Svt : Dossier Sur Les Ogm

es années 80 : le développement d’une technique d’insertion chez les végétaux

C’est dans les années 80 que des chercheurs comprennent comment la bactérie Agrobacterium tumefaciens a la capacité de transférer son ADN dans le matériel génétique de certaines plantes. De nouvelles voies de recherche sont donc explorées. Des chercheurs de l’Université de Gand en Belgique développent alors des bactéries aptes à insérer un gène d’intérêt dans l’ADN de la plante.

Les années 90 : approbation d’OGM au Canada

Les années 90 sont marquées par l'approbation des OGM au Canada, notamment dans le domaine agricole. Les principales plantes cultivées aujourd’hui, dont le canola, le maïs et le soja, sont approuvées au cours de ces années.

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Avec l’arrivée des OGM et de la transgénèse, une question peut être soulevée. Selon les opinions de chacun, la transgénèse peut-être vue comme une méthode scientifique au même titre que les méthodes utilisées précédemment. Il est également possible de considérer qu’il s’agit plutôt d’une rupture importante dans la manipulation du vivant, car elle permet notamment de franchir la barrière des espèces. Il s’agit d’une question importante qui remet en cause certaines représentations culturelles et spirituelles sur ce qu’est la vie et ce qu’est l’être humain.

II-Technique

Techniques de transfert direct :

La transformation directe consiste en l'introduction dans l’ADN d'un gène véhiculé le plus souvent par un plasmide classique, par le biais de techniques physico-chimiques.

Il existe plusieurs techniques de transfert direct que nous allons expliciter : l’électroporation, la micro-injection et la biolistique.

1 – L’électroporation :

L'électroporation est une des techniques les plus simples à mettre en œuvre. Elle consiste à soumettre un mélange de protoplastes et d'ADN à des chocs électriques.

Le champ électrique provoque la déstabilisation de la membrane plasmique du protoplaste et conduit à l'ouverture des pores membranaires, facilitant ainsi le passage de l'ADN dans le noyau. Or, les protoplastes baignent dans une solution de plasmides. Ces derniers passent donc facilement dans la cellule qui se trouve à son tour génétiquement modifiée.

C’est grâce à cette technique que le riz, le maïs ou l’orge ont été transformés pour la première fois.

On peut schématiser cette technique ainsi :

2 – La micro-injection :

La micro-injection se réalise sur des protoplastes. L'opération consiste à introduire directement le gène étranger dans la cellule à modifier, à l'aide d’un micromanipulateur monté avec un microscope.

On maintient le protoplaste à transformer avec une micro-aiguille et on introduit le gène accompagné de son complexe promoteur-terminateur dans le noyau, à l’aide d’une micro-pipette. La cellule est alors génétiquement modifiée. Après l’injection, le protoplaste est libéré et mis en culture sur un milieu approprié.

Un promoteur est une séquence d’ADN placée en amont du gène et qui est nécessaire à sa transcription, c'est-à-dire à la formation d'un messager : l'ARN (Acide RiboNucléique), ce dernier étant une copie d'un brin de l'ADN qui est capable de sortir du noyau. Un terminateur est une séquence d’ADN présente en aval du gène et au niveau de laquelle l'élongation de l'ARN prend fin (fin de la transcription).

Cependant cette méthode ne s'applique que dans des cas particuliers car elle est complexe et lourde à utiliser : pour réussir l'opération, il faut injecter mille copies du gène dans l'espoir qu'une cellule puisse accepter cet ADN étranger.

Schéma récapitulatif de la micro-injection

Micromanipulateur monté avec un microscope.

3 – La biolistique :

La biolistique, ou balistique biologique, est la méthode la plus courante. Elle consiste à propulser le transgène* dans les cellules végétales.

On utilise des microbilles de métal enrobées d’ADN (billes d’or ou de tungstène de un micron). Elles sont projetées à grande vitesse sur les cellules à transformer afin de traverser leur paroi. Ces billes seront progressivement freinées en traversant les différentes couches cellulaires. Quelques-unes des cellules atteintes vont alors insérer spontanément les transgènes dans leur génome. Mais le noyau de la cellule intègre l'ADN de façon aléatoire. Il faudra environ quinze jours pour s'assurer que les nouveaux gènes introduit se sont bien intégrés au génome.

Cette méthode est très prometteuse, car elle permet de façon simple et rapide d'injecter de l'ADN dans une grande quantité de cellules sans passer par une phase protoplasmique, encore très mal maîtrisée chez certaines espèces. De plus, cette injection peut être réalisée sur un tissu non désolidarisé de l'organe d'origine.

Il existe également d’autres procédés pour fabriquer un OGM : les techniques de transfert indirect. Celles-ci utilisent l’intermédiaire de bactéries qui véhiculent le transgène jusqu’à la cellule souhaitée. Nous allons voir comment ces méthodes sont mises en action concrètement.

Techniques de transfert indirect :

Le développement de la transgénèse végétale a connu son essor grâce à la découverte de bactéries telluriques* phytopathogènes : Agrobacterium tumefaciens et Agrobacterium rhizogenes.

1 – La transfection biologique :

La méthode de la transfection biologique utilise les propriétés de ces bactéries. C’est une méthode plus « naturelle » que celles que nous avons vues précédemment.

Première étape :

Tout d’abord, on introduit le gène d’intérêt dans un plasmide. Pour cela, on utilise différentes enzymes, notamment une enzyme de restriction et la ligase.

Schéma d'un plasmide dans une bactérie

On obtient donc un plasmide génétiquement modifié comprenant le gène d’intérêt.

* Deuxième étape :

Dans un second temps, ce plasmide est transféré dans une bactérie, généralement de l’espèce Escherichia coli (E. coli). On cultive les colonies de E. coli transformées pour préparer le plasmide vecteur.

* Troisième étape :

L’étape suivante a pour but de sélectionner les bactéries E. coli qui ont été transformées. Les bactéries ayant intégré le plasmide possèdent maintenant le gène d’intérêt, mais également un gène de résistance à un antibiotique particulier. Les bactéries sont donc placées dans un milieu de culture qui contient cet antibiotique. Les bactéries transformées génétiquement seront les seules à se développer dans ce milieu, c’est ainsi qu’elles sont sélectionnées.

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Quatrième étape :

On intègre alors le plasmide transformé dans une plante à l’aide d’une autre bactérie : Agrobacterium tumefaciens (A. tumefaciens), qui possède la capacité à introduire des fragments précis de son ADN dans le génome des plantes. Le plasmide est transféré de E. coli à A. tumefaciens par choc thermique ou par conjugaison (voir schéma ci-dessous).

Schéma de la conjugaison

* Cinquième étape :

Enfin, on place dans un milieu de culture commun des bactéries A. tumefaciens et un fragment de tissu végétal (un morceau de feuille ou de tige par exemple). Grâce aux propriétés de la bactérie, la partie du plasmide qui contient le gène d’intérêt est transférée dans le noyau de la cellule végétale qui l’intègre alors dans son génome.

La dernière étape est alors la régénération de plantes entières à partir de ces cellules.

Malheureusement, cette méthode plus « naturelle » ne fonctionne que chez certaines espèces (tabac, colza, tomate, pomme de terre melon et tournesol).

Schéma récapitulatif des différentes étapes de la transfection biologique

2 – La lipotransfection :

La technique de la lipotransfection est également une méthode dite directe. Le but de cette méthode est d’ « emprisonner » le gène d’intérêt dans un liposome, c’est-à-dire une structure sphérique constituée de lipides. Ceux-ci ont la capacité de fusionner avec la membrane de protoplastes, ils libèrent ainsi leur contenu (ici le gène d’intérêt) dans le cytoplasme du protoplaste. Cependant, seulement une minorité de ces gènes pourront parvenir jusqu’au noyau et s’intégrer par la suite au génome de la cellule, c’est