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Qu'est-ce que le génie génétique ?
Le géniegénétique consiste à utiliser une technologie avancée de l'ADN pour modifier le contenu génétique d'un organisme. Les scientifiques peuvent utiliser le génie génétique pour isoler des gènes, puis les combiner avec le génome de l'ADN destinataire. L'ADN créé à partir de cette combinaison est appelé ADN recombinant.
L'organisme qui contient de l'ADN recombiné est un organisme transgénique ou génétiquement modifié (OGM), qui peut être aussi simple qu'une bactérie ou aussi complexe qu'une plante ou un animal.
La modification du patrimoine génétique des organismes est un processus complexe qui implique l'utilisation de techniques de génie génétique en plusieurs étapes.
Le génie génétique vise à développer des OGM plus performants. Les cultures telles que le maïs, le soja et le coton peuvent être génétiquement modifiées pour résister aux pesticides. Cela permet aux agriculteurs d'obtenir un meilleur rendement puisqu'ils peuvent utiliser des pesticides pour éradiquer les parasites sans endommager les cultures elles-mêmes. Les bactéries peuvent également être génétiquement modifiées. Les scientifiques peuvent introduire dans une bactérie un gène qui code pour une protéine précieuse (un médicament ou une hormone comme l'insuline). En cultivant les nouvelles colonies bactériennes en masse, ils peuvent recueillir et purifier la protéine désirée et l'utiliser à des fins pharmaceutiques ou industrielles.
Le code génétique est universel, c'est-à-dire qu'il est le même dans tous les organismes. Par conséquent, l'ADN est transcrit et traduit dans les organismes transgéniques de la même manière que dans l'organisme donneur, produisant ainsi la même protéine.
Voici quelques avantages du génie génétique :
- Permet de créer des aliments plus nutritifs pour éradiquer la malnutrition dans le monde.
- Les plantes résistantes aux maladies et à la sécheresse permettent d'utiliser moins de ressources environnementales.
- Augmentation de l'approvisionnement alimentaire à moindre coût.
- Augmentation de la durée de conservation de certains porte-greffes.
- Meilleur rendement des cultures destinées à la fabrication de biocarburants.
- Croissance plus rapide des cultures et des animaux.
Fig. 1 - Avantages du génie génétique
Le génie génétique n'a pas que des avantages. Il comporte des implications et des inconvénients. En voici quelques-uns :
- Les aliments produits à partir d'animaux OGM peuvent avoir une valeur nutritionnelle moindre en raison d'un rythme de développement plus rapide.
- L'introduction d'un nouveau matériel génétique dans la nature peut donner naissance à de nouveaux agents pathogènes résistants qui sont plus forts et posent un risque pour la santé.
- Il peut y avoir des effets secondaires indésirables inconnus et inattendus.
- De nombreuses entreprises placent des droits d'auteur sur les OGM qu'elles développent. Cela peut avoir des conséquences coûteuses pour les agriculteurs puisqu'ils devraient payer des semences OGM plus importantes.
- L'utilisation abusive de la technologie du génie génétique et des connaissances sur les animaux et les humains peut conduire à des résultats éthiquement discutables.
Fig. 2 - Inconvénients et implications éthiques du génie génétique
Nous pouvons décomposer le processus de création de l'ADN recombinant et de son transfert réussi pour créer un OGM en cinq étapes principales :
- Le gène qui code pour le produit désiré (par exemple, une protéine) doit être isolé. Ce processus implique la production de fragments d'ADN qui contiennent le gène souhaité.
- Le gène doit ensuite être inséré dans un vecteur.
Lesvecteurs sont des supports permettant d'introduire du matériel génétique étranger, tel qu'un gène fonctionnel, directement dans une cellule.
- Le vecteur transmet le gène aux cellules réceptrices. Ce processus de livraison est appelé transformation.
Latransformation décrit la modification génétique de la cellule par l'absorption directe et l'inclusion de matériel génétique étranger provenant de son environnement.
- Les cellules recombinantes qui se sont transformées avec succès et qui contiennent maintenant l'ADN recombiné doivent être identifiées. Lesgènes marqueurs, tels que les gènes de résistance aux antibiotiques, facilitent cette étape.
- Après identification, les cellules recombinantes sont clonées pour produire une grande population de cellules transgéniques.
Production de fragments d'ADN par génie génétique
Identifier et isoler un gène spécifique de quelques centaines de bases parmi les millions de bases de l'ADN eucaryote est un véritable défi. Les scientifiques utilisent trois techniques principales pour créer des fragments d'ADN :
- L'utilisation de la transcriptase inverse pour convertir l'ARNm (ARN messager) en ADNc (ADN complémentaire).
- L'utilisation d'une endonucléase de restriction pour couper la molécule d'ADN au niveau d'une séquence spécifique.
- Utilisation d'une machine à gènes pour créer un gène basé sur une protéine dont la structure et la composition sont connues.
Transcription inverse
Ce processus utilise une enzyme particulière appelée transcriptase inverse. Cette enzyme est naturellement présente dans les rétrovirus tels que le VIH, et elle crée des brins d'ADN à partir des molécules d'ARNm.
- Dans les cellules, les ARNm correspondent à la séquence génétique, et les ribosomes les lisent pour synthétiser des molécules de polypeptides (protéines). Ce processus est connu sous le nom de traduction.
- Une cellule qui produit naturellement une protéine doit contenir de grandes quantités d'ARNm de cette protéine, qui peuvent être isolées. Par exemple, les cellules bêta des îlots de Langerhans dans le pancréas sécrètent de l'insuline et doivent contenir de grandes quantités d'ARNm d'insuline. L'ARNm de l'insuline peut donc être extrait des cellules bêta.
- Après l'extraction de l'ARNm souhaité, ils peuvent être traités avec l'enzyme transcriptase inverse, qui polymérise les désoxyribonucléotides et crée des molécules d' ADNc simple brin qui ont une séquence de base complémentaire à celle de l'ARNm.
L'ADN complémentaire ou ADNc est synthétisé via la procédure de transcription inverse à partir d'une molécule d'ARN simple brin telle que l'ARNm.
- Les molécules d'ADNc obtenues sont ensuite traitées par l'ADN polymérase dans le processus de réaction en chaîne de la polymérase (PCR). L'ADN polymérase synthétise un brin d'ADN complémentaire à partir de l'ADNc, créant ainsi un ADN double brin. Elle réplique également les molécules d'ADN en cycles répétés, ce qui amplifie le nombre de fragments d'ADN.
- Leprincipal avantage du processus de transcription inversepour isoler les gènes est que le produit créé à la fin est un ADNc qui ne contient pas d'ADN non codant (introns). Ceci est important pour l'insertion de gènes dans les procaryotes car les systèmes procaryotes ne peuvent pas éliminer les introns.
Endonucléases de restriction
Les endonucléasesde restriction (ER) sont des enzymes qui font naturellement partie du mécanisme de défense des bactéries. Elles agissent en coupant les molécules d'ADN étrangères.
Il existe différents types d'ER dont les sites actifs sont complémentaires à des séquences nucléotidiques de bases spécifiques. Ces séquences sont appelées sites de reconnaissance, car chaque ER crée des incisions dans l'ADN spécifiquement à ces endroits.
Nous pouvons classer les ER en deux groupes principaux en fonction de la façon dont elles coupent l'ADN :
- Les ER qui incisent l'ADN à l'endroit exact sur les deux brins créent deux extrémités émoussées.
- Les ER qui coupent les deux brins d'ADN à des positions éloignées de quelques bases l'une de l'autre entraînent la création d'extrémités décalées avec des bases d'ADN exposées (bases sans paires complémentaires). Ces bases d'ADN non appariées peuvent se joindre à un ADN avec des bases complémentaires. Ces extrémités sont également appelées extrémités collantes car elles peuvent facilement rejoindre d'autres échantillons d'ADN avec des extrémités collantes. Les sites de reconnaissance de ces types d'ER ont une séquence palindromique, ce qui signifie qu'ils sont lus de la même façon sur les brins avant et arrière.
Fig. 3 - Création de fragments d'ADN avec des extrémités collantes à l'aide d'enzymes de restriction .
La machine à gènes
La machine à gènes est la technique la plus moderne qui permet aux scientifiques de créer des fragments d'ADN en laboratoire à l'aide d'ordinateurs et d'appareils spéciaux.
Ils identifient d'abord la protéine qui les intéresse et examinent sa séquence d'acides aminés constitutifs. Ensuite, les scientifiques peuvent déterminer les séquences d'ARNm et d'ADN qui pourraient coder cette protéine en utilisant le code génétique à l'envers.
La séquence d'ADN obtenue peut ensuite être entrée dans l'ordinateur. L'ordinateur vérifie les fragments d'ADN sur le plan de la biosécurité et de la sûreté biologique, en s'assurant qu'il respecte les différentes réglementations éthiques et qu'il n'enfreint pas les réglementations internationales. L'ordinateur crée ensuite une série de petits nucléotides monocaténaires dont les séquences se chevauchent dans le cadre d'un processus automatisé. Ces brins sont appelés oligonucléotides et peuvent être assemblés pour générer la séquence d'ADN du gène souhaité. Enfin, le brin d'ADN conçu est amplifié et converti en molécule d'ADN double brin à l'aide de la PCR.
Lesoligonucléotides sont des polynucléotides qui contiennent un nombre relativement faible de nucléotides.
La technique de la machine à gènes est précise et peut être réalisée en seulement dix jours. Elle crée également des brins d'ADN qui ne contiennent pas de régions non codantes (introns) et qui peuvent être transcrits et traduits par les systèmes procaryotes.
Tableau 1. Résumé des avantages et des inconvénients des différentes technologies génétiques.
| Avantages | Inconvénients |
Technique de la transcriptase inverse |
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Technique de l'endonucléase de restriction |
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Machines à gènes |
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Technologie des gènes - Points clés
- Le génie génétique consiste à utiliser une technologie avancée de l'ADN pour modifier le contenu génétique d'un organisme.
- L'organisme qui contient cet ADN recombiné est un organisme transgénique ou génétiquement modifié (OGM), qui peut être aussi simple qu'une bactérie ou aussi complexe qu'une plante ou un animal.
- Application des OGM :
- Production de protéines précieuses en vrac, comme l'insuline.
- Création de cultures résistantes aux pesticides et aux herbicides.
- Cinq étapes principales du transfert d'ADN recombinant pour créer un OGM :
- Isolement du gène désiré.
- Insertion du gène dans un vecteur.
- Transformation.
- Identification des cellules transformées.
- Clonage des cellules amplifiées.
- Trois techniques principales pour créer des fragments d'ADN :
- Transcription inverse.
- Utilisation des endonucléases de restriction.
- Machine à gènes.
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