Que sont les OGM et comment sont-ils fabriqués ?

Qu’est-ce qu’un OGM ?

OGM est l’abréviation de « organisme génétiquement modifié ». La modification génétique existe depuis des décennies et constitue le moyen le plus efficace et le plus rapide de créer une plante ou un animal présentant un trait ou une caractéristique spécifique. Elle permet d’apporter des modifications précises et spécifiques à la séquence d’ADN. Comme l’ADN constitue essentiellement le modèle de l’organisme entier, les modifications apportées à l’ADN modifient ce qu’est un organisme et ce qu’il peut faire. Les techniques de manipulation de l’ADN n’ont été développées qu’au cours des 40 dernières années.

Comment modifier génétiquement un organisme ? En fait, c’est une question assez large. Un organisme peut être une plante, un animal, un champignon ou une bactérie et tous ces éléments peuvent être, et sont, génétiquement modifiés depuis près de 40 ans. Les premiers organismes génétiquement modifiés ont été 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 qui effectuent des modifications génétiques sur des plantes et des animaux. La plupart des brassages et modifications génétiques de base sont conçus et préparés à l’aide de bactéries, principalement des variations d’E. coli, puis transférés à des organismes cibles.

L’approche générale pour modifier génétiquement des plantes, des animaux ou des 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 utilisés à des fins de recherche uniquement, où ils servent souvent de systèmes biologiques modèles pour le développement de médicaments. Certains animaux génétiquement modifiés ont été développés à d’autres fins commerciales, comme les poissons fluorescents comme animaux de compagnie, et les moustiques génétiquement modifiés pour aider à contrôler les moustiques porteurs de maladies. Toutefois, ces applications sont relativement limitées en dehors de la recherche biologique fondamentale. Jusqu’à présent, aucun animal génétiquement modifié n’a été approuvé comme source de nourriture. Bientôt, cependant, cela pourrait changer avec le saumon AquaAdvantage qui est en train de passer par le processus d’approbation.

En revanche, la situation est différente pour les plantes. Alors que de nombreuses plantes sont modifiées pour la recherche, l’objectif de la plupart des modifications génétiques des cultures est de créer une souche de plante qui soit commercialement ou socialement bénéfique. Par exemple, les rendements peuvent être augmentés si les plantes sont modifiées de manière à ce qu’elles résistent mieux à un parasite pathogène comme la papaye arc-en-ciel, ou qu’elles puissent pousser dans une région inhospitalière, voire plus froide. Les fruits qui restent mûrs plus longtemps, comme les tomates d’été sans fin, offrent plus de temps de conservation après la récolte pour leur utilisation. De plus, des caractéristiques qui améliorent la valeur nutritionnelle, comme le riz doré conçu pour être riche en vitamine A, ou l’utilité du fruit, comme les pommes arctiques qui ne brunissent pas, ont également été fabriquées.

Essentiellement, tout trait qui peut être rendu manifeste par l’ajout 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 introduits dans les organismes, il est important de comprendre ce qu’est un gène. Comme beaucoup le savent probablement, les gènes sont constitués d’ADN, qui est en partie composé de quatre bases communément appelées 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 d’une ligne de texte codent pour une phrase.

Les protéines sont de grandes molécules biologiques composées d’acides aminés liés entre eux selon diverses combinaisons. Lorsque la bonne combinaison d’acides aminés est liée, la chaîne d’acides aminés se replie en une protéine ayant une forme spécifique et les bonnes caractéristiques chimiques pour lui permettre de remplir 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 des matières dans les cellules et certaines agissent comme des interrupteurs activant ou désactivant d’autres protéines ou des cascades de protéines. Ainsi, lorsqu’un nouveau gène est introduit, il donne à la cellule la séquence de code qui lui permet de fabriquer une nouvelle protéine.

Comment les cellules organisent-elles leurs gènes ?

Dans les cellules végétales et animales, la quasi-totalité de l’ADN est ordonnée en plusieurs longs brins enroulés en chromosomes. Les gènes ne sont en fait que 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 d’instructions pour la cellule, et chaque cellule descendante en reçoit une copie. Ainsi, pour introduire un nouveau gène qui permet à la cellule de fabriquer une nouvelle protéine qui confère un trait particulier, il suffit d’insérer un peu d’ADN dans l’un des longs brins chromosomiques. 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 maintenus dans des cellules séparées des chromosomes et des gènes peuvent être introduits à l’aide de 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 altéré, il n’est généralement pas maintenu dans toutes les cellules après plusieurs réplications. Les modifications chromosomiques sont utilisées pour les modifications génétiques permanentes et héréditaires, telles que les processus utilisés pour le génie des cultures.

Comment un nouveau gène est-il inséré ?

Le génie génétique consiste simplement à insérer 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. De nombreux détails techniques entrent en jeu pour faire entrer la bonne séquence d’ADN avec les bons signaux dans le chromosome, dans le bon contexte, ce qui permet aux cellules de reconnaître qu’il s’agit d’un gène et de l’utiliser pour fabriquer une nouvelle protéine.

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

1. D’abord, il faut un gène. Cela signifie que vous avez besoin de la molécule d’ADN physique avec les séquences de bases particulières. Traditionnellement, ces séquences étaient obtenues directement à partir d’un organisme en utilisant l’une des nombreuses techniques laborieuses. Aujourd’hui, plutôt que d’extraire l’ADN d’un organisme, les scientifiques se contentent généralement de synthétiser à partir des produits chimiques de base A, T, C, G. Une fois obtenue, la séquence peut être insérée dans un morceau d’ADN bactérien qui est comme un petit chromosome (un plasmide) et, comme les bactéries se répliquent rapidement, on peut fabriquer autant de gène que nécessaire.
2. Une fois que vous avez le gène, vous devez le placer dans un brin d’ADN entouré de la bonne séquence d’ADN environnante pour permettre à la cellule de le reconnaître et de l’exprimer. Cela signifie principalement que vous avez besoin d’une petite séquence d’ADN appelée promoteur qui signale à la cellule d’exprimer le gène.
3. Outre le gène principal à insérer, il faut souvent un second gène 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 de disposer d’une méthode permettant de délivrer le nouvel ADN (c’est-à-dire le promoteur, le nouveau gène et le marqueur de sélection) dans les cellules de l’organisme. Il existe plusieurs façons d’y parvenir. Pour les plantes, ma méthode préférée est celle du pistolet à gènes qui utilise un fusil 22 modifié pour tirer des particules de tungstène ou d’or recouvertes d’ADN dans les cellules.

Dans le cas des cellules animales, il existe un certain nombre de réactifs de transfection qui enrobent ou complexent l’ADN et lui permettent de passer à travers les membranes cellulaires. Il est également courant que l’ADN soit épissé avec de 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 les cellules et insérer l’ADN porteur du gène, mais qui ne peut pas se répliquer pour former 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 existe également quelques autres approches. Cependant, dans la plupart des cas, seul un petit nombre de cellules captent le gène, ce qui fait de la sélection des cellules modifiées un élément essentiel de ce processus. C’est pourquoi un gène de sélection ou marqueur est généralement nécessaire.

Mais comment fabriquer une souris ou une tomate génétiquement modifiée ?

Un OGM est un organisme composé de millions de cellules et la technique ci-dessus ne décrit réellement que la manière de manipuler génétiquement des cellules individuelles. Cependant, le processus de création d’un organisme entier implique essentiellement l’utilisation de ces techniques de génie génétique sur des cellules germinales (c’est-à-dire des spermatozoïdes et des ovules). Une fois que le gène clé est 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 ne concerne en fait que les cellules. La biologie fait le reste.