Fiche explicative de la leçon: Reproduction artificielle Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les processus de formation des bébés éprouvettes (FIV) et d’énucléation, et à décrire le rôle des banques de gamètes dans la reproduction artificielle.

En 2006 Dre Patricia Rashbrook (née en 1943) a donné naissance à un petit garçon en pleine santé. La Dre Rashbrook et le père de son enfant avaient la soixantaine quand ils ont eu cet enfant ; cela n’était donc pas concevable biologiquement. La ménopause, le moment où la production d’ovules s’arrête dans la vie d’une femme, est généralement atteinte vers l’âge de 51 ans. Alors, comment ce couple d’une soixantaine d’années a-t-il réussi à concevoir un nouveau bébé en pleine santé ? 

Ce bébé est né grâce à la fécondation in vitro (FIV), qui est une forme de reproduction artificielle permettant de réunir les ovules et les spermatozoïdes entre eux dans un environnement de laboratoire, afin de remédier à l’infertilité. Le mot in vitro signifie « dans le verre » et est censé décrire les expériences effectuées en dehors de l’organisme vivant, comme dans un tube à essai en verre ou dans une boîte de Pétri en plastique.

La reproduction artificielle, ou assistée, est la création d’une nouvelle vie par des moyens artificiels. En combinant l’ovule et le spermatozoïde en laboratoire, l’embryon résultant peut être transféré dans l’utérus où l’implantation et la grossesse se produisent.

Le terme bébé éprouvette est parfois utilisé pour désigner la FIV, mais il peut être trompeur et inapproprié pour certaines personnes. Le terme a été inventé au début en raison de l’idée qu’un embryon est formé à l’aide d’un équipement de laboratoire au lieu d’être formé dans la trompe de Fallope de la femme. Cela n’est vrai que pour les premiers stades du développement de l’embryon, car l’embryon est ensuite transféré dans l’utérus pour l’implantation de l’embryon et la grossesse. Mais comme le terme était resté dans le langage courant du public, il a créé une fausse image que toute la grossesse se déroule en dehors de l’utérus. Pour cette raison, de nombreux pays préfèrent utiliser à la place le terme fécondation in vitro pour faire référence au processus.

La FIV est un processus qui comporte plusieurs étapes.

La première étape implique une stimulation par des hormones, qui peuvent être synthétiques, afin de favoriser le développement des ovules dans les ovaires. En règle générale, un seul ovule se développe pour l’ovulation, et c’est cet ovule qui est prélevé dans les premiers stades de la FIV. Cependant, l’utilisation d’hormones permet à plusieurs ovules de se développer simultanément dans un processus appelé « hyperstimulation ovarienne contrôlée ».

Ensuite, les ovules, ou ovocytes, peuvent être prélevés dans un cadre de clinique, ce que l’on appelle parfois la « récupération des ovules » ou le « prélèvement d’ovocytes ». Pendant le recueil des ovules, les spermatozoïdes peuvent être préparés à partir du sperme éjaculé.

Ensuite, les ovules et les spermatozoïdes sont combinés pour la fécondation. Normalement, cette étape se produit dans les trompes de Fallope, mais dans la FIV, cela se produit dans le laboratoire de FIV. En règle générale, une boîte de Pétri est utilisée, qui est une boîte en plastique (ou en verre) dans laquelle les ovules et les spermatozoïdes peuvent être déposés. Ils sont suspendus dans un milieu de culture liquide spécifique qui imite l’environnement physiologique des trompes de Fallope. Vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous.

En associant les ovules et les spermatozoïdes ensemble, le spermatozoïde se fixe et pénètre dans l’ovule pour le féconder au cours du temps.

Une fois que les ovules et les spermatozoïdes sont combinés, ils sont placés dans des incubateurs qui maintiennent le même pH et la même température que dans le milieu des trompes de Fallope où ils se développent habituellement. Après la fécondation, la prochaine étape consiste à surveiller les embryons obtenus sur environ 3–5 jours, avant d’être transférés dans l’utérus. Il existe différents stades du développement de l’embryon, le 3ème jour correspond au stade de clivage, le 4ème jour correspond au stade de morula, et le 5ème jour correspond au stade blastocyste.

Au cours de la phase finale de la FIV, l’embryon est placé dans un cathéter spécial qui est inséré dans l’utérus. L’embryon est ensuite transféré dans l’utérus où, espérons-le, il s’implantera et entraînera une grossesse. S’il y a des embryons de créés en plus au cours de la procédure de FIV, ils peuvent être congelés et transférés à un autre moment.

Dans certains cas, les femmes peuvent avoir plusieurs embryons de transférés. Cela peut augmenter les chances d’avoir des jumeaux fraternels, ou faux jumeaux.

Les étapes de base de la FIV sont illustrées à la figure 2.

Les taux de réussite de la FIV dépendent principalement de l’âge de la mère, car la qualité des ovules diminue avec le temps. Selon les Centres pour le contrôle et la prévention des maladies aux Etats-Unis, en 2016 les femmes de moins de 35 ans avaient les meilleurs taux de grossesse FIV, qui s’élevaient à environ . Cela signifie que sur 100 femmes (âgées de moins de 35 ans) qui réalisent une FIV, environ 30 à 40 d’entre elles tomberont enceintes. Le taux de grossesse commence alors à baisser à moins de à l’âge de 40 ans. Notez que ce sont des statistiques pour les femmes infertiles effectuant une FIV, le reste de la population (sans infertilité diagnostiquée) peut avoir des taux de grossesse plus élevés même avec un âge avancé.

En raison du déclin des taux de grossesse avec l’âge, les couples qui prévoient d’être parents plus tard sont encouragés à congeler leurs gamètes à un âge plus précoce. Ceci est important car la FIV peut coûter très cher, et certains couples plus âgés peuvent ne pas être en mesure de financer les multiples cycles de FIV nécessaires pour tomber enceinte, alors ils mettent de côté leurs gamètes quand ils sont encore jeunes.

Les gamètes devraient également être congelés et stockés par cryogénie pour ceux qui se préparent à la chimiothérapie, car celle-ci peut réduire la viabilité ou la qualité des gamètes. Ces gamètes peuvent être stockés dans de l’azote liquide à des températures très froides au sein de banques d’ovules ou de sperme (collectivement appelées des banques de gamètes) jusqu’à 10 ans ou plus. Vous pouvez voir un exemple d’échantillons stockés dans un réservoir de stockage cryogénique sur la photo ci-dessous.

Mis à part les humains, les gamètes des animaux peuvent également être préservés par cryoconservation. Cela peut être utile pour les animaux en voie de disparition.

Mise à part la FIV, l’insémination artificielle représente une autre technique populaire, qui consiste à transférer les spermatozoïdes dans l’appareil reproducteur féminin dans le but de déclencher une grossesse. Dans le type d’insémination artificielle intra-utérine (IIU), le sperme est transféré directement à l’utérus. Ces techniques sont utilisées non seulement chez l’Homme, mais aussi pour inséminer les animaux de ferme.

Le bovin noir japonais Wagyu est une race populaire de bœuf. Ces bovins ont un tissu musculaire très concentré en graisses qui donne à la viande un point de fusion plus bas et une qualité très tendre inégalée par les autres bovins. En raison de la forte demande de Wagyu, les éleveurs peuvent avoir recours à la FIV ou à l’insémination artificielle pour produire davantage de ces bovins à moindre coût.

Les éleveurs peuvent produire de nombreux embryons Wagyu à partir d’une seule vache en stimulant tout d’abord la production de plusieurs ovules dans les ovaires de la vache grâce à des hormones. Ensuite, soit les ovules sont prélevés et mélangés avec du sperme pour la FIV, soit les spermatozoïdes sont transférés directement dans l’utérus par insémination artificielle. Les embryons Wagyu obtenus peuvent être recueillis puis transférés à des vaches non Wagyu, qui sont beaucoup moins chères que des vaches Wagyu. De cette façon, les éleveurs peuvent rapidement générer des centaines de descendants Wagyu à des coûts plus faibles.

Les autres avantages de l’insémination artificielle ou de la FIV chez les bovins incluent l’amélioration des taux de gestation chez les races à faible fertilité, des croisements contrôlés pour créer de nouvelles races désirables (par exemple, en sélectionnant des bovins résistants aux maladies et producteurs de lait), ou le choix du sexe de la progéniture.

Vous vous souvenez certainement que les cellules somatiques féminines ont généralement deux chromosomes X et que les cellules masculines ont un chromosome X et un chromosome Y. L’ovule contient toujours un seul chromosome X, tandis que le spermatozoïde peut contenir un chromosome X ou Y. Par conséquent, lorsque le spermatozoïde et l’ovule haploïdes se combinent pour former l’embryon diploïde, c’est le spermatozoïde qui détermine le sexe. Cela s’applique également chez les bovins (et la plupart des mammifères).

Puisque le chromosome X contient plus d’ADN que le chromosome Y, il peut être séparé à l’aide de la centrifugation et des champs électriques ainsi que de la technique de cytométrie en flux. Une fois séparés, les spermatozoïdes peuvent être congelés et utilisés par les agriculteurs pour déterminer le sexe de leur bétail. Ainsi, s’ils ont besoin de plus de vaches pour la production laitière selon la saison, ils pourraient utiliser le sperme avec le chromosome X pour l'insémination artificielle des femelles. Cela produirait des embryons femelles. Ce processus génère ce qu’on appelle la semence sexée, car il permet de choisir le sexe de la progéniture.

La manipulation des gamètes en laboratoire a conduit à des technologies autres que la FIV. Supposons que vous vouliez cloner ou faire une copie génétique d’une race particulière de bovins ; pourriez-vous utiliser les cellules d’un steak procéder à cela ? 

Oui, c’est possible ! Toutes les informations génétiques pour créer une race particulière de bovins sont contenues dans les noyaux des cellules corporelles - ou des cellules somatiques - d’une vache ou d’un taureau. Puisque la viande, comme le bifteck, est constituée principalement du tissu musculaire d’un animal, nous pouvons extraire les noyaux de ces cellules musculaires ! Pour fabriquer un clone de cet ADN, une technique appelée transfert nucléaire de cellules somatiques (ou énucléation) peut être effectuée. Cela se déroule sur plusieurs étapes.

Premièrement, une cellule est prélevée du bifteck et son noyau est isolé.

Ensuite, l’ovule d’une vache est énucléé, son noyau est donc enlevé.

Le noyau de la cellule de bifteck et l’ovule de vache énucléé sont ensuite combinés en transférant le noyau dans l’ovule énucléé.

Celui-ci peut ensuite être transféré à une vache où il sera implanté pour former une progéniture qui est génétiquement identique à la vache à partir de laquelle le steak a été produit. C’est le processus qui a été utilisé en 2014 pour cloner une race particulière de bovins appelée Delta, comme le montre la figure 4.

Ce processus a également été fait sur des grenouilles. Des noyaux de cellules embryonnaires à différents stades de développement ont été transférés dans des ovules de grenouille énucléés. Ces grenouilles se sont ensuite développées en tant que clones des embryons d’origine dont elles sont issues.

La production d’une progéniture par le processus de clonage utilisant le transfert nucléaire de cellules somatiques diffère de la reproduction sexuée. Dans la reproduction sexuée, un ovule haploïde () est fécondé avec un spermatozoïde haploïde () pour produire un embryon diploïde génétiquement unique () qui est une combinaison de la génétique de l’ovule et du spermatozoïde. Dans le transfert nucléaire d’une cellule somatique, le noyau d’une cellule somatique diploïde () de l’individu ou de l’embryon est transféré dans un ovule énucléé pour produire un embryon qui est un clone de l’organisme à partir duquel le noyau est dérivé. Ce processus peut se réalisé dans des organismes autres que le bétail, y compris les grenouilles et les moutons par exemple.

Exemple 4: Comprendre la création de clones par la technique du transfert nucléaire de cellules somatiques

Les deux moutons sur la figure illustrée ont été utilisés dans une procédure de transfert nucléaire de cellules somatiques. Des ovules ont été obtenus à partir du mouton 1, et des cellules de peau ont été obtenues à partir du mouton 2.

Quelle serait la composition génétique de la progéniture produite par ce processus ? 

1. La progéniture serait génétiquement identique à celle du mouton 2.
2. La progéniture serait génétiquement identique à celle du mouton 1.
3. La progéniture serait génétiquement différente des moutons 1 et 2.
4. La progéniture serait complètement noire.
5. La progéniture serait complètement blanche.

Réponse

La reproduction artificielle est la création d’une nouvelle vie par des moyens artificiels. Un exemple classique est la fécondation in vitro (FIV), au cours de laquelle des ovules et du sperme sont prélevés du corps et mélangés en laboratoire pour former des embryons qui peuvent ensuite être transférés dans l’utérus afin d’entraîner une grossesse.

Le transfert nucléaire de cellules somatiques ou énucléation représente une autre forme de reproduction artificielle. C’est une technique qui peut être utilisée pour cloner ou faire des copies génétiques d’animaux.

Le clonage se déroule sur plusieurs étapes, alors expliquons-le dans le contexte de cette question.

Premièrement, le noyau d’une cellule de peau du mouton 2 est isolé.

Ensuite, l’ovule du mouton 1 est énucléé, donc son noyau est enlevé.

Ensuite, le noyau de la cellule de peau du mouton 2 et l’ovule du mouton 1 énucléé sont combinés en transférant le noyau dans l’ovule énucléé.

Le résultat est un embryon qui peut ensuite être transféré à un mouton où il peut s’implanter pour former une progéniture qui est génétiquement identique au mouton 2. Vous pouvez voir un aperçu de ce processus ci-dessous.

Par conséquent, la réponse correcte est A : la progéniture serait génétiquement identique au mouton 2.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.