Vidéo de la leçon: Applications du génie génétique Biologie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous couvrirons les applications du génie génétique. Tout d’abord, nous reverrons la définition de l’ADN recombinant, puis nous expliquerons comment il peut servir à produire des médicaments tels que l’insuline pour traiter des maladies, et à modifier des organismes tels que les cultures et les animaux pour qu’ils aient des caractéristiques souhaitables. Nous allons couvrir les avantages et les inconvénients de ces applications. Et enfin, nous passerons en revue les objections éthiques et scientifiques du génie génétique.

Notre information génétique est organisée en gènes dans notre ADN. Ces gènes contrôlent le développement de différents caractères et c'est ce qui fait que les humains sont des humains et que les plantes sont des plantes. Au cours de l'histoire de l'humanité, nous avons manipulé la génétique de différents organismes à notre avantage. Par exemple, la délicieuse banane que vous avez emballée pour votre déjeuner aujourd'hui n’était à l'origine qu’un petit fruit plein de grosses graines noires et n'avait probablement pas le même goût que la banane d'aujourd'hui. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi une aubergine en anglais signifie une plante à oeuf? C'est parce qu'à l'origine, elle était plus petite, blanche, et ressemblait à des œufs de poule ou d'oie. Même le maïs n'était pas assez bon à l'époque pour être transformé en popcorn. Apparemment, les grains avaient le goût de pommes de terre.

Tous ces exemples ont nécessité des milliers d’années de sélection pour obtenir les résultats souhaités. Ça fait un peu long pour produire un snack. Grâce au génie génétique, qui est la manipulation artificielle des gènes d’un organisme à l’aide de la biotechnologie, ce processus devient beaucoup plus facile car nous pouvons contrôler les caractères que nous voulons exprimer. Supposons que notre maïs soit la cible d'un parasite particulier. Plutôt que de croiser le maïs pour le caractère de la résistance, ce qui peut prendre beaucoup de temps, nous pouvons modifier génétiquement la plante pour qu’elle contienne des gènes de résistance aux insectes, obligeant notre cher ami à chercher un encas ailleurs. Ce gène particulier, comme nous le verrons plus tard dans la vidéo, provient en fait d'une certaine espèce de bactérie.

Souvent, le génie génétique nécessite une combinaison d’ADN d’au moins deux sources différentes, l’ADN bactérien et de maïs dans ce cas, pour créer de nouvelles informations. Cela s’appelle l’ADN recombinant. En modifiant génétiquement ce plant de maïs par l’insertion du gène de résistance aux insectes, nous créons ce que l'on appelle un organisme génétiquement modifié, ou OGM. Il existe beaucoup d’applications différentes du génie génétique. Voyons quelques exemples dans le domaine de la médecine, des plantes et de l’agriculture, et des animaux. Nous allons commencer par examiner certaines applications médicales du génie génétique.

En médecine, le génie génétique peut être utilisé pour produire différents médicaments destinés à traiter diverses maladies. Par exemple, dans le diabète, la quantité de l’hormone insuline n’est pas suffisante pour remplir sa fonction. L'insuline signale normalement à la cellule d'absorber le glucose. Mais chez les personnes diabétiques, les niveaux d’insuline sont inférieurs, ce qui signifie que le glucose n’est pas suffisamment absorbé par la cellule qui ne peut alors pas répondre à ses besoins énergétiques. Pour remédier à ce problème, l’insuline doit donc être administrée comme médicament.

L'insuline peut être produite en utilisant des bactéries qui agissent comme des usines microscopiques pour la fabriquer. Les bactéries ne produisent normalement pas d’insuline. Donc, il faut donc insérer le gène de l’insuline humaine dans la cellule bactérienne. Pour ce faire, on utilise un ADN recombinant, où le gène humain de l’insuline est inséré dans un type spécial d’ADN bactérien appelé plasmide. Cet ADN recombinant peut ensuite être transféré à l’intérieur de la bactérie. Une fois à l’intérieur de la cellule, cet ADN recombinant peut ensuite être exprimé pour produire la protéine insuline, qui peut être extraite et utilisée comme médicament. Ce procédé qui consiste à produire de l'ADN recombinant contenant un gène utile pour la médecine puis à le transférer dans des bactéries, est assez courant.

L'interféron est une protéine qui a de multiples usages thérapeutiques, notamment comme antiviral, pour traiter le cancer et la sclérose en plaques. Le processus est le même que pour l’insuline, avec le gène de l’interféron inséré dans l’ADN du plasmide bactérien puis transféré dans des bactéries qui fabriquent la protéine. Les avantages de cette technologie sont évidents, mais l'un de ses inconvénients est la possibilité d'une résistance des bactéries aux antibiotiques. L’ADN plasmidique contient également souvent des gènes d’antibiorésistance. Ceux-ci permettent aux scientifiques de sélectionner des bactéries qui contiennent l’ADN recombinant puisqu’elles seront capables de se développer en présence d’antibiotiques tandis que celles dépourvues d’ADN recombinant mourront.

Mais ce plasmide contenant le gène de résistance à l’antibiotique risque potentiellement d’être transmis à d’autres bactéries qui peuvent être pathogènes ou causer une maladie. Et maintenant, cette bactérie pathogène est résistante à un certain antibiotique, ce qui peut compliquer le traitement de toute maladie causée par cette bactérie. C’est pourquoi l’utilisation de ce type de technologie est hautement réglementée pour s’assurer que cela ne se produise pas.

Maintenant, voyons quelques exemples de génie génétique chez les plantes. La carence en vitamine A est un problème majeur dans le monde qui cause plus d’un million de décès par an, principalement chez les enfants. Une façon astucieuse d’obtenir plus de vitamine A dans l’alimentation est de modifier génétiquement le plant de riz pour en produire davantage. La biosynthèse de la vitamine A est complexe, mais le riz possède déjà naturellement certains des gènes nécessaires. Les précurseurs de vitamine A manquants ont été génétiquement modifiés dans le riz afin de permettre la production de vitamine A dans les grains de riz. Ce riz produit de grandes quantités de vitamine A ce qui lui donne une couleur dorée, d’où son nom de riz doré. En mangeant suffisamment de riz doré, les besoins alimentaires en vitamine A peuvent être satisfaits. Et dans ce cas, le riz peut littéralement sauver des vies.

Un autre exemple est celui que nous avons vu plus tôt. Le maïs est une culture importante de l’industrie agricole et sert à nourrir non seulement vous et moi, mais aussi le bétail. Le maïs est la cible de plusieurs ravageurs, y compris la larve de certaines espèces de papillons, c’est à dire les chenilles. Afin de protéger la culture de cet insecte affamé, nous pouvons utiliser le génie génétique pour la rendre résistante. Un exemple de ceci inclut la toxine produite par la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt).  Les scientifiques ont génétiquement modifié le maïs pour inclure le gène de la toxine Bt. De cette façon, les cellules du maïs peuvent produire la toxine Bt. Ainsi, si notre ravageur le mange, il mourra.

La toxine Bt est très utile car elle n’est activée que dans l’intestin des insectes où le pH est basique. Mais l’intestin des mammifères a un pH acide. Donc, la toxine n’est pas activée. Comme vous pouvez l’imaginer, ce type d’OGM peut réduire l’utilisation de pesticides, ce qui peut limiter les coûts. L’un des inconvénients de cette technologie est la transmission des gènes à des espèces de plantes indésirables, telles que les mauvaises herbes. Dans ce cas, une plante qui est normalement limitée par la population d’insectes peut se répandre de façon incontrôlable.

Un autre inconvénient potentiel concerne la réduction de la diversité génétique. Si de nombreux agriculteurs utilisent la même culture ayant la même génétique dans le monde entier, indiquée ici par ces points orange, alors l’apparition d’une nouvelle maladie à laquelle cette culture est sensible pourrait être très problématique. Sans diversité génétique, toutes ces cultures peuvent être éliminées. Alternativement, si les cultures sont génétiquement différentes, il est peu probable qu’une maladie les anéantisse tous, car certaines auront des gènes qui leur confère une protection. Supposons dans cet exemple que tous les points bleus et orange représentent des cultures sensibles à une nouvelle maladie, tandis que le point rose représente une culture naturellement protégée.

C’est pourquoi la diversité génétique est si importante dans nos cultures. Ces OGM génèrent donc des préoccupations chez des groupes d'agriculteurs et d'autres personnes. Cela dit, beaucoup pensent que le potentiel de la technologie surpasse de loin ces problèmes, et les scientifiques travaillent dur pour minimiser les risques impliqués. Maintenant, regardons quelques exemples de génie génétique chez les animaux. Le saumon est un poisson assez savoureux, ce n’est un secret pour personne. Normalement, il faut environ 28 à 32 mois pour que le saumon atlantique d’élevage atteigne la taille du marché, soit environ quatre à cinq kilogrammes. Cependant, dans une version génétiquement modifiée du saumon atlantique, appelée saumon AquAdvantage, il ne lui faut qu’à peu près la moitié du temps.

Le développement du saumon atlantique fait une pause pendant les mois d’automne et d’hiver, quand il fait trop froid pour trouver la nourriture dont il aurait besoin pour sa croissance. Pendant cette période, l'expression des gènes de l'hormone de croissance est naturellement réduite. Dans le saumon AquAdvantage, un gène a été inséré pour augmenter cette production d’hormone de croissance toute l’année. De cette façon, le saumon peut grandir sans ruptures et atteindre la taille du marché beaucoup plus rapidement. Les animaux génétiquement modifiés comprennent les souris destinées à la recherche. Au fil des années, de nombreuses nouvelles souches de souris ont été développées par génie génétique. Elles peuvent servir à étudier la biologie de différentes maladies telles que le cancer, l’arthrite, le diabète ou toute autre maladie.

Cependant, nos connaissances se limitent à la biologie des souris. Ce sont en effet des souris alors que nous sommes des humains, et les innombrables différences entre nous ne sont pas seulement physiques mais aussi moléculaires. Donc, dans certains cas, les souris peuvent être humanisées. Cela ne veut pas dire qu'elles sont transformées pour ressembler à des humains, mais plutôt qu’elles portent l'équivalent humain de certains gènes. Par exemple, une souris peut être conçue pour contenir des éléments d’un système immunitaire humain dans le but d’étudier des maladies humaines. En ce qui concerne les modifications génétiques chez les humains, le génie génétique peut-il être utilisé? En général, non. Et cela nous amène au sujet des considérations éthiques du génie génétique.

Alors devrions-nous avoir le droit de modifier l’ADN humain? Les avantages médicaux sont incontestables dans la création de nouveaux traitements pour des maladies telles que les maladies cardiaques, Alzheimer et le cancer. Mais les progrès réalisés dans ces domaines soulèvent des incertitudes concernant des modifications moins légitimes et plus esthétiques. Devrions-nous pouvoir modifier la couleur des yeux? Ou bien la couleur des cheveux? Ce genre de modifications peut sembler innofensif. Mais qu’en est-il de l’augmentation de la masse musculaire ou de l’intelligence? Ce genre de modifications n’impacte pas seulement notre identité individuelle, mais aussi celle de la société. D’autre part, les connaissances issues d'études réalisées sur des animaux ne se traduisent pas forcément bien en biologie humaine, de sorte que nous ne connaissons pas vraiment les effets à long terme de ces modifications.

C’est pourquoi la communauté scientifique s’est généralement abstenue d’appliquer le génie génétique à l’homme. Malgré tout, en 2018, un chercheur est allé à l'encontre de tout cela et a réalisé des manipulations génétiques sur des embryons humains. Ces embryons se sont développés en deux bébés génétiquement modifiés. Les embryons ont été modifiés pour inclure la résistance à l’infection par le VIH et aux maladies de la variole et du choléra. Les bébés sont nés en bonne santé. Mais l’impact à long terme ne peut pas encore être certain. Maintenant que nous avons vu de nombreuses applications différentes du génie génétique, faisons une question pratique.

Lequel des énoncés suivants n’est pas un organisme génétiquement modifié? (A) du soja dans lequel on a induit l'expression d'une enzyme lui permettant de développer une tolérance aux herbicides (B) 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. (C) des raisins sans pépins qu’on pulvérise avec une solution contenant des gibbérellines (hormones) pour augmenter leur taille. Ou (D) 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.

Cette question nous interroge sur le génie génétique. Alors, de quoi s’agit-il exactement? Nous allons effacer les choix de réponses afin que nous ayons la place de travailler. Le génie génétique est la manipulation artificielle de l’ADN d’un organisme, généralement dans le but de produire certains caractères bénéfiques. Un bon exemple est la façon dont les bactéries peuvent être génétiquement modifiées pour produire l’hormone insuline. L’insuline est une hormone qui contrôle la glycémie. Elle peut le faire en signalant à une cellule d’absorber du glucose. Ce glucose peut ensuite être converti en énergie dans la cellule et est indispensable à la physiologie de la cellule. Dans le diabète, l’insuline n’est pas produite à un niveau suffisant, donc le glucose n’est pas absorbé et la quantité d’énergie des cellules diminue. Si elle n’a pas assez d'énergie, la cellule ne peut pas remplir ses fonctions aussi efficacement.

Donc, chez les diabétiques, l’insuline doit être comblée sous forme de médicament. L’insuline est principalement générée par le biais de bactéries génétiquement modifiées. Ces bactéries possède un morceau spécial d’ADN bactérien appelé plasmide, dans lequel est inséré le gène de l’insuline humaine. Le plasmide peut ensuite être transféré dans la bactérie. À l’intérieur de la bactérie, le gène de l’insuline humaine peut être exprimé pour produire la protéine insuline. L’insuline peut ensuite être extraite et utilisée pour le traitement du diabète. Donc, dans cet exemple, les bactéries ont été génétiquement modifiées pour inclure le gène de l’insuline. Maintenant, ramenons les choix de réponse et examinons-les pour voir lequel d’entre eux n’est pas un organisme génétiquement modifié.

Dans le choix de réponse qui indique que le soja a été conçu pour exprimer une enzyme qui lui permet de développer une tolérance aux herbicides, on sait que la génétique du soja a été artificiellement manipulée pour porter le gène de cette enzyme puisqu’il a la capacité d'exprimer l’enzyme. Il s’agit donc d’un exemple de génie génétique. Cela signifie que ce choix de réponse est incorrect. Dans le choix de réponse qui indique qu’une espèce de maïs a eu le gène d’une toxine insecticide inséré dans son ADN, ce qui signifie qu’elle a développé une certaine résistance aux ravageurs, il s’agit d’une manipulation artificielle de l’ADN de cet organisme et représente donc un organisme génétiquement modifié puisqu’un gène a été inséré dans l’ADN de l’espèce de maïs. Par conséquent, ce choix de réponse est également faux.

Dans le choix de réponse qui indique que les raisins sans pépins sont pulvérisés avec des solutions contenant l’hormone gibberelline pour augmenter leur taille, rien ne suggère que l’ADN de cet organisme a été manipulé par génie génétique. On a simplement appliqué une solution contenant une hormone, ce qui augmente la taille des raisins. Il ne s'agit donc pas d’un organisme génétiquement modifié, exactement ce que demande la question, c’est donc correct.

Mais avant de terminer, examinons le dernier choix de réponse au cas où. Dans le choix de réponse qui indique qu’une espèce de tomate a un gène codant pour un canal sodique inséré dans son ADN, ce qui signifie qu’elle peut se développer dans un sol très salé, on sait que le gène du canal sodique est inséré dans l’ADN de la tomate, il s’agit donc d’une manipulation artificielle de l’ADN de l’organisme. Donc, c’est un organisme génétiquement modifié, et cette réponse est incorrecte.

Passons maintenant en revue certains des points clés que nous avons appris dans cette vidéo. Le génie génétique est une manipulation artificielle de l’ADN d’un organisme. Il existe des avantages et des inconvénients du génie génétique. Par exemple, les bactéries peuvent être utilisées pour fabriquer de l’insuline. Cependant, un inconvénient est le risque de transmission de l’antibiorésistance à des bactéries pathogènes. Un autre avantage est l’utilisation du riz doré pour créer des aliments riches en nutriments. Cependant, l'inconvénient est que si tout le monde utilise la même culture, la variation génétique s'en trouve réduite. Enfin, le génie génétique soulève de nombreuses questions éthiques, en particulier dans le contexte de l’utilisation de la technologie sur l’homme. Et ces préocupations doivent être attentivement addressées.