Organisme génétiquement modifié - Définition

Élaboration des organismes transgéniques

La possibilité de fabriquer un OGM repose sur le fait que le langage génétique est universel dans tout le monde du vivant connu à ce jour. Du fait de cette universalité, un gène, issus d'un organisme « donneur », peut être introduit dans un organisme « receveur », lequel le prenant à son propre compte, est en mesure de le décoder et ainsi fabriquer la (ou les) protéine(s) qui lui correspond, chacune de celles-ci ayant une fonction. Cette linéarité basée sur une interprétation du dogme central de la biologie moléculaire s'avère en réalité plus complexe :

• un gène pourra coder plusieurs protéines
• une protéine pourra avoir plusieurs fonctions
• l'expression d'un gène dépend de divers facteurs environnementaux.
• l'universalité du code génétique, ne suffit pas à garantir que l' expression d'un gène d'un organisme s'opèrera ou s'opèrera correctement dans un autre organisme. Un certain nombre d'informations contenues dans les gènes ne sont pas (ou mal) comprises d'une espèce à une autre. Une série de modifications du gène s'avère alors nécessaire. Le transgène introduit in fine n'est donc pas le gène original mais un gène modifié, une Construction Génétique Artificielle.
• même si le gène introduit dans le nouvel organisme est traduit effectivement en la protéine qu'il est censé exprimer, il n' est pas en l'état des connaissances d'apprécier empiriquement et systématiquement que la transgénèse n'ai pas modifié la qualité de la protéine en question. Les maladies génétiques à prion sont dues à de simples défauts de repliement d'une protéine particulière.

Postérieurement à la transgénèse, la protéine peut faire l'objet de modifications post-traductionnelles nécessaires à sa fonctionnalité. L'environnement cellulaire variant d'un organisme à un autre, il n'est pas en l'état des connaissances d'apprécier l'identité suposée exister entre entre le lieu d'expression originel de la protéine (dans l'organisme « donneur ») et son lieu d'expression final (dans l'organisme « receveur »).

Les différentes étapes d'élaboration des organismes transgéniques

Les différentes étapes de la création d'un OGM sont:

• L'identification et le clonage de la séquence d'intérêt à introduire dans l'organisme cible
• La réalisation du transgène, c'est-à-dire la molécule d'ADN à introduire dans l'organisme cible, il peut s'agir de la séquence d'intérêt seule, ou d'une séquences comportant plusieurs génes.
• L'introduction du transgene dans une cellule de l'organisme cible, puis son intégration au génome.

• Dans certains cas une étape de régénération d'un organisme complet est nécessaire (par exemple on peut modifier une cellule végétale à partir de laquelle une plante se développera)

Le dernier point comporte deux étapes essentielles, différentes l'une de l'autre, mais souvent confondues. Le transfert d'une molécule d'ADN dans un organisme et le transfert de cette même molécule dans le génome de l'organisme. Cette confusion est renforcée par l'utilisation du terme vecteur qui désigne à la fois, une molécule d'ADN comportant le ou les gènes d'intérêt (plasmides, transposons, virus (génome)), ou l'organisme vivant (Agrobacterium tumefaciens, virus) qui permet l'introduction du premier vecteur dans l'organisme cible.

Techniques de transfert de matériel génétique chez les Procaryotes, bactéries et archaea

Transformation sans intégration dans l'ADN chromosomique

Les plasmides bactériens présentent l'intérêt d'être faciles à purifier et à modifier pour y intégrer de nouveaux gènes. Le plasmide transformé est incorporé dans les bactéries où il reste distinct de l'ADN chromosomique (sauf dans le cas des épisomes), tout en étant capable d'exprimer un ou plusieurs gène(s) d'intérêt. Le plasmide modifié comporte généralement un gène de résistance à un antibiotique, qui est employé comme marqueur de transformation (ou de sélection). Ainsi, seules les bactéries ayant incorporé le plasmide sont capables de croître dans un milieu comportant l'antibiotique correspondant.

Grâce aux capacités importantes de multiplication des bactéries (Escherichia coli double sa population toutes les 20 minutes), il est possible par cette technique de disposer de la séquence génétique d'intérêt en grande quantité.

En revanche, la spécificité des systèmes plasmidiques limite les bactéries capables d'incorporer le plasmide modifié. D'autre part la stabilité de la transformation par plasmide est dépendante de la nécessité de la cellule à conserver ce plasmide, i.e. la bactérie ne conserve le plasmide acquis que si celui-ci lui confére un avantage sélectif, généralement il s'agit de la résistance à un antibiotique. Si ces bactéries sont cultivées en absence de l'antibiotique, elles auront tendance à ne pas conserver le plasmide, on dit alors qu'il faut exercer une pression de sélection pour que les bactéries le maintiennent.

Certaines archaea peuvent également être transformées par un plasmide, mais les méthodes de biologie moléculaire associées à ces organismes sont encore peu développées.

Transformation avec intégration dans l'ADN chromosomique

Les épisomes sont des plasmides possédant certains gènes supplémentaires permettant la synthèse d'enzymes de restriction qui mènent à son intégration aux chromosomes bactériens par une recombinaison épisomale.

Une fois intégré au chromosome de la cellule, la transmission du ou des caractères génétiques est assurée lors de la mitose de cellules mères en cellules filles, contrairement aux plasmides qui se répartissent de façon aléatoire.

Un autre moyen de procéder à une transformation de bactéries avec intégration d'ADN, est d'utiliser des transposons. Chez certaines bactéries, ces transposons actifs peuvent véhiculer et faire intégrer le gène d'intérêt.

Certains virus sont également capables d'infecter des bactéries ou des archaea, et d'intégrer une partie de leur génome dans le génome de leur hôte.

Techniques de transfert de matériel génétique chez les Eucaryotes (plantes, animaux, champignons, etc.)

Vecteur génétique

Comme pour les bactéries, il est nécessaire d'utiliser des vecteurs génétiques pour introduire les séquences d'ADN d'intérêt dans le génome de l'organisme à modifier. De nombreux types de vecteurs existent suivant l'organisme cibles, par exemple:

• Plasmides : Ils existent également des plasmides pouvant être introduit dans des organimes eucaryotes. Ceux-ci peuvent être soit maintenus dans les cellules, soit intégrés (au moins en partie) au génome de l'organisme cible.

• Transposons : cette séquence d'ADN transposable est utilisée avec un transgène auquel ont été ajoutés à ses extrémités des sites de reconnaissance de l'ADN. La taille du transgène doit être limitée. Les techniques à base de transposons sont employées essentiellement sur la drosophile.

Transfert du matériel génétique dans l'organisme cible

Transfert indirect d'ADN ou transfert biologique

Les séquences d'ADN d'intérêt (ADN), étranger à l'organisme, peuvent être introduites dans l'organisme de destination par l'intermédiaire d'un autre organisme vivant :

Les principales techniques employées sont les suivantes :

• Agrobacterium tumefaciens : cette bactérie possède un plasmide (appelé plasmide Ti) dont une portion d'ADN (l'ADN-T pour ADN Transférable) est capable de s'intégrer dans le génome des plantes, ce qui en fait le vecteur le plus largement employé pour la création de végétaux transgéniques. Le transgène est intégré dans le plasmide de cette bactérie, qui le véhicule jusqu'à l'ADN chromosomique de l'hôte. Plusieurs méthodes existent pour transformer une plante à l'aide d'Agrobacterium tumefaciens:

1. La bactérie peut être infiltrée dans les feuilles, ou pénétrer au niveau d'une blessure.
2. Le « trempage » des fleurs dans une solution d'Agrobacterium tumefaciens. Cette méthode présente l'intérêt d'intégrer le transgène dans les cellules germinales (pollen et ovules) et donc d'obtenir une descendance transgénique.
3. La transformation de culture de cellules végétales indifférenciées (« cals ») par Agrobacterium tumefaciens. Il faut ensuite régénérer des plantes à partir de ces cals.

• Rétrovirus : ces virus ayant la capacité d'intégrer leur matériel génétique dans les cellules hôtes pour développer l'infection, des vecteurs ont été élaborés en remplaçant les gènes permettant l'infection par un transgène. Toutefois, les rétrovirus sont très spécifiques à leur hôte, et ces vecteurs ne peuvent accepter de transgène de taille trop grande.

Transfert direct d'ADN

Des organismes dont les membranes sont fragilisées ou des cellules végétales dépourvues de parois (telles les protoplastes) sont mis en contact avec de l'ADN. Puis un traitement physique ou chimique permet l'introduction de l'ADN dans les cellules. D'autres techniques telles que la micro-injection, la macro-injection et d'autres techniques de biolistique permettent l'introduction mécanique de l'ADN dans les cellules.

Croisement et fusion cellulaire

Le plus ancien des modes de transfert de matériel génétique utilisé par l'homme est le croisement entre individus. Cela peut être réalisé entre individus de même espèces ou d'espèces proches (hybrides).

L'un ou les deux individus peuvent être des individus transgéniques, ceci est particulièrement utilisé pour réunir plusieurs traits modifiés en un seul individu.

La fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) qui aboutit à des cellules vivantes présentant de nouvelles combinaisons de matériel génétique héréditaire sont constituées par la fusion de deux cellules ou davantage au moyen de méthodes qui ne sont pas mises en œuvre de façon naturelle.

Intégration du matériel génétique dans le génome de l'organisme modifié

Le matériel génétique transféré à l'organisme modifié, peut être contenu dans un plasmide qui sera conservé tel quel, dans ce cas il n'y aura pas d'intégration au génome au sens propre. Dans les autres cas le transgène sera intégré par recombinaison au génome de l'organisme.