Que sont les OGM et comment sont-ils fabriqués?

OGM est l'abréviation de «organisme génétiquement modifié». La modification génétique existe depuis des décennies et est le moyen le plus efficace et le plus rapide de créer une plante ou un animal avec un trait ou caractéristique. Il permet des modifications précises et spécifiques de la séquence d'ADN. Parce que l'ADN comprend essentiellement le plan de l'organisme entier, les modifications apportées à l'ADN changent 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 modifiez-vous 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 ont été génétiquement modifiés depuis près de 40 ans. Les premiers organismes génétiquement modifiés ont été bactéries au début des années 1970. Depuis lors, les bactéries génétiquement modifiées sont devenues le cheval de bataille de centaines de milliers de laboratoires effectuant des modifications génétiques sur les plantes et les animaux. La plupart des remaniements génétiques de base et des modifications sont conçus et préparés à l'aide de bactéries, principalement une

L'approche générale pour modifier génétiquement les plantes, les animaux ou les 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 parois cellulaires et les cellules animales non.

Les animaux génétiquement modifiés sont principalement destinés à la recherche uniquement, où ils sont souvent utilisés modèles de systèmes biologiques pour le développement de médicaments. Certains animaux génétiquement modifiés ont été développés à d'autres fins commerciales, telles que poisson fluorescent comme animaux de compagnie et les moustiques génétiquement modifiés pour aider à contrôler les moustiques porteurs de maladies. Cependant, ce sont des applications 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 fait son chemin dans le processus d'approbation.

Avec les plantes, cependant, la situation est différente. Bien que de nombreuses plantes soient modifiées pour la recherche, l'objectif de la plupart des modifications génétiques des cultures est de créer une souche végétale qui soit commercialement ou socialement bénéfique. Par exemple, les rendements peuvent être augmentés si les plantes sont conçues avec une résistance améliorée à un ravageur pathogène comme le Papaye arc-en-ciel, ou la capacité de croître dans une région inhospitalière, peut-être plus froide. Fruits qui restent mûrs plus longtemps, comme Tomates d'été sans fin, donne plus de temps pour la durée de conservation après la récolte. En outre, des caractères qui améliorent la valeur nutritionnelle, tels que Riz doré conçu pour être riche en vitamine A, ou l'utilité du fruit, comme le non-brunissement Pommes arctiques ont également été faites.

Essentiellement, tout trait qui peut se manifester avec l'ajout ou l'inhibition d'un gène spécifique peut être introduit. Les caractères 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.

Avant d'expliquer comment de 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 notées 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 des lettres dans une ligne de code de texte pour une phrase.

Les protéines sont de grandes molécules biologiques constituées d'acides aminés liés entre eux dans diverses combinaisons. Lorsque la bonne combinaison d'acides aminés est liée, la chaîne d'acides aminés se replie en une protéine avec une forme spécifique et les bonnes caractéristiques chimiques ensemble pour lui permettre d'exécuter une fonction particulière ou réaction. Les êtres vivants sont constitués en grande partie de protéines. Certaines protéines sont des enzymes qui catalysent les réactions chimiques; d'autres transportent du matériel dans les cellules et certains agissent comme des commutateurs activant ou désactivant d'autres protéines ou cascades de protéines. Ainsi, lorsqu'un nouveau gène est introduit, il donne à la cellule la séquence de code pour lui permettre de fabriquer une nouvelle protéine.

Dans les plantes et les cellules 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. Il s'agit de l'ensemble central d'instructions pour la cellule, et chaque cellule de descendance en reçoit une copie. Ainsi, pour introduire un nouveau gène qui permet à la cellule de produire 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 en utilisant 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. Pour les modifications génétiques permanentes et héréditaires, telles que les processus utilisés pour l'ingénierie des cultures, des modifications chromosomiques sont utilisées.

Le génie génétique se réfère simplement à l'insertion d'une nouvelle séquence de base d'ADN (correspondant généralement à un gène entier) dans l'ADN chromosomique de l'organisme. Cela peut sembler simple sur le plan conceptuel, mais techniquement, cela devient un peu plus compliqué. De nombreux détails techniques sont impliqués pour obtenir la bonne séquence d'ADN avec les bons signaux dans le chromosome dans le bon contexte qui permet aux cellules de reconnaître qu'il s'agit d'un gène et de l'utiliser pour créer un nouveau protéine.

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

1. Tout d'abord, vous avez besoin d'un gène. Cela signifie que vous avez besoin de la molécule d'ADN physique avec les séquences de base particulières. Traditionnellement, ces séquences ont été obtenues directement à partir d'un organisme en utilisant l'une de plusieurs techniques laborieuses. De nos jours, 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 ressemble à un petit chromosome (un plasmide) et, puisque les bactéries se répliquent rapidement, autant de gènes que nécessaire peuvent être créés.
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. Principalement, cela signifie que vous avez besoin d'une petite séquence d'ADN appelée promoteur qui signale à la cellule d'exprimer le gène.
3. En plus du gène principal à insérer, un deuxième gène est souvent nécessaire pour fournir un marqueur ou une sélection. Ce deuxième gène est essentiellement un outil utilisé pour identifier les cellules qui contiennent le gène.
4. Enfin, il est nécessaire d'avoir une méthode de livraison du nouvel ADN (c'est-à-dire, promoteur, nouveau gène et marqueur de sélection) dans les cellules de l'organisme. Il y a un certain nombre de façons de le faire. Pour les plantes, mon préféré est le pistolet à gènes approche qui utilise un fusil 22 modifié pour tirer des particules de tungstène ou d'or recouvertes d'ADN dans les cellules.

Avec les cellules animales, il existe un certain nombre de réactifs de transfection qui recouvrent ou complexent l'ADN et lui permettent de traverser les membranes cellulaires. Il est également courant que l'ADN soit épissé avec ADN viral modifié que cela 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 fabriquer un pseudovirus qui peut infecter les cellules et insérer l'ADN portant le gène, mais pas se répliquer pour fabriquer un nouveau virus.

Pour de nombreuses plantes dicotylédones, le gène peut être placé dans une variante modifiée du support d'ADN-T de la bactérie Agrobacterium tumefaciens. Il existe également quelques autres approches. Cependant, avec la plupart, seul un petit nombre de cellules captent le gène, ce qui fait de la sélection des cellules modifiées une partie critique de ce processus. C'est pourquoi un gène de sélection ou marqueur est généralement nécessaire.

Un OGM est un organisme avec des millions de cellules et la technique ci-dessus ne décrit vraiment que la façon de manipuler génétiquement des cellules individuelles. Cependant, le processus pour générer un organisme entier implique essentiellement l'utilisation de ces techniques de génie génétique sur les cellules germinales (c'est-à-dire les spermatozoïdes et les ovules). Une fois le gène clé 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 que les cellules. La biologie fait le reste.