Génie génétique

Génie génétique

 Le génie génétique est l'ensemble des concepts, méthodes et techniques permettant de modifier artificiellement la composition génétique (le « génome ») des cellules ou des organismes. Le génome se transmettant aux descendants, la modification se perpétue. Comme c'est le génome qui préside aux activités biologiques, sa manipulation peut modifier sérieusement les fonctions biologiques. Dans son sens le plus large, la définition de génie génétique englobe la sélection artificielle dePLANTES et d'ANIMAUX, pratiquée volontairement ou non depuis la préhistoire pour créer des variétés domestiques. La sélection artificielle délibérée des êtres humains (EUGÉNIQUE) se heurte généralement à la désapprobation pour de multiples raisons sociologiques, éthiques et biologiques. Le terme génie génétique a été introduit à la suite de la mise au point, au milieu des années 70, de moyens artificiels pour transférer des gènes (facteurs génétiques, segments d'ADN) entre des espèces apparentées de loin.

Transfert génique interespèce

Ce transfert se produit à l'état naturel. Les hybrides interespèces issus de la reproduction sexuée peuvent conduire à l'apparition de nouvelles espèces dotées des caractères génétiques des deux espèces de départ. L'hybridation interespèce a joué un rôle important dans la sélection des plantes cultivées. On peut également produire des hybrides interespèces entre des espèces sexuellement incompatibles. On peut fusionner des cellules végétales et animales pour produire des lignées de cellules hybrides viables. Comme les cellules végétales hybrides de culture peuvent, par régénération, produire des plantes entières, la fusion cellulaire permet des croisements entre des espèces sexuellement incompatibles. La plupart des cellules animales ne peuvent se régénérer pour reconstituer des spécimens complets, mais la fusion des cellules productrices d'anticorps (difficiles à cultiver) et de cellules « transformées » (cancériformes) donne naissance à des souches de cellules immortelles, chacune produisant un anticorps particulier, appelé anticorps monoclonal. Ces lignées cellulaires peuvent servir à la fabrication commerciale de produits de diagnostic et d'anticorps utilisés dans le traitement de maladies. Les fusions mettant en jeu des cellules humaines jouent un grand rôle dans les recherches sur l'hérédité humaine et lesMALADIES HÉRÉDITAIRES.

Dans la nature, le transfert génique entre des espèces sexuellement incompatibles se produit également. Ainsi, des gènes peuvent être transportés d'une espèce à l'autre au cours d'une infection virale. Dans son sens le plus restreint, le génie génétique exploite la possibilité de ces transferts entre des espèces peu apparentées. Il existe deux principales méthodes. Dans la première, on implante les gènes d'un organisme dans un autre de telle sorte qu'ils fonctionnent chez l'hôte. Dans la seconde, le nouvel hôte (souvent un micro-organisme) produit une certaine quantité du segment d'ADN qui contient le gène étranger, qu'on peut ainsi analyser et modifier en éprouvette avant de le rendre à l'espèce d'où le gène est issu. Le D^r MichaelSMITH de l'U. de la Colombie-Britannique a été le cotitulaire duPRIX NOBELde chimie en 1993 pour avoir inventé une des méthodes les plus directes pour modifier la structure d'un gène en éprouvette, soit la technique connue sous le nom de mutagenèse in vitro.

Le progrès soutenu du génie génétique moderne repose sur un certain nombre de découvertes techniques importantes : le clonage, le clonage des gènes et le séquençage de l'ADN.

Clonage

On entend par clonage la production d'un groupe de cellules ou d'individus génétiquement identiques issus d'une cellule unique. Tous les clones ont effectivement le même patrimoine génétique. La plupart des organismes monocellulaires, de nombreuses plantes et quelques animaux multicellulaires se reproduisent par clonage (reproduction asexuée). Chez les humains, les vrais jumeaux sont des clones, car ils se développent après la séparation des premières cellules formées à partir d'un seul ovocyte fécondé.

Le clonage ne fait pas partie à proprement parler du génie génétique puisque le génome demeure normalement inchangé, mais c'est une méthode pratique pour multiplier des organismes créés par manipulation génétique.

Alta Genetics, de Calgary, est un leader mondial en génie génétique du bétail. Cette entreprise utilise la polyembryonnie artificielle conjuguée à la fécondation in vitro et à la transplantation d'embryons. La manipulation d'hormones végétales dans les cultures de cellules végétales peut produire des clones, en l'occurrence des millions de plantules dont on peut faire de la semence artificielle.

Le clonage d'animaux obtenus par les techniques du génie génétique est généralement difficile. On a produit des clones de grenouilles en transplantant dans plusieurs oeufs sans noyau des noyaux identiques prélevés dans un même embryon. Cette technique ne s'applique pas aux mammifères. On peut cependant utiliser des cellules clonées de très jeunes embryons de mammifères (cellules souches embryonnaires) pour reconstituer des animaux entiers. On recourt énormément à cette technique pour produire des souris par génie génétique. Il n'existe aucun exemple connu de clonage d'êtres humains par des moyens artificiels, ce qui n'empêche pas la population de réclamer fréquemment la réglementation du clonage humain et du génie génétique, pour les mêmes raisons qui poussent la plupart de commentateurs à rejeter l'eugénique.

Clonage des gènes

Ce type de clonage est une composante fondamentale du génie génétique. Un segment d'ADN provenant de n'importe quel donneur est combiné in vitro à une autre molécule d'ADN, appelée vecteur, pour former une molécule d'ADN « recombinant ».

La conception de vecteurs appropriés constitue une important branche pratique du génie génétique. L'insertion d'ADN nécessite la médiation de vecteurs différents selon le type de cellule. Pour lesBACTÉRIES, les vecteurs proviennent de molécules d'ADN qui se transportent d'une cellule à une autre dans la nature (c'est-à-dire desVIRUS bactériens et des plasmides). Les vecteurs mammaliens proviennent habituellement de virus mammaliens. Chez les plantes supérieures, le système privilégié est l'agent infectieux des tumeurs du collet.

Le clonage des gènes chez les microbes a atteint le stade des applications commerciales, dont une des plus remarquable est la mise en marché de l'INSULINEhumaine produite par des bactéries. On peut se procurer maintenant de nombreux produits semblables comme les hormones de croissance, les facteurs de coagulation sanguine et les interférons antiviraux. Le clonage des gènes a révolutionné notre connaissance des gènes, des cellules et des maladies, surtout duCANCER. Outre qu'il a porté le diagnostic des maladies héréditaires au plus haut niveau scientifique et nous a fourni des outils diagnostiques précis pour les maladies infectieuses, il est essentiel aux tests d'empreintes génétiques utilisés en médecine légale.

Séquençage de l'ADN

C'est à la capacité de cloner les gènes qu'on doit directement la découverte d'une technique destinée à analyser avec précision la structure chimique de l'ADN, c'est-à-dire le séquençage de l'ADN. Un projet de collaboration mondiale, le Projet génome humain, est actuellement en cours de réalisation avec comme but le clonage et le séquençage de la totalité de l'ADN humain, qui contient environ 100 000 gènes. À ce jour, au moins 80 p. 100 de l'ADN a été cloné et plus ou moins localisé sur le génome humain. Selon les prévisions, le séquençage aura été réalisé dans moins de 20 ans. Cependant, il est clair qu'il faudra encore des décennies, sinon des siècles, pour déchiffrer la signification biologique de la structure de l'ADN.

Pour éviter les risques potentiels que recèle le génie génétique, le clonage des gènes, même ceux des bactéries, est réglementé par l'État au Canada et aux États-Unis par l'intermédiaire des organismes scientifiques subventionnaires et par la loi dans certains autres pays. Le confinement biologique, autrement dit l'affaiblissement délibéré de la transmission des caractères héréditaires des cellules hôtes et des vecteurs, est obligatoire. Une réglementation particulièrement stricte s'applique dans les cas d'utilisation de mammifères et de plantes supérieures, exigeant un isolement physique.

Un travail considérable reste à accomplir, à la fois dans la mise au point de techniques et dans l'acquisition des connaissances de base nécessaires pour les mettre en application convenablement. Néanmoins, le génie génétique laisse présager un monde de plantes deCULTUREet d'animaux de ferme taillés sur mesure, la guérison de maladies héréditaires grâce à la thérapie génique, une connaissance analytique du cancer et de son traitement et un monde où la technologie chimique lourde que nous connaissons aujourd'hui sera en grande partie remplacée par des procédés plus doux de fermentation dépendant d'organismes.

Recherche au Canada

In Au Canada, la recherche en génie génétique s'effectue dans les laboratoires des universités, des entreprises et des organismes de recherche fédéraux et provinciaux. Dans le secteur industriel, des applications médicales sont mises au point, par exemple aux Laboratoires Ayerst à Montréal, auxCONNAUGHT LABORATORIES LIMITEDà Toronto et à l'INSTITUT ARMAND-FRAPPIERà Laval-des-Rapides, au Québec.

Dans le domaine de l'EXPLOITATION MINIÈRE et de laMÉTALLURGIE, l'Inco cherche des applications, et la brasserieJOHN LABATT LTÉEa adapté des techniques de l'ADN recombinant aux technologies brassicoles. Un grand nombre de compagnies canadiennes sont actives en recherche-développement de produits mis au point par génie génétique, notamment dans le domaine de l'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE et des produits de diagnostic. La moitié des instituts de recherche exploités par le gouvernement fédéral duCONSEIL NATIONAL DE RECHERCHES DU CANADAconsacrent une part importante de leurs activités au génie génétique ; mentionnons entres autres l'Institut de recherche en biotechnologie (Montréal) et l'Institut de biotechnologie des plantes (Saskatoon) dont la mission se situe en grande partie dans ce domaine. La Veterinary Infectious Disease Organization, établie à l'U. de la Saskatchewan, utilise les technologies de recombinaison de l'ADN pour produire de nouveaux vaccins contre les maladies du bétail.

Voir aussiANIMAUX, ÉLEVAGE DES ; PLANTES, SÉLECTION DES ; BIOTECHNOLOGI ; TRANSPLANTATION.