Que sont les OGM et comment sont-ils fabriqués?

Les bases de la modification génétique

Qu'est-ce qu'un OGM?

OGM est l'abréviation de «organisme génétiquement modifié». La modification génétique a été autour pendant des décennies et est la manière la plus efficace et la plus rapide de créer une plante ou un animal avec un trait ou une caractéristique spécifique. Il permet des changements spécifiques précis à la séquence d'ADN. Parce que l'ADN comprend essentiellement le plan de l'organisme entier, les changements dans l'ADN changent les fonctions dont l'organisme est capable.

Il n'y a vraiment pas d'autre moyen de le faire que d'utiliser les techniques développées au cours des 40 dernières années pour manipuler directement l'ADN.

Comment génétiquement modifier un organisme? En fait, c'est une question assez vaste. Un organisme peut être une plante, un animal, un champignon ou une bactérie et tous peuvent être et ont été génétiquement modifiés pendant près de 40 ans. Les premiers organismes génétiquement modifiés étaient des bactéries au début des années 1970 . Depuis lors, les bactéries génétiquement modifiées sont devenues le cheval de bataille de centaines de milliers de laboratoires effectuant des modifications génétiques sur les plantes et les animaux. La majeure partie du remaniement génétique de base et des modifications sont conçues et préparées en utilisant des bactéries, principalement une certaine variation de E. coli , puis transférées aux organismes cibles.

L'approche générale pour modifier génétiquement les plantes, les animaux ou les microbes est conceptuellement assez similaire. Cependant, il existe certaines différences dans les techniques spécifiques en raison des différences générales entre les cellules végétales et animales.

Par exemple, les cellules végétales ont des parois cellulaires et les cellules animales n'en ont pas.

Raisons des modifications génétiques des plantes et des animaux

Les animaux génétiquement modifiés sont principalement fabriqués à des fins de recherche, souvent en tant que systèmes biologiques modèles utilisés pour le développement de médicaments. Certains animaux GM ont été développés à d'autres fins commerciales, comme les poissons fluorescents comme animaux de compagnie, et les moustiques GM pour aider à contrôler les moustiques porteurs de maladies.

Cependant, ces applications sont relativement limitées en dehors de la recherche biologique fondamentale. Jusqu'à présent, aucun animal GM n'a été approuvé comme source de nourriture. Mais bientôt, cela pourrait changer avec le saumon AquaAdvantage qui traverse le processus d'approbation.

Avec les plantes, cependant, la situation est différente. Alors que beaucoup de plantes sont modifiées pour la recherche, l'objectif de la plupart des modifications génétiques des cultures est de créer une variété végétale qui soit commercialement ou socialement bénéfique. Par exemple, les rendements peuvent être augmentés si les plantes sont conçues avec une résistance améliorée à un parasite pathogène comme la papaye arc-en-ciel, ou la capacité de pousser dans une région inhospitalière, peut-être plus froide. Les fruits qui restent mûrs plus longtemps, comme les tomates d'été sans fin, offrent plus de temps pour la conservation après la récolte. En outre, des caractères qui améliorent la valeur nutritive, tels que le riz doré conçu pour être riche en vitamine A, ou l'utilité du fruit, comme les pommes arctiques non brunies ont également été fabriqués.

Essentiellement, tout caractère qui peut être rendu manifeste par l'addition ou l'inhibition d'un gène spécifique, peut être introduit. Les traits qui nécessitent plusieurs gènes pourraient également être gérés, mais cela nécessite un processus plus compliqué qui n'a pas encore été réalisé avec les cultures commerciales.

Qu'est-ce qu'un gène?

Avant d'expliquer comment les nouveaux gènes sont mis dans les organismes, il est important de comprendre ce qu'est un gène. Comme beaucoup le savent probablement, les gènes sont faits d'ADN, qui est en partie composé de quatre bases communément notées comme simplement A, T, C, G. L'ordre linéaire de ces bases dans une rangée le long d'un brin d'ADN d'un gène peut être considéré comme un code pour une protéine spécifique, tout comme les lettres dans une ligne de code de texte pour une phrase.

Les protéines sont de grandes molécules biologiques constituées d'acides aminés liés ensemble dans diverses combinaisons. Lorsque la bonne combinaison d'acides aminés est liée, la chaîne d'acides aminés se plie en une protéine avec une forme spécifique et les bonnes caractéristiques chimiques ensemble pour lui permettre d'accomplir une fonction ou une réaction particulière. Les êtres vivants sont constitués en grande partie de protéines. Certaines protéines sont des enzymes qui catalysent les réactions chimiques; d'autres transportent du matériel dans les cellules et certains agissent comme des commutateurs activant ou désactivant d'autres protéines ou cascades de protéines.

Ainsi, lorsqu'un nouveau gène est introduit, il donne à la cellule la séquence de code pour lui permettre de fabriquer une nouvelle protéine.

Comment les cellules organisent leurs gènes?

Chez les plantes et les cellules animales, la quasi-totalité de l'ADN est ordonnée en plusieurs longs brins enroulés dans des chromosomes. Les gènes sont en fait de petites sections de la longue séquence d'ADN constituant un chromosome. Chaque fois qu'une cellule se réplique, tous les chromosomes sont répliqués en premier. C'est l'ensemble central des instructions pour la cellule, et chaque cellule de progéniture obtient une copie. Ainsi, pour introduire un nouveau gène qui permet à la cellule de produire une nouvelle protéine conférant un caractère particulier, il suffit d'insérer un peu d'ADN dans l'un des brins du chromosome long. Une fois inséré, l'ADN sera transmis à toutes les cellules filles lorsqu'elles se répliqueront comme tous les autres gènes.

En fait, certains types d'ADN peuvent être conservés dans des cellules séparées des chromosomes et des gènes peuvent être introduits en utilisant ces structures de sorte qu'ils ne s'intègrent pas dans l'ADN chromosomique. Cependant, avec cette approche, puisque l'ADN chromosomique de la cellule est modifié, il n'est généralement pas conservé dans toutes les cellules après plusieurs répétitions. Pour la modification génétique permanente et héréditaire, tels que les processus utilisés pour l'ingénierie des cultures, des modifications chromosomiques sont utilisées.

Comment un nouveau gène est-il inséré?

Le génie génétique se réfère simplement à l'insertion d'une nouvelle séquence de bases d'ADN (correspondant généralement à un gène entier) dans l'ADN chromosomique de l'organisme. Cela peut sembler conceptuellement simple, mais techniquement, cela devient un peu plus compliqué. Il y a beaucoup de détails techniques impliqués dans l'obtention de la bonne séquence d'ADN avec les bons signaux dans le chromosome dans le bon contexte qui permet aux cellules de reconnaître qu'il s'agit d'un gène et de l'utiliser pour fabriquer une nouvelle protéine.

Il y a quatre éléments clés communs à presque toutes les procédures de génie génétique:

1. D'abord, vous avez besoin d'un gène. Cela signifie que vous avez besoin de la molécule d'ADN physique avec les séquences de base particulières. Traditionnellement, ces séquences ont été obtenues directement à partir d'un organisme en utilisant l'une quelconque de plusieurs techniques laborieuses. De nos jours, plutôt que d'extraire l'ADN d'un organisme, les scientifiques synthétisent simplement à partir des produits chimiques de base A, T, C, G. Une fois obtenue, la séquence peut être insérée dans un fragment d'ADN bactérien qui ressemble à un petit chromosome (un plasmide) et, puisque les bactéries se répliquent rapidement, il est possible de produire le plus de gène possible.
2. Une fois que vous avez le gène, vous devez le placer dans un brin d'ADN entouré de la séquence d'ADN entourant juste pour permettre à la cellule de le reconnaître et de l'exprimer. Principalement, cela signifie que vous avez besoin d'une petite séquence d'ADN appelée un promoteur qui signale à la cellule d'exprimer le gène.
3. En plus du gène principal à insérer, un second gène est souvent nécessaire pour fournir un marqueur ou une sélection. Ce second gène est essentiellement un outil utilisé pour identifier les cellules qui contiennent le gène.
4. Enfin, il est nécessaire d'avoir une méthode de délivrance du nouvel ADN (c.-à-d. Promoteur, nouveau gène et marqueur de sélection) dans les cellules de l'organisme. Il y a un certain nombre de façons de le faire. Pour les plantes, mon préféré est l'approche du canon à gènes qui utilise un fusil 22 modifié pour tirer des particules de tungstène ou d'or enrobées d'ADN dans les cellules.

Avec les cellules animales, il existe un certain nombre de réactifs de transfection qui enrobent ou complexent l'ADN et lui permettent de traverser les membranes cellulaires. Il est également courant que l'ADN soit épissé avec l'ADN viral modifié qui peut être utilisé comme vecteur de gène pour transporter le gène dans les cellules. L'ADN viral modifié peut être encapsulé avec des protéines virales normales pour former un pseudovirus qui peut infecter des cellules et insérer l'ADN portant le gène, mais ne pas se répliquer pour fabriquer un nouveau virus.

Pour de nombreuses plantes dicotylédones, le gène peut être placé dans une variante modifiée du porteur d'ADN-T de la bactérie Agrobacterium tumefaciens. Il y a aussi quelques autres approches. Cependant, avec la plupart d'entre eux, seul un petit nombre de cellules prend en charge la sélection génique des cellules manipulées, une partie essentielle de ce processus. C'est pourquoi une sélection ou un gène marqueur est généralement nécessaire.

Mais, comment faites-vous une souris génétiquement modifiée ou une tomate?

Un OGM est un organisme avec des millions de cellules et la technique ci-dessus ne décrit vraiment que la façon de générer génétiquement des cellules individuelles. Cependant, le processus de génération d'un organisme entier implique essentiellement l'utilisation de ces techniques de génie génétique sur les cellules germinales (c'est-à-dire, les spermatozoïdes et les ovules). Une fois le gène clé inséré, le reste du processus utilise essentiellement des techniques de sélection génétique pour produire des plantes ou des animaux qui contiennent le nouveau gène dans toutes les cellules de leur corps. Le génie génétique est vraiment fait pour les cellules. La biologie fait le reste.