) d'intérêt. Le plasmide modifié comporte généralement un gène de résistance à un antibiotique, qui est employé comme marqueur de transformation (ou de sélection). Ainsi, seules les bactéries ayant incorporé le plasmide sont capables de croître dans un milieu comportant l'antibiotique correspondant.
Grâce aux capacités importantes de multiplication des bactéries (Escherichia coli double sa population toutes les 20 minutes), il est possible par cette technique de disposer de la séquence génétique d'intérêt en grande quantité.
En revanche, la spécificité des systèmes plasmidiques limite les bactéries capables d'incorporer le plasmide modifié. D'autre part la stabilité de la transformation par plasmide est dépendante de la nécessité de la cellule à conserver ce plasmide, i.e. la bactérie ne conserve le plasmide acquis que si celui-ci lui confére un avantage sélectif, généralement il s'agit de la résistance à un antibiotique. Si ces bactéries sont cultivées en absence de l'antibiotique, elles auront tendance à ne pas conserver le plasmide, on dit alors qu'il faut exercer une pression de sélection pour que les bactéries le maintiennent.
Certaines archaea peuvent également être transformées par un plasmide, mais les méthodes de biologie moléculaire associées à ces organismes sont encore peu développées.
Grâce aux capacités importantes de multiplication des bactéries (Escherichia coli double sa population toutes les 20 minutes), il est possible par cette technique de disposer de la séquence génétique d'intérêt en grande quantité.
En revanche, la spécificité des systèmes plasmidiques limite les bactéries capables d'incorporer le plasmide modifié. D'autre part la stabilité de la transformation par plasmide est dépendante de la nécessité de la cellule à conserver ce plasmide, i.e. la bactérie ne conserve le plasmide acquis que si celui-ci lui confére un avantage sélectif, généralement il s'agit de la résistance à un antibiotique. Si ces bactéries sont cultivées en absence de l'antibiotique, elles auront tendance à ne pas conserver le plasmide, on dit alors qu'il faut exercer une pression de sélection pour que les bactéries le maintiennent.
Certaines archaea peuvent également être transformées par un plasmide, mais les méthodes de biologie moléculaire associées à ces organismes sont encore peu développées.
Élaboration des organismes transgéniques
La possibilité de fabriquer un OGM repose sur le fait que le langage génétique est universel dans tout le monde du vivant connu à ce jour. Du fait de cette universalité, un gène, issus d'un organisme « donneur », peut être introduit dans un organisme « receveur », lequel le prenant à son propre compte, est en mesure de le décoder et ainsi fabriquer la (ou les) protéine(s) qui lui correspond, chacune de celles-ci ayant une fonction. Cette linéarité basée sur une interprétation du dogme central de la biologie moléculaire s'avère en réalité plus complexe :
- un gène pourra coder plusieurs protéines
- une protéine pourra avoir plusieurs fonctions
- l'expression d'un gène dépend de divers facteurs environnementaux.
- l'universalité du code génétique, ne suffit pas à garantir que l' expression d'un gène d'un organisme s'opèrera ou s'opèrera correctement dans un autre organisme. Un certain nombre d'informations contenues dans les gènes ne sont pas (ou mal) comprises d'une espèce à une autre. Une série de modifications du gène s'avère alors nécessaire. Le transgène introduit in fine n'est donc pas le gène original mais un gène modifié, une Construction Génétique Artificielle.
- même si le gène introduit dans le nouvel organisme est traduit effectivement en la protéine qu'il est censé exprimer, il n' est pas en l'état des connaissances d'apprécier empiriquement et systématiquement que la transgénèse n'ai pas modifié la qualité de la protéine en question. Les maladies génétiques à prion sont dues à de simples défauts de repliement d'une protéine particulière.
Les premiers pas
Les premiers OGM sont des bactéries transgéniques. La première tentative de transgénèse par l’américain Paul Berg et ses collaborateurs en 1972, consista en l’intégration d’un fragment d'ADN du virus SV40, cancérigène, dans le génome de la bactérie E. Coli présente à l'état naturel dans le tube digestif humain[41],[42]. Cet essai avait pour objectif de démontrer la possibilité de recombiner, in vitro, deux ADN d'origines différentes. L'ADN recombinant ne put être répliqué dans la bactérie[43]. Cependant, devant la puissance des outils à leur portée, les scientifiques inquiets décident lors de la conférence d'Asilomar d’un moratoire qui sera levé en 1977.
En 1977, le plasmide Ti de la bactérie du sol Agrobacterium tumefaciens est identifié. Ce plasmide sert à cette bactérie de vecteur pour transférer un fragment d'ADN, l'ADN-T (ADN de transfert, ou ADN transféré), dans le génome d'une plante. Cet ADN comporte plusieurs gènes dont le produit est nécessaire à la bactérie au cours de son cycle infectieux. Quelques années plus tard cette bactérie sera utilisée pour créer les premières plantes transgéniques .
En 1978, une souche de levure (eucaryote) auxotrophe pour la leucine est transformée par un plasmide d'origine bactérienne portant le gène LEU2.
En 1978, un gène humain codant l’insuline est introduit dans la bactérie Escherichia coli, afin que cette dernière produise l’insuline humaine. Cette insuline dite recombinante est la première application commerciale, en 1982 du génie génétique.L’insuline utilisée actuellement pour traiter le diabète est produite à partir d’OGM.
En 1982, le premier animal génétiquement modifié est obtenu. Il s'agit d'une souris géante à laquelle le gène de l'hormone de croissance du rat a été transféré. En 1983, le premier végétal génétiquement modifié est obtenu : un plant de tabac modifié pour résister à un antibiotique, la kanamycine. 1985, voit la première plante transgénique résistante à un insecte : un tabac dans lequel un gène de toxine de la bactérie Bacillus thuringiensis a été introduit .
En 2010, le premier organisme contenant un génome intégralement fabriqué par l'homme est décrit dans le journal Science. Il s'agit d'une souche de Mycoplasma capricolum dont le génome a été retiré est remplacé par le génome « JCVI-syn1.0 » conçu par l'équipe de Craig Venter, donnant naissance à une souche Mycoplasma mycoides. Le génome a été créé par la synthèse de 1 078 oligonucléotides de 1 080 paires de bases, c'est 1 078 fragments ont été assemblés en 109 fragments de 10 080 paires de bases, eux mêmes assemblés en 11 fragments de 100 000 paires de bases finalement runis au sein du génome circulaire de 1 077 947 paires de bases
En 1977, le plasmide Ti de la bactérie du sol Agrobacterium tumefaciens est identifié. Ce plasmide sert à cette bactérie de vecteur pour transférer un fragment d'ADN, l'ADN-T (ADN de transfert, ou ADN transféré), dans le génome d'une plante. Cet ADN comporte plusieurs gènes dont le produit est nécessaire à la bactérie au cours de son cycle infectieux. Quelques années plus tard cette bactérie sera utilisée pour créer les premières plantes transgéniques .
En 1978, une souche de levure (eucaryote) auxotrophe pour la leucine est transformée par un plasmide d'origine bactérienne portant le gène LEU2.
En 1978, un gène humain codant l’insuline est introduit dans la bactérie Escherichia coli, afin que cette dernière produise l’insuline humaine. Cette insuline dite recombinante est la première application commerciale, en 1982 du génie génétique.L’insuline utilisée actuellement pour traiter le diabète est produite à partir d’OGM.
En 1982, le premier animal génétiquement modifié est obtenu. Il s'agit d'une souris géante à laquelle le gène de l'hormone de croissance du rat a été transféré. En 1983, le premier végétal génétiquement modifié est obtenu : un plant de tabac modifié pour résister à un antibiotique, la kanamycine. 1985, voit la première plante transgénique résistante à un insecte : un tabac dans lequel un gène de toxine de la bactérie Bacillus thuringiensis a été introduit .
En 2010, le premier organisme contenant un génome intégralement fabriqué par l'homme est décrit dans le journal Science. Il s'agit d'une souche de Mycoplasma capricolum dont le génome a été retiré est remplacé par le génome « JCVI-syn1.0 » conçu par l'équipe de Craig Venter, donnant naissance à une souche Mycoplasma mycoides. Le génome a été créé par la synthèse de 1 078 oligonucléotides de 1 080 paires de bases, c'est 1 078 fragments ont été assemblés en 109 fragments de 10 080 paires de bases, eux mêmes assemblés en 11 fragments de 100 000 paires de bases finalement runis au sein du génome circulaire de 1 077 947 paires de bases
Historique
Au début du XXe, la redécouverte des travaux de Gregor Mendel (1822-1888) et les travaux de Thomas Morgan (1866-1945) sur la mouche Drosophila melanogaster permettent de comprendre que l'hérédité est due à la transmission de particules appelées gènes, disposées de manière linéaire sur les chromosomes. En 1953, les travaux de James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin, mettent en évidence la structure moléculaire à double hélice de l'ADN. Cette découverte ouvre la voie à une discipline nouvelle, la biologie moléculaire En 1965, la découverte des enzymes de restriction, des protéines capables de découper l’ADN à des sites spécifiques, donnent aux chercheurs les outils qui leur manquaient pour établir une cartographie du génome. Elle ouvre aussi la voie au développement du génie génétique en permettant la « manipulation » in vitro de portions précises d'ADN et donc des gènes. C'est la technologie de l'ADN recombinant, qui permet l'insertion d'une portion d'ADN ( un ou plusieurs gènes ) dans un autre ADN[40].Cette découverte est confirmée en 1973 par Paul Berg et ses collaborateurs.
Quels organismes sont des organismes génétiquement modifiés ?
Dans toute l'acception du terme, un « Organisme génétiquement modifié » est un organisme vivant (micro-organisme, végétal ou animal) dont le génome a été modifié artificiellement. Cette acception inclut toutes les voies possibles de modification de l'information génétique, allant de la méthode des croisements aux outils du génie génétiqu.
D'un point de vue législatif, un grand nombre de pays et d'organisations utilisent une définition plus restrictive en référence à celle précisée lors du Protocole de Carthagène sur la prévention des risques biotechnologiques et qui entend par « Organisme vivant modifié » « tout organisme vivant possédant une combinaison de matériel génétique inédite obtenue par recours à la biotechnologie moderne ». Cependant, cette definition n'est pas reconnue universellement. Certains pays, dont les États-Unis, ne font pas de ce recours à la biotechnologie moderne une notion discriminante. Ainsi, si l’Union européenne, dans la directive 2001/18/CE définit un OGM comme « un organisme, à l'exception des êtres humains, dont le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne s'effectue pas naturellement par multiplication et/ou par recombinaison naturelle » et si l’OCDE définit les OGM comme : « a plant or animal micro-organism or virus, which has been genetically engineered or modified », les États-Unis considèrent qu'un OGM est un organisme ayant subi un « changement dans le matériel génétique [...], que ce soit par l'intermédiaire de la sélection classique, du génie génétique [ou] de la mutagenèse ». Certains pays, comme par exemple le Canada, même s'ils acceptent la définition « restrictive », appliquent aux « OGM » la même règlementation que celle qui a cours pour les produits modifiés par des méthodes classiques.
Les controverses qui s'expriment à l'égard des « OGM » portent essentiellement sur ceux qui relèvent de la définition « restrictive », soit ceux obtenus par génie génétique.
La transgénèse est l'opération de génie génétique la plus couramment utilisée pour l'obtention d'« OGM ». Ainsi, organisme transgénique, est souvent utilisé comme synonyme d' organisme génétiquement modifié. Cependant, si un « organisme transgénique » est toujours un « organisme génétiquement modifié », un « organisme génétiquement modifié » n'est pas toujours un « organisme transgénique ».
L'intervention humaine conduisant à fabriquer des OGM consiste dans la majorité des cas à ajouter une petite portion d'ADN d'un organisme dans l'ADN d'un autre organisme (transgénèse). Les techniques sont :
D'un point de vue législatif, un grand nombre de pays et d'organisations utilisent une définition plus restrictive en référence à celle précisée lors du Protocole de Carthagène sur la prévention des risques biotechnologiques et qui entend par « Organisme vivant modifié » « tout organisme vivant possédant une combinaison de matériel génétique inédite obtenue par recours à la biotechnologie moderne ». Cependant, cette definition n'est pas reconnue universellement. Certains pays, dont les États-Unis, ne font pas de ce recours à la biotechnologie moderne une notion discriminante. Ainsi, si l’Union européenne, dans la directive 2001/18/CE définit un OGM comme « un organisme, à l'exception des êtres humains, dont le matériel génétique a été modifié d'une manière qui ne s'effectue pas naturellement par multiplication et/ou par recombinaison naturelle » et si l’OCDE définit les OGM comme : « a plant or animal micro-organism or virus, which has been genetically engineered or modified », les États-Unis considèrent qu'un OGM est un organisme ayant subi un « changement dans le matériel génétique [...], que ce soit par l'intermédiaire de la sélection classique, du génie génétique [ou] de la mutagenèse ». Certains pays, comme par exemple le Canada, même s'ils acceptent la définition « restrictive », appliquent aux « OGM » la même règlementation que celle qui a cours pour les produits modifiés par des méthodes classiques.
Les controverses qui s'expriment à l'égard des « OGM » portent essentiellement sur ceux qui relèvent de la définition « restrictive », soit ceux obtenus par génie génétique.
La transgénèse est l'opération de génie génétique la plus couramment utilisée pour l'obtention d'« OGM ». Ainsi, organisme transgénique, est souvent utilisé comme synonyme d' organisme génétiquement modifié. Cependant, si un « organisme transgénique » est toujours un « organisme génétiquement modifié », un « organisme génétiquement modifié » n'est pas toujours un « organisme transgénique ».
L'intervention humaine conduisant à fabriquer des OGM consiste dans la majorité des cas à ajouter une petite portion d'ADN d'un organisme dans l'ADN d'un autre organisme (transgénèse). Les techniques sont :
- techniques de recombinaison de l'ADN impliquant la formation de nouvelles combinaisons de matériel génétique par l'insertion de molécules d'acide nucléique, produites de n'importe quelle façon hors d'un organisme, à l'intérieur de tout virus, plasmide bactérien ou autre système vecteur et leur incorporation dans un organisme hôte à l'intérieur duquel elles n'apparaissent pas de façon naturelle, mais où elles peuvent se multiplier de façon continue ;
- techniques impliquant l'incorporation directe dans un organisme de matériel héréditaire préparé à l'extérieur de l'organisme, y compris la micro-injection, la macro-injection et le microencapsulation ;
- techniques de fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) ou d'hybridation dans lesquelles des cellules vivantes présentant de nouvelles combinaisons de matériel génétique héréditaire sont constituées par la fusion de deux cellules ou davantage au moyen de méthodes qui ne sont pas mises en œuvre de façon naturelle.
- la mutagenèse,
- la fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) de cellules végétales d'organismes qui peuvent échanger du matériel génétique par des méthodes de sélection traditionnelles.
- la fécondation in vitro,
- les processus naturels tels que la conjugaison, la transduction, la transformation, ou l'induction polyploïde. (sauf emploi d'acide nucléique recombinant ou d'OGM déjà obtenu)
ONG-présentation
Un organisme génétiquement modifié (OGM) est un organisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l'Homme. Suivant les législations, les moyens permettant ces modifications vont de la sélection aux méthodes de génie génétique. Ces dernières méthodes permettent de modifier des organismes par transgénèse, c’est-à-dire l'insertion dans le génome d’un ou de plusieurs nouveaux gènes. Un « organisme transgénique », terme qui désigne les organismes qui contiennent dans leur génome des gènes « étrangers », est donc toujours un organisme génétiquement modifié, l'inverse n'étant pas toujours vrai.
La mise en œuvre de transgénèses permet un transfert de gènes héritables entre espèces évolutivement très séparées (par exemple un gène prélevé sur le ver luisant et transféré chez le taureau). L'aspect novateur de ces nouvelles techniques ainsi que leurs applications potentielles, notamment dans les secteurs médical et agricole, ont engagé une réflexion éthique. Au sein des biotechnologies, les OGM sont un domaine de recherche qui fait depuis les années 1990 l'objet de nombreux investissements en recherche et développement à partir de financements tant publics que privés.
Si certains OGM peuvent présenter des risques, principalement vis-à-vis de la santé (production de moléculesenvironnement (dissémination non désirée de gènes), certaines organisations scientifiques internationales, et notamment le Conseil international pour la science, affirment que les OGM commercialisés ne sont pas dangereux pour la santé humaine, et que les risques de dissémination sont correctement contrôlés. D'autres, par exemple le Comité de recherche et d'information indépendantes sur le génie génétique (CRIIGEN) pour la France, ou le Independant Science Panel au Royaume-Uni[4] estiment que les études auxquelles les organismes d'accréditation font références sont insuffisantes, et que dans le domaine des cultures en plein champ les précautions prises ne permettent pas d'éviter la pollution génétique de l'environnement. Elles sont relayées en ce sens par les partisans du mouvement anti-OGM. non désirées) ou de l'
Inexistantes en 1993, les surfaces cultivées OGM (soja, maïs, coton, etc.) n'ont cessé d'être en expansion et avoisinent en 2007 les 114 millions d'hectares, soit plus de 7 % du milliard et demi d'hectares de terres cultivées.
En mai 2010, le journal Science rapporte la réalisation du premier organisme dont l'intégralité du génome a été synthétisé par des scientifiques. Il ne s'agit pas d'une « création » en tant que telle mais de la fabrication artificielle d'une génome déjà existant.
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