Transgénèse et utilisation de la manipulation génétique

Définition de la transgénèse

On définit par transgénèse* l’action d’introduire un ou plusieurs gènes* extérieurs dans un organisme vivant dans le but de modifier son ADN*. Elle fut réalisée pour la première fois en 1982, par R.D. Palmiter, R.L. Brinster et leurs collègues. Leur première expérience a été la création d’une souris transgénique auquel on injecta une hormone de croissance venant du rat, qui fit de celle-ci une souris géante.

On appelle organisme génétiquement modifié, ou OGM*, un organisme ayant subit une modification génétique par la transgénèse.

La transgénèse chez les animaux ne peut être réalisée qu’à partir d’une cellule somatique*, toutes les cellules sauf les cellules germinales* (ovules ou spermatozoïdes) et les premières cellules de l’état embryonnaire, et doit se réaliser dans la cellule-œuf.

La transgénèse apporte de nombreuses informations sur le fonctionnement du génome*, c’est pour cela qu’elle est très utilisée par les chercheurs en chimie et en biologie, ainsi que dans les industries pharmaceutiques et agro alimentaires.

La réalisation de la transgénèse animale possède une plusieurs étapes. Tout d’abord, il y a identification du gène d’intérêt*, contenant la caractéristique intéressante à transférer pour fabriquer un OGM. Ensuite, on procède à la construction du transgène* qui est l’adaptation du gène d’intérêt à l’organisme, qu’on insèrera dans un promoteur*, étant une partie de l’ADN située à proximité d’un gène permettant à celui-ci de s’exprimer. Dans certains cas, le transgène est placé dans un vecteur*, intermédiaire pour conduire le gène au noyau de la cellule. Les vecteurs les plus utilisés sont les plasmides*, étant des petites boucles d’ADN d’origine bactérienne. Enfin, le transgène ou le vecteur sera inséré dans l’ADN de la cellule embryonnaire.

Il existe deux façons de réaliser la transgénèse. La première est la micro-injection des transgènes dans la cellule. Elle consiste à prélever des gamètes* (ovocyte et spermatozoïde) qu’on placera dans la cellule œuf, pour ensuite introduire le transgène ou le vecteur dans la cellule qui se mêlera à l’ADN et s’exprimera dans le génome. Parmi les expériences de micro-injection entreprises, seulement 20 à 30% seront réussites. La deuxième est le transfert des gènes dans les gamètes. Elle consiste à insérer directement le transgène ou le vecteur dans le spermatozoïde ou l’ovocyte qui formeront une cellule-œuf par la suite. Cette méthode s’est avérée  très décevante, car les gamètes possèderaient un système qui empêcherait l’insertion d’un gène étranger dans leur noyau.

 

N.B: Pour mieux comprendre comment se réalise la transgénèse, nous vous proposons de visualiser la vidéo suivante :

 

 

L'avancée de la médecine  grace a la transgénèse

Aujourd'hui, le génie génétique a un très large champ d'application, de la recherche fondamentale à la recherche médicale et pharmaceutique. La technologie génétique est devenue indispensable à la médecine pour la compréhension des pathologies* au niveau moléculaire et l’étude de la maladie humaine, pour la production de nouveaux médicaments et de vaccins, pour les techniques de diagnostic* et bien sûr pour les protocoles de thérapie* génique.

Ainsi, en 1973, le premier médicament produit par l'intermédiaire du génie génétique, l'insuline* humaine, est enregistré. En effet, le professeur Jacques Philippe, médecin-chef de l'Unité de diabétologie clinique, à l’hôpital cantonal universitaire de Genève a mentionné que "grâce au génie génétique, il est possible d'obtenir suffisamment d'insuline, vitale pour des millions de diabétiques ". En Suisse, une trentaine de médicaments issus du génie génétique sont disponibles. Leur production illimitée au plan quantitatif, ne peut se faire avec les méthodes traditionnelles. Le caractère naturel et pur de ces médicaments élimine tout risque de transmission de maladies liée aux méthodes de préparation à partir de tissus humains ou animaux (comme le VIH, par exemple). La médecine moderne ne peut se concevoir sans la biotechnologie* et la transgénèse, qui offre un traitement efficace sauvant des vies et soulageant la souffrance.

Seules les techniques génétiques permettent de détecter avec certitude la présence d'agents pathogènes* mortels (comme par exemple le virus du sida) dans le sang des donneurs. C'est une sécurité pour toutes les personnes qui reçoivent une transfusion. A présent, une trentaine de médicaments ou vaccins produits grâce aux techniques génétiques sont autorisés. Ceux qui sont produits en Suisse agissent en cas de maladies cardio-vasculaires, de cancer, de maladies héréditaires (hémophilie* ou mucoviscidose* par exemple), de diabète*, de maladies des reins, de sclérose en plaques*, de maladies infectieuses et d'atteintes du système immunitaire. 

 

L'utilité dans l’évolution de la science et dans l’alimentation

Les manipulations génétiques et la transgénèse permettent aussi une évolution dans la science. En effet, beaucoup de OMG ont servi à expliquer le fonctionnement de l’organisme chez les animaux (comme la souris fluorescente).De plus, des « gènes sauteurs » (portion d’ADN qui se déplace et se multiplie) ont été exploitée par la biologie moléculaire. Elles permettent une adaptation plus rapide dans les organismes.

Certaines expériences permettent aussi de prévoir certaines maladies ou pouvoir les guérir. Toutefois les animaux GM (appelé aussi « knockouts ») ont souvent crée une certaine déception chez les scientifiques, car lorsqu’on leur enlève ou qu'on leur rajoute un gène on ne peut prévoir les conséquences qu’aura cette modification sur l’animal. De plus certaines expériences permettront de développer chez l’Homme de nouvelle capacités (telle qu’une mémoire plus grande, une force physique plus grande, etc.) d’ici 30 ans elles seront peut être mises en pratique… On peut aussi parler du clonage, qui est en quelque sorte autorisé par certains pays, qui contribue au développement du maïs en grande quantité, et à certain bétail.

Mais la mutation génétique a aussi évolué dans le domaine de la nutrition. En effet, on le retrouve sur le lait de vache, qui lorsqu'elle est génétiquement modifiée, produit une substance appelé lactoferrine .Cette protéine donne une valeur nutritive additionnelle qui protège des infections gastro-intestinales (pour les nourrissons) et apporte du fer. On trouve d’autres formes de lait de vache modifiée (comme une régulation de la quantité de lactose ). On retrouve aussi une protéine capable d’augmenter la concentration de caséine kappa dans le lait des mamifères qui permet un meilleur rendement du fromage. Enfin certaines expériences ont était menées de telle sorte que l’animal devienne plus gros et ainsi qu'il produise plus de viande. Mais jusque maintenant l'expérience ne s'avèrerait pas totalement réussite. Cependant, actuellement il existe des vaches clonées qui sont consommées en tant « beefsteak » aux USA...

 

L’utilisation de la chimie dans la transgénèse

Claude Paoletti et Claude Hélène sont les deux premiers chercheurs ayant mis en relation la chimie et la transgénèse, ils ont pensé utiliser l’ADN comme un médicament afin de pouvoir guérir les maladies héréditaires. Ils ont appelé ce phénomène révolutionnaire thérapie génétique.                                               

Ce n’est que 25 ans plus tard qu’un chimiste retrouvera leurs recherches et mettra en œuvre leur projet. Le but de cette manipulation est de synthétiser une protéine fabriquée à partir de l’ADN choisi dans une cellule. En règle générale, une cellule se méfie de toute information étrangère, il faut donc placer cette protéine sur un intermédiaire appelé cheval de Troie, qui peut être naturel, comme un virus, ou fabriqué par la chimie.                                             

Cependant, cette technique reste néanmoins difficile à réaliser, surtout quand il s’agie d’une tumeur. En effet, les cellules tumorales étant tapissées autour de l’organe, il faut donc injecter un gène toxique ne s’exprimant que dans les cellules atteintes de la tumeur. Les cellules ne provoquant pas de réaction immunitaire à l’égard du vecteur, on peut donc injecter autant de fois qu’il est nécessaire ce gène.                                                                                    

Pour expliquer plus précisément la technique de la thérapie génétique, nous allons prendre l’exemple du cancer superficiel de la vessie. En effet, comme il est marqué précédemment, les cellules tumorales sont disposées en surface de l’organe. Le vecteur injecté aura pour but de s’attaquer aux cellules responsables de la maladie, dans le cas ci-contre, il fera appel à une propriété chimique nommée éponge à protons. En effet, à son entrée dans la cellule, le PH du vecteur diminue et passe de 7 à 5, et c’est en devenant acide que le vecteur permettra aux protons de pénétrer dans la vacuole. Au prolongement de ce processus, les protons entreront de façon plus massive dans la vacuole, qui finira par se rompre et qui permettra la libération du gène dans la cellule.                                  

Les chercheurs ont baptisé cette technique éponge à protons, en raison du vecteur faisant baisser le PH au voisinage de la neutralité, permettant ainsi aux protons de pénétrer dans les vacuoles de la cellule. Cette technique reste néanmoins difficile à réaliser, sur cinquante tentatives réalisées en laboratoire, seulement cinq auront réussies.

 

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