Le portail a été désactivé. Veuillez contacter l'administrateur de votre portail.

Fiche explicative de la leçon : Applications du génie génétique Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire certaines applications du génie génétique et à expliquer les avantages et les inconvénients de ces applications.

Bien que le génie génétique puisse nous paraître futuriste, cela fait des millénaires que nous y avons recours d’une certaine manière. Est-ce que vous reconnaissez cet ancêtre d’un fruit délicieux dans l’image ci-dessous?

Musa balbisiana, une banane sauvage d'Asie du Sud-Est
Figure 1

C’est une banane sauvage!Elle ne ressemble pas vraiment à une banane moderne en raison de sa petite taille et de ses grosses graines. Au cours de milliers d’années, des versions désirées de la plante de banane ont été selectivement croisées par les agriculteurs pour créer la banane moderne que nous avons l’habitude de manger.

Des milliers d’années juste pour produire un fruit, çà fait un peu long!Le génie génétique est la solution rapide à ce problème. Le génie génétique fait référence au processus de modification artificielle du génome d’un organisme. Grâce au génie génétique, nous sommes en mesure de choisir les gènes de n’importe quel organisme et de les introduire dans le génome des plantes ou des animaux pour leur donner le même caractère, ce qui prend beaucoup moins de temps.

Terme clé: Génie génétique

Le génie génétique est la manipulation artificielle du génome d’un organisme grâce à des outils issus de la biotechnologie.

Définition: Génome

Le génome est tout le matériel génétique d’un organisme.

Exemple 1: Comprendre le concept du génie génétique

Lequel des éléments suivants pourrait être un exemple d’organisme modifié par génie génétique?

  1. Les vaches qui produisent de grandes quantités de lait et qui sont très fertiles sont sélectivement croisées plutôt que des vaches qui ne sont pas des vaches laitières modernes.
  2. Le riz doré est produit en insérant le gène de production de la vitamine A dans le génome du riz commun.
  3. Les carlins de petite taille et à face plate ont été croisés ensemble afin de donner des caractéristiques qui étaient plus appréciées par les humains.
  4. Les légumineuses, comme les pois et les haricots, ont sur leurs racines des bactéries fixatrices d’azote, ce qui contribue à augmenter la concentration en azote du sol.

Réponse

Le génie génétique est la manipulation artificielle du génome d’un organisme en utilisant des outils de la biotechnologie. Cette technologie peut produire des plantes ou d’autres organismes avec des caractéristiques utiles aux Hommes (par exemple, produire des plantes résistantes aux ravageurs pour limiter l’utilisation d’insecticides). Avec le génie génétique, le génome d’un organisme est manipulé. Le génome est l’ensemble de l’ADN d’un organisme. Ainsi, dans cette question, nous cherchons la réponse qui implique la manipulation d’un génome.

Dans la réponse A, les vaches ont été sélectionnées pour la reproduction. Aucune manipulation artificielle de leur génome à l’aide de la biotechnologie n’a été réalisée, c’est donc un exemple de croisement sélectif et non de génie génétique.

Dans la réponse B, la plante du riz est modifiée en insérant le gène de la vitamine A dans son génome. « Insérer » un gène implique que le gène de la vitamine A a été introduit artificiellement dans le génome grâce à la biotechnologie. Donc, ceci est un exemple de génie génétique.

Dans la réponse C, les carlins ont été croisés pour donner des caractéristiques souhaitables. Ceci est un exemple d’élevage sélectif, puisqu’il n’y a pas eu de manipulation artificielle du génome. Donc, ce n’est pas un exemple de génie génétique.

Pour la réponse D, les caractéristiques des légumineuses seraient avantageuses à obtenir par génie génétique et bénéfiques pour les cultures des agriculteurs, mais elles ne font que décrire les propriétés générales de la légumineuse sans avoir été génétiquement modifiées. Donc, ce n’est pas un exemple de génie génétique.

Par conséquent, la bonne réponse est B:le riz doré est produit en insérant le gène de production de la vitamine A dans le génome du riz commun.

Rappelez vous que l’ADN recombinant est la création de nouvelles informations génétiques à partir de multiples sources d’ADN. Le génie génétique implique généralement la production d’ADN recombinant parce que nous voulons insérer les caractères désirés d’un génome dans un autre. Par exemple, en prenant le gène de l’insuline humaine et en l’insérant dans l’ADN bactérien, nous pouvons créer un ADN recombinant comme le montre la figure 2 ci-dessous. Cependant, le génie génétique n’utilise pas toujours de l’ADN recombinant. Dans certains cas, il est possible de seulement éditer un gène existant ou le changer pour une version différente du même gène à partir du génome de l’organisme.

Figure 2 : Schéma illustrant comment l’ADN recombinant est créé en combinant l’ADN bactérien et humain.

Terme clé: ADN recombinant

L’ADN recombinant est la combinaison d’ADN provenant d’au moins deux sources afin de créer de nouvelles informations génétiques qui n’existaient pas dans le génome.

Exemple 2: Comprendre les utilisations de l’ADN recombinant

Lequel des choix suivants ne se sert pas d’ADN recombinant?

  1. La production d’insuline pour traiter les diabétiques à l’aide de cellules bactériennes.
  2. Le traitement d’un patient souffrant de la maladie génétique de la thalassémie avec des cellules de moelle osseuse provenant d’un donneur sain.
  3. La modification des génomes bactériens pour produire des antigènes d’agents pathogènes, afin de créer des vaccins sûrs.
  4. La modification du génome des plantes pour produire des cultures résistantes à certaines maladies.

Réponse

L’ADN recombinant est la combinaison d’ADN provenant d’au moins deux sources différentes pour créer de nouvelles informations génétiques qui n’existaient pas dans le génome. Donc, il y a deux informations clés à cette définition:

  1. L’ADN doit être combiné à partir de deux sources minimum.
  2. Cette combinaison doit produire de nouvelles informations génétiques qui n’existaient pas dans le génome.

Regardons les réponses possibles et voyons quelle réponse correspond le mieux à la définition de l’ADN recombinant.

La réponse A, la production d’insuline pour traiter les diabétiques à l’aide de cellules bactériennes est un exemple d’ADN recombinant. Pour ce faire, le gène de l’insuline humaine doit être combiné avec l’ADN plasmidique d’une bactérie. Il s’agit de combiner l’ADN provenant de deux sources et d’introduire de l’insuline humaine dans la bactérie, qui est nouvelle pour le génome bactérien.

La réponse B, le traitement d’un patient souffrant de la maladie génétique de la thalassémie avec des cellules de moelle osseuse provenant d’un donneur sain n’est pas une application de la technique de l’ADN recombinant. Il s’agit d’un exemple de transplantation cellulaire dans lequel des cellules saines sont implantées chez un patient pour avoir un effet thérapeutique. L’ADN contenu dans les cellules de moelle osseuse ne se recombine pas avec l’ADN du patient. Par conséquent, ce choix ne décrit pas la combinaison d’ADN provenant de deux sources ni l’introduction d’une nouvelle information génétique dans le génome.

La réponse C, la modification des génomes bactériens pour fabriquer des antigènes contre les agents pathogènes pour les vaccins est un exemple d’ADN recombinant. Il y a deux sources d’ADN, l’ADN bactérien du génome bactérien et l’ADN des antigènes du pathogène. L’ADN de l’antigène de l’agent pathogène est nouveau dans le génome bactérien.

La réponse D, la modification du génome des plantes pour produire des cultures résistantes à certaines maladies est un exemple d’ADN recombinant. Par exemple, un champignon appelé TR1 a failli détruire les récoltes de bananes dans les années 1960, poussant les agriculteurs à cultiver une autre variété de banane résistante au TR1. De nos jours, il aurait été possible de modifier génétiquement la variété de banane d’origine en intégrant une résistance au TR1. Dans cet exemple, deux sources d’ADN sont combinées (l’ADN de la banane non résistante avec l’ADN de la banane résistante), et de nouvelles informations génétiques sont créées (la variété non résistante a maintenant une résistance à TR1 qui n’existait pas auparavant).

Par conséquent, la bonne réponse est B:le traitement d’un patient souffrant de la maladie génétique de la thalassémie avec des cellules de moelle osseuse provenant d’un donneur sain.

Il existe de nombreuses applications du génie génétique. Dans cette fiche explicative, nous allons d’abord discuter des applications médicales, comme la production d’insuline pour les humains. Ensuite, nous verrons en quoi les organismes génétiquement modifiés (OGM) comme les plantes et les animaux sont bénéfiques à la société.

Définition: Organisme génétiquement modifié (OGM)

Un OGM est un organisme dont l’ADN a été modifié par génie génétique.

L’insuline est une hormone impliquée dans la régulation du glucose, et peut conduire au diabète si elle n’est pas produite en quantité suffisante dans le corps. Le génie génétique des bactéries pour la production d’insuline a changé notre façon de fabriquer l’insuline. En combinant le gène de l’insuline humaine avec l’ADN du plasmide bactérien, comme indiqué sur la figure 3, l’ADN recombinant obtenu peut être introduit dans des bactéries pour générer une grosse quantité d’insuline pour des applications médicales.

Figure 3 : Schéma illustrant comment la protéine insuline peut être conçue à l’aide de bactéries génétiquement modifiées.

Les interférons représente une autre application médicale du génie génétique, des protéines qui servent à lutter contre une infection virale.

Avant que le génie génétique soit largement répandu dans les années 1970, les interférons étaient extraits des cellules humaines, ce qui coûtait très cher. Cependant, dans les années 1980, des chercheurs ont produit de l’ADN recombinant en introduisant les gènes d’interféron dans des bactéries afin qu’elles puissent en fabriquer. Cette application du génie génétique a significativement réduit le coût de ce traitement médical.

Bien qu’il y ait des avantages médicaux évidents à utiliser le génie génétique, il y a aussi des inconvénients. Un désavantage est que les bactéries qui sont utilisées pour générer l’ADN recombinant contiennent dans leurs plasmides des marqueurs de résistance aux antibiotiques. Il est possible que ces plasmides se transmettent à d’autres bactéries pathogènes qui leur confèreront une résistance aux antibiotiques. Ceci se fait par un processus appelé conjugaison dans lequel deux bactéries entrent étroitement en contact et transfèrent du matériel génétique en formant une sorte de pont. Vous pouvez le voir sur la figure 4 ci-dessous.

Figure 4 : Schéma illustrant comment l’antibiorésistance peut se transférer à une bactérie responsable de maladies.

Alors que l’utilisation de bactéries comme productrices de protéines a des applications médicales très pratiques, le génie génétique est également utile dans les pratiques agricoles.

Les cultures génétiquement modifiées sont cultivées dans le monde entier et ont été introduites pour la première fois en 1994. En 2015, ces cultures existaient dans 28 pays. Les États-Unis, le Brésil et l’Argentine sont les principaux producteurs, avec plus de la moitié de leurs terres cultivables consacrées à ce type de culture. Les gens se méfient souvent de la sûreté de ces cultures génétiquement modifiées. Cependant, selon l’Organisation mondiale de la santé, tous les aliments génétiquement modifiés actuellement disponibles ont été soumis à des tests de contrôle qualité et aucun effet sur la santé humaine n’a été détecté.

Les plantes peuvent être conçues pour résister aux ravageurs. De nombreuses cultures meurent chaque année à cause des insectes et des insecticides, ce qui peut être très coûteux et néfaste pour l’environnement. Une toxine de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) est un insecticide efficace, et lorsqu’elle est génétiquement introduite chez les plantes, ce caractère peut se transmettre à la plante elle-même. Les insectes qui mangent la plante consomment aussi la toxine Bt qui forme des pores dans les cellules de l’intestin des insectes, ce qui les tue. La toxine Bt est considérée sans risques pour la consommation puisqu’elle n’est activée que dans un milieu à pH basique, ce qui est le cas de l’intestin des insectes. Les estomacs des Mammifères, comme celui des Hommes, sont acides et ne sont par conséquent pas affectés par la toxine Bt, comme le montre la figure 5.

Grâce à la toxine Bt, il y a moins d’insecticides utilisés, ce qui réduit les coûts pour l’agriculteur et donc le coût global de la nourriture. Étant donné que moins de pesticides sont utilisés dans les cultures contenant les toxines Bt, cela permet également de protéger l’environnement.

Figure 5 : Schéma illustrant la façon dont la toxine Bt s’active uniquement dans l’intestin de l’insecte mais pas de l’Homme.

Un autre excellent exemple de modification génétique des plantes est le riz doré. Dans les pays en voie de développement, la carence en vitamine A est un problème majeur qui peut causer la cécité acquise si elle n’est pas traitée. En outre, il a été signalé que chaque an plus d’un million d’enfants meurent à cause de la carence en vitamine A. Le riz doré est un riz qui a été génétiquement modifié pour contenir des niveaux élevés de bêta-carotène, un précurseur de la vitamine A, donnant au riz une couleur dorée comme le montre la figure ci-dessous. De cette façon, le riz est devenu plus nutritif grâce au génie génétique, et sa consommation a diminué les carences en vitamine A des personnes à risques.

Image dorée
Figure 6

Exemple 3: Comprendre l’utilité du génie génétique chez les plantes

Lequel des énoncés suivants n’est pas un organisme génétiquement modifié?

  1. du soja dans lequel on a induit l’expression d’une enzyme lui permettant de développer une tolérance aux herbicides
  2. une espèce de maïs dans laquelle on a inséré le gène d’une toxine insecticide, ce qui fait qu’elle a développé une certaine résistance aux nuisibles
  3. des raisins sans pépins qu’on pulvérise avec une solution contenant des gibbérellines (hormones) pour augmenter leur taille
  4. une espèce de tomates dans laquelle on a inséré un gène codant pour un canal sodique spécialisé, lui permettant de pousser dans un sol très salé

Réponse

Le génie génétique est la manipulation artificielle du génome d’un organisme grâce à des outils issus de la biotechnologie. Cette technologie sert à produire des plantes ou d’autres organismes avec des caractéristiques spécifiques bénéfiques à l’humanité (par exemple, des plantes qui résistent aux ravageurs pour limiter l’utilisation d’insecticides). Le génie génétique consiste à manipuler le génome d’un organisme. Le génome est l’ensemble de l’ADN d’un organisme. Donc, dans cette question, nous cherchons la réponse où le génome n’est pas modifié.

En A, le soja a été conçu pour exprimer une enzyme, ce qui signifie qu’il a été modifié pour porter le gène de cette enzyme qui s’exprime pour fabriquer la protéine. Cela implique le génie génétique, A n’est par conséquent pas la bonne réponse.

En B, le maïs possède un gène pour une toxine insecticide inséré dans son ADN, ce qui modifie le génome du maïs et a donc été obtenu par génie génétique.

En C, les raisins sont pulvérisés avec une hormone pour augmenter leur taille. Puisqu’il n’y a pas de manipulation du génome, ce n’est pas du génie génétique, alors C est une réponse prometteuse. Cependant, examinons le dernier choix pour nous assurer d’avoir la meilleure réponse possible à la question.

En D, le gène codant pour un canal sodique spécialisé est inséré dans l’ADN d’une plante de tomate, ce qui représente une modification de l’ADN de la plante de tomate par génie génétique.

Par conséquent, la bonne réponse est C:les raisins sans pépins sont pulvérisés avec des solutions contenant l’hormone gibbérelline pour augmenter leur taille.

La technologie du génie génétique présente certains inconvénients. Certaines personnes craignent que ces caractéristiques désirées soient transmises à d’autres plantes, générant des mauvaises herbes qui seraient difficiles à éliminer. La diversité génétique est également réduite étant donné que de nombreuses cultures à travers le monde sont du même type. Cela pourrait créer des problèmes si elles sont toutes touchées par une même maladie qui pourrait les détruire. En introduisant de nouveaux gènes jamais rencontrés auparavant, il est également possible que certaines personnes développent des réactions allergiques. Néanmoins, aucun effet négatif sur la santé humaine n’a été reporté. Mais il existe des groupes et des pays qui s’opposent à l’utilisation d’aliments génétiquement modifiés à causes de ces inconvénients et des incertitudes sur les effets à long terme.

Exemple 4: Décrire les désavantages du génie génétique chez les plantes

Lequel des énoncés suivants constitue un obstacle à la création des cultures génétiquement modifiées?

  1. Il a été démontré que les cultures génétiquement modifiées ne constituent pas une source de nourriture viable pour les humains et ne peuvent être utilisées que pour le bétail.
  2. Les cultures génétiquement modifiées ont des teneurs en vitamines et minéraux généralement plus faibles que leurs homologues traditionnels.
  3. Les cultures génétiquement modifiées doivent être traitées avec de plus grands volumes de pesticides que les cultures biologiques.
  4. Une partie des agriculteurs ainsi que certains pays et groupes militants s’opposent à la culture des plantes génétiquement modifiées.

Réponse

Le génie génétique est la manipulation artificielle du génome d’un organisme. Le génome est l’ensemble de l’ADN d’un organisme. Les plantes, parmi d’autres organismes, peuvent être génétiquement modifiées pour avoir des caractéristiques avantageuses, telles qu’une résistance aux maladies, aux ravageurs ou à la sécheresse, et, dans certains cas, pour être plus nutritives. De nombreux pays dans le monde utilisent ces plantes modifiées, mais l’incertitude règne parmi certains agriculteurs et d’autres groupes de personnes.

Regardons les différentes réponses pour déterminer celle qui est un obstacle à la création des cultures génétiquement modifiées.

En A, l’affirmation « il a été démontré que les cultures génétiquement modifiées ne constituent pas une source de nourriture viable pour les humains et ne peuvent être utilisées que pour le bétail » n’est pas vraie. De nombreux pays à travers le monde cultivent des plantes génétiquement modifiées pour nourrir les Hommes. Selon l’Organisation mondiale de la santé, tous les aliments génétiquement modifiés actuellement disponibles ont été soumis à des tests de sécurité et aucun effet néfaste sur la santé humaine n’a été détecté.

En B, l’affirmation « les cultures génétiquement modifiées ont des teneurs en vitamines et minéraux généralement plus faibles que leurs homologues traditionnels » n’est pas vraie, puisque dans certains cas, les cultures génétiquement modifiées peuvent être rendues même plus nutritives, ce qui représente un avantage certain.

En C, l’affirmation « les cultures génétiquement modifiées doivent être traitées avec de plus grands volumes de pesticides que les cultures biologiques » n’est pas vraie, puisque les cultures génétiquement modifiées peuvent être conçues pour être résistantes aux ravageurs, elles nécessitent donc moins de pesticides (ce qui est un avantage).

En D, l’affirmation « une partie des agriculteurs ainsi que certains pays et groupes militants s’opposent à la culture des plantes génétiquement modifiées » est exacte et constitue un obstacle car les incertitudes demeurent sur leur utilisation à long terme, donc certains groupes de personnes s’y opposent.

Par conséquent, la bonne réponse est D:une partie des agriculteurs ainsi que certains pays et groupes militants s’opposent à la culture des plantes génétiquement modifiées.

Et les animaux dans tout çà?Existe-t-il des animaux génétiquement modifiés aujourd’hui?Oui, tout à fait. Tout comme les plantes génétiquement modifiées, ils confèrent certains avantages pratiques. Par exemple, un gène pour une hormone de croissance chez les saumons AquAdvantage a été modifié afin de leur permettre de se développer plus rapidement et en dehors de leur saison habituelle sur toute l’année. Des saumons plus gros et qui se développent plus rapidement augmentent la quantité de nourriture disponible pour les humains.

Les souris utilisées dans la recherche représente un autre exemple d’animaux génétiquement modifiés. Des gènes humains peuvent être introduits chez ces souris, ou leurs gènes peuvent être modifiés ou même supprimés. Ces souris génétiquement modifiées peuvent servir de modèles pour certaines maladies afin de reproduire et comprendre leurs mécanismes biologiques. Les animaux de laboratoire permettent d’étudier des maladies telles que le cancer.

D’autres exemples sont créés pour le côté esthétique plutôt que pratique.

GloFish est un type de poisson conçu pour émettre des couleurs fluorescentes vives capables de briller même dans le noir!La lueur du GloFish est due à la GFP (« green fluorescent protein » en anglais), une protéine fluorescente découverte chez les méduses et largement utilisée en biotechnologie. Le gène GFP peut être modifié pour donner différentes couleurs telles que le « vert électrique », « rose de la lune montante » et « orange du soleil », comme vous pouvez le voir ci-dessous.

GloFish, poisson fluorescent génétiquement modifié dans un aquarium
Figure 7

Bien qu’il existe de nombreuses applications du génie génétique chez les plantes et les animaux, ce n’est pas le cas chez les humains pour des raisons éthiques.

Quand il s’agit de modifier l’ADN humain, l’utilisation du génie génétique demande plus de réflexion d’un point de vue éthique. L’utilisation de la technologie peut engendrer des conséquences qui ne sont pas moralement acceptables.

Terme clé: Préoccupations éthiques en biotechnologie

Les préoccupations éthiques en biotechnologie désignent l’aspect moral de la technologie et la question de savoir si son utilisation serait acceptable ou non.

Devrions-nous avoir la capacité de modifier l’ADN humain?Les avantages médicaux sont indéniables avec la découverte de nouveaux traitements pour des maladies telles que les maladies cardiaques, Alzheimer et le cancer. Mais ces applications viennent avec des zones sombres, telles que la modification de l’ADN humain pour des raisons esthétiques comme la couleur des yeux ou des cheveux, ou pour donner des avantages non négligeables, tels qu’une force physique ou une intelligence plus développées. Par ailleurs, les droits et le caractère de ces personnes ne sont pas très clairs et connus. Par conséquent, étant donné les questions éthiques et morales peu claires, la communauté scientifique n’est pas autorisée à effectuer des expériences du génie génétique sur des tissus humains, tels que des embryons.

En violation des normes et règles de déontologie de la recherche humaine, les premiers bébés génétiquement modifiés sont nés (Lulu et Nana) en 2018, en utilisant une technique spéciale de modification génétique appelée CRISPR (prononcée « crispeur »). Étant donné que le génie génétique des tissus humains n’est pas autorisé par la communauté scientifique, cette expérience a été réalisée dans l’anonymat et sans approbation éthique. Contre toute règle éthique, le chercheur responsable aurait édité l’ADN de l’embryon pour qu’il résiste au VIH, à la variole et au choléra.

Le chercheur a constaté un certain mosaïcisme, ce qui signifie que les cellules n’ont pas toutes été génétiquement modifiées, leur résistance aux maladies est donc certainement limitée. Les bébés sont nés en bonne santé, mais l’impact à long terme n’est pas encore connu.

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

Points clés

  • Le génie génétique est la modification artificielle du génome.
  • Il y a de nombreuses applications du génie génétique chez les plantes, les animaux et la technologie médicale.
  • Chaque application a ses avantages et ses inconvénients.
  • Un avantage du génie génétique est la culture des plantes résistantes aux insectes, ce qui réduit le besoin de pesticides.
  • Un inconvénient du génie génétique est le risque de transmettre cette génétique avantageuse aux mauvaises herbes, ce qui les rendrait difficiles à éliminer.
  • La modification de l’ADN humain soulève des questions éthiques.

Nagwa utilise des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site. En savoir plus sur notre Politique de Confidentialité.