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Génie génétique


Transgenèse - Thérapie génique


Date de la dernière modification
: 15-04-2017  

   Escherichia coli ou "Colibacille" est une bactérie habituellement présente dans le gros intestin et non pathogène. Elle peut cependant le devenir lorsqu'elle envahit les voies urinaires. Ce microorganisme peut aussi vivre à l'état libre, en particulier dans les eaux. Évacué avec les selles, il circule dans les égouts et peut polluer les eaux qu'il rend non potables, voire impropres à la baignade. Des prélèvements réguliers sont effectués dans les piscines et au niveau des plages pour détecter sa concentration.

UN ÉTONNANT POUVOIR DE SYNTHÈSE 

   Escherichia coli mesure environ 2 µ (microns ou micromètres) et pèse 10-12 g. C'est une cellule sans noyau véritable, mais possédant tous les éléments nécessaires à la synthèse des protéines, c'est-à-dire un chromosome de 1 mm de long, comportant environ 4 000 gènes et de nombreux ribosomes (*) dans le cytoplasme.

   Dans les conditions optimales, chaque cellule se divise en 2 toutes les 20 minutes environ. C'est ainsi qu'en moins de 2 jours, 1 seule bactérie pourrait produire, si elle disposait d'une quantité suffisante de nourriture (...)  une masse de 6 x 1021 tonnes, égale à celle de la Terre !

Calcul

*   En 1 heure, 1 bactérie donne 8 bactéries, soit 23 (3 divisions car 3 x 20 minutes)

*   En 1 jour : 23 x 24, soit 272 bactéries

*   En 2 jours : 272 + 72 = 2144 bactéries, ayant chacune une masse de 10-12g

*   Masse des bactéries produites en 2 jours : 2,23 x 1043 (nombre) x 10-12 = 2,23 x 1031 g

*   Soit 2,23 x 1025 tonnes (masse de la Terre : 6 x 1021tonnes)  

     
                                                                              

TRANSFERT DE GÈNE CHEZ ESCHERICHIA COLI

   Le génie génétique (ou recombinaison génétique, ou transgenèse) est né vers 1974, avec la découverte d'enzymes capables de couper l'A.D.N. en des endroits précis : les enzymes de restriction. D'autres enzymes, des ligases, permettent au contraire de "recoller" les morceaux. 

Il devenait ainsi possible d'introduire des gènes humains dans l'A.D.N. d'Escherichia coli en utilisant comme vecteur des plasmides (*) recombinés isolés, ou des bactériophages (*). 

   Cet A.D.N. recombiné étant ensuite reproduit par la bactérie, on obtient un grand nombre de copies du gène étranger intéressant. Le gène est "cloné". Il faut ensuite que ce gène s'exprime pour qu'il produise la protéine intéressante, ce qui a nécessité la maîtrise de nombreuses difficultés. 

   Exemples : pour lutter contre le nanisme, l'hormone hypophysaire de croissance (STH ou hormone somatotrope)  est produite par génie génétique puis extraite des bactéries par choc osmotique. De nombreuses autres substances sont ainsi fabriquées : insuline (hormone hypoglycémiante pancréatique), facteurs de coagulation (pour les hémophiles), interféron (substance antivirale), vaccin de l'hépatite B ... 

* Ribosomes : organites cytoplasmiques constitués de protéines et d'acide ribonucléique (ARN), au niveau desquels s'effectue la synthèse des protéines à partir des acides aminés du cytoplasme et en fonction de l'information apportée par l'ARN messager synthétisé dans le noyau. 

* Plasmide : petit chromosome circulaire. 

* Bactériophage : virus se comportant en parasite de bactéries.    

TRANSFERT DE GÈNE CHEZ DES ÊTRES PLURICELLULAIRES

   La technique de transgenèse décrite ci-dessus pour les bactéries, ne s'applique pas aux animaux et aux végétaux pluricellulaires. Les chercheurs ont été amenés à trouver des moyens différents pour faire pénétrer le ou les transgènes dans les cellules de ces êtres pluricellulaires. Plusieurs techniques existent qui varient selon les cellules auxquelles sont destinées les transgènes :

A - Transgenèse végétale

  • Une méthode qui ressemble, dans sa première phase,  à celle décrite ci-dessus : le transgène est introduit dans un plasmide bactérien. Après mise en culture et multiplication des bactéries, leurs plasmides contenant l'ADN recombiné sont extraits et introduits dans les cellules (maïs par exemple) à l'aide d'un "canon à ADN". C'est un canon à particules qui projette des microbilles d'or ou de tungstène, enrobées d'ADN. On force ainsi l'ADN recombiné à traverser la membrane épaisse (pectocellulosique) des végétaux. Cette technique est appelée la biolistique

  • Pour de nombreux végétaux, le transgène est introduit dans un plasmide d'une bactérie du genre Agrobacterium qui possède un système naturel de transfert de gènes aux cellules végétales (propriété découverte dans les années 1960 par Georges MOREL et col. de l'INRA). Le plasmide de Agrobacterium transmet spontanément une partie de son plasmide : l'ADN-T, qui a la propriété de ne s'exprimer que dans la cellule végétale. En pratique, on supprime les gènes oncogènes (responsables de l'apparition de tumeurs) et on insère les transgènes dans le plasmide. Les Agrobacterium ainsi modifiées sont mises en culture avec les cellules végétales qui exprimeront les transgènes.

B - Transgenèse animale

  1. La micro-injection de gènes : Les premières expériences de ce type ont été réalisées sur des œufs de souris, auxquels on a transféré le gène de l'hormone de croissance d'un rat ou d'un humain. La technique est représentée par le schéma ci-dessous. Les pourcentages de réussite (animaux qui possèdent le transgène dans toutes leurs cellules) sont de l'ordre de 20 à 30% pour les souris. Il est bien moindre pour d'autres espèces sur lesquelles on a essayé la transgenèse.

  2. Transfert de gènes dans les gamètes : Cette méthode s'est montrée plutôt décevante : échecs avec les ovocytes et résultats inattendus avec les spermatozoïdes, qui semblent posséder un système propre à empêcher toute intrusion d'ADN étranger. Aujourd'hui, les travaux portent sur les cellules précurseurs des spermatozoïdes, c'est-à-dire sur les spermatogonies.

UNE APPLICATION INTÉRESSANTE : LA THÉRAPIE GÉNIQUE

   La thérapie génique est l'utilisation d'un ou plusieurs gènes comme médicament, pour pallier la déficience d'un gène. Des essais ont été réalisés sur des volontaires atteints de mucoviscidose, mais les résultats ont été décevants. Aujourd'hui, on cible en plus d'autres maladies comme la myopathie, certains cancers, des maladies neurodégénératives (Parkinson par ex.). Les travaux portent sur la conception d'un vecteur efficace et inoffensif.

Principe de la méthode

  • On utilise des cellules spéciales modifiées, dites d'encapsidation qui, lorsqu'on leur introduit un virus vidé de son ADN ou ARN, reproduisent fidèlement la capside virale (c'est l'enveloppe du virus) vide. 

  • En introduisant préalablement dans le virus une construction génique contenant le gène thérapeutique, la cellule d'encapsidation va reproduire des quantités de virus avec ce gène thérapeutique. On peut ensuite, selon les cas :

    • Traiter les cellules malades à l'extérieur de l'organisme en leur injectant les vecteurs viraux porteurs des gènes thérapeutiques, puis réintroduire ces cellules dans l'organisme (réalisé avec de la moelle osseuse pour soigner des déficiences immunitaires).

    • Injecter directement des vecteurs viraux dans les tissus malades. Des essais ont été réalisés, notamment dans des tissus cérébraux.

    • Une troisième méthode consiste à injecter les vecteurs viraux avec leurs gènes thérapeutiques dans la circulation sanguine. Les virus iront normalement s'insérer dans les cellules malades.

   Les essais actuels utilisant un vecteur viral, portent essentiellement sur les cancers, les maladies dues à un seul gène déficient (mucoviscidose, myopathie ...), le SIDA et les anomalies du système vasculaire cardiaque. Il n'y a pas assez de recul pour faire un bilan de ces techniques, mais elles sont très prometteuses. Plusieurs équipes de chercheurs travaillent maintenant sur des chromosomes artificiels qui ont la propriété de s'insérer naturellement dans l'ADN de bactéries. 

LES ENJEUX ACTUELS DE LA RECHERCHE SUR LES OGM

   Que l'on soit pour ou contre les OGM, il faut admettre certains faits. La recherche sur les OGM se développe actuellement de façon considérable et touche de nombreux domaines : production agricole, alimentation, santé (diagnostic, traitement et création de nouvelles molécules et vaccins), thérapie génique, amélioration des animaux d'élevage, entre autres. Les enjeux socio-économiques et géopolitiques sont considérables, même si les données sur les plantes transgéniques sont encore insuffisantes (les premières cultures datent de 1995). La recherche sur les risques éventuels (sur la santé des consommateurs, sur les impacts environnementaux) n'en est qu'à ses balbutiements et les réglementations sont encore inexistantes ou insuffisantes.

  • Soins par thérapie génique :

    • Pour les cancers ou pathologies virales, les études portent sur des gènes qui, une fois introduits dans les cellules, provoqueraient la mort de ces cellules hôtes. Le vecteur est généralement une construction virale (voir ci-dessus).

    • Pour de nombreuses maladies dues à un gène déficient, des essais sont actuellement en cours, ayant pour but d'introduire les gènes sains dans les cellules.

  • Production de médicaments et de molécules humaines


    • L'insuline et l'hormone de croissance humaines sont déjà fabriquées par génie génétique (par des bactéries génétiquement modifiées). 

      De nombreuses autres molécules sont en voie de l'être, grâce à des essais portant sur l'introduction de transgènes humains dans des levures (champignons unicellulaires).

    • Des plants de tabac transgéniques produisent de l'hémoglobine (molécule colorant les globules rouges ou hématies), des mammifères (chèvres) produisent des médicaments dans leur lait ...

    • Plusieurs laboratoires travaillent sur la fabrication de vaccins par des fruits (exemple des bananes), ce qui permettrait de vacciner des populations entières à des prix très intéressants.

  • La transgenèse en agronomie

    De nombreuses recherches ont été faites pour conférer aux plantes une résistance aux herbicides ou de fabriquer des substances toxiques contre leurs prédateurs, sans pour autant être toxiques pour l'homme. On a ainsi obtenu un maïs résistant à la Pyrale en introduisant dans son ADN le gène Bt qui produit une toxine contre cet insecte.

    En créant des plantes résistantes aux herbicides, les agriculteurs devraient pouvoir diminuer de façon non négligeable les doses répandues régulièrement sur les sols cultivés.

    D'autres expérimentations portent, pour des espèces économiquement sensibles (riz, blé, coton ...) sur l'acquisition d'une résistance à des conditions météorologiques particulières : froid, sécheresse, chaleur.

  • La transgenèse en élevage

    Les essais menés sont particulièrement nombreux, mais restent expérimentaux et les résultats sur les animaux sont loin d'être aussi satisfaisants qu'avec les végétaux. Parmi les buts recherchés figurent entre autres l'amélioration de la productivité (viande et lait), de la qualité gustative de la viande, "l'humanisation" du lait de vache, mais aussi de certains animaux (porc) en vue de greffes d'organes etc.

QUESTIONS SANS RÉPONSES

  • Nous ingérons tous des OGM (la plupart du temps sans le savoir, ou sans chercher à le savoir), qui sont en principe détruits par les enzymes de notre tube digestif. En imaginant que certains d'entre eux résistent à ces actions (ce qui n'est pas démenti), ne risque-t-on pas de voir apparaître de nouvelles formes d'allergies ? Ces OGM résistants vont-ils interagir avec notre flore bactérienne intestinale et perturber notre métabolisme ? Et qu'en est-il des gènes de résistance aux antibiotiques présents dans les OGM qui entrent dans l'alimentation humaine ? Vont-ils nous rendre nous aussi résistants ? Cette question est cruciale quand on sait les difficultés qu'éprouvent aujourd'hui les hôpitaux pour trouver des antibiotiques efficaces contre des germes autrefois très sensibles.

  • Autre grande incertitude concernant les plantes transgéniques. Dans ces plantes, toutes les cellules possèdent le ou les transgènes, y compris les grains de pollen. Affirmer qu'il n'y a pas de dissémination, c'est ignorer le pouvoir du vent et des insectes dans le transport de ces pollens. Sachant en plus que de nombreuses plantes différentes peuvent s'hybrider, on peut s'interroger. Une plante possédant un gène de résistance aux herbicides ne va-t-elle pas transmettre cette résistance à d'autres plantes ? Un transgène fabriquant une toxine et transmis à d'autres espèces ne risque-t-il pas de provoquer la disparition pure et simple d'autres espèces ? 

  • Les "élevages" d'organismes transgéniques (bactéries, poissons, insectes ...) sont-ils suffisamment sécurisés et surveillés pour empêcher toute fuite et contamination d'autres espèces à l'extérieur ?

   La législation actuelle, si elle est rigoureusement appliquée, doit en principe garantir la non dissémination de ces OGM. Cela semble possible dans un laboratoire où le confinement est de règle. Cela n'a plus beaucoup de sens pour les cultures d'OGM en plein air.

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