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Les empreintes digitales pourraient-elles être potentiellement modifiées à l'aide d'un pistolet à gènes ?


À ne pas confondre avec votre "empreinte ADN", j'ai lu que la chirurgie est facilement utilisée non seulement pour enlever mais même pour changer les empreintes des gens en utilisant de très petites greffes entre les mains opposées.

Il y a environ 5 ans, un groupe chinois a identifié SMARCAD1 comme un acteur clé dans le développement des empreintes digitales. cela a été découvert en générant des profils d'expression génique de personnes atteintes d'une maladie très rare appelée adermatoglyphie. Ces personnes n'ont pas d'empreintes digitales.

Un canon à gènes, qui utilise le bombardement microparticulaire, est une technique qui propulse des particules microscopiques de métaux lourds, recouvertes du gène d'intérêt, "en profondeur" dans les tissus.

Si vous deviez modifier la génétique des cellules souches épidermiques, vous pourriez potentiellement modifier de façon permanente le tissu qui provient de ces cellules souches. Cela pourrait-il fonctionner en principe si la surexpression de SMARCAD1 entraînait un remodelage des empreintes ou si d'autres gènes plus importants étaient impliqués depuis ?

Des organismes modèles ont-ils des empreintes digitales, ou une version de celles-ci ?

Je sais que je pêche ici, beaucoup de questions. Je pensais que c'était un sujet intéressant et je voulais voir ce que les gens ici avaient à dire.


Les chimpanzés ont des empreintes digitales. Ensuite, il ne vous reste plus qu'à trouver l'homologue de SMARCAD1 et à commencer l'expérimentation animale ! Mais en fait je doute que ça marche. Ce site Web approfondit et relie certaines sources supplémentaires qui montrent que les empreintes digitales sont développées dans l'utérus et sont entièrement définies à 6 mois de gestation.

Il semble probable que SMARCAD1 puisse avoir à voir avec des empreintes digitales ou non, mais peu probable que cela ait quelque chose à voir avec leur composition. Il serait difficile pour un gène d'avoir suffisamment de variation pour fournir 6 milliards de variations de sortie. Vous pouvez émettre l'hypothèse qu'il s'agit également d'une sortie combinatoire d'autres gènes, mais les études liées ci-dessus se concentrent davantage sur l'interaction environnementale comme cause de variation.

Je suppose que les modèles sont définis et qu'aucune quantité de thérapie génique ne changera vos empreintes digitales. L'expérience la plus simple consisterait à éliminer le gène ci-dessus chez un adulte pendant un certain temps et à voir si les empreintes digitales s'estompent.


Transfection biolistique de cultures neuronales à l'aide d'un pistolet à gènes portatif

La transfection biolistique est une technique dans laquelle des particules de taille subcellulaire recouvertes d'ADN sont accélérées à grande vitesse pour les propulser dans les cellules. Cette méthode est applicable aux tissus, aux cellules et aux organites, et peut être utilisée à la fois pour in vitro et in vivo transformations avec le bon matériel, c'est simple, rapide et efficace. Ici, nous fournissons un protocole détaillé pour la transfection biolistique de plasmides dans des cellules de rein embryonnaire humain (HEK) 293 cultivées et des tranches de cerveau organotypiques à l'aide d'un pistolet à gènes à main. Il y a trois étapes principales : (i) revêtir les microsupports d'ADN, (ii) transférer les microsupports dans une cartouche pour faire une « balle » et (iii) tirer les microsupports revêtus d'ADN dans les cellules à l'aide d'une impulsion d'hélium gazeux. La méthode peut être facilement adaptée à d'autres types de cellules et tissus. Le protocole peut être complété en 1 à 2 h.


Contenu

Ce qui constitue un organisme génétiquement modifié (OGM) n'est pas toujours clair et peut varier considérablement. Au sens le plus large, il peut inclure tout ce dont les gènes ont été modifiés, y compris par la nature. [1] [2] En prenant une vue moins large, il peut englober tous les organismes dont les gènes ont été modifiés par les humains, ce qui inclurait toutes les cultures et le bétail. En 1993, le Encyclopédie Britannica défini le génie génétique comme « toute une large gamme de techniques, parmi lesquelles l'insémination artificielle, in vitro fécondation (par exemple., les bébés "éprouvettes"), les banques de sperme, le clonage et la manipulation génétique." [3] L'Union européenne (UE) a inclus une définition tout aussi large dans les premières revues, mentionnant spécifiquement les OGM produits par "la reproduction sélective et d'autres moyens de sélection artificielle." [4] Ils ont ensuite exclu les techniques traditionnelles de reproduction, de fécondation in vitro, d'induction de polyploïdie, de mutagenèse et de fusion cellulaire qui n'utilisent pas d'acides nucléiques recombinants ou un organisme génétiquement modifié dans le processus. [5]

Une définition plus étroite fournie par l'Organisation pour l'alimentation et l'agriculture, l'Organisation mondiale de la santé et la Commission européenne dit que les organismes doivent être modifiés d'une manière qui « ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle ». [6] [7] [8] Il existe des exemples de cultures qui correspondent à cette définition, mais ne sont normalement pas considérées comme des OGM. [9] Par exemple, le triticale céréalier a été entièrement développé dans un laboratoire en 1930 en utilisant diverses techniques pour modifier son génome. [10] Le Protocole de Cartagena sur la prévention des risques biotechnologiques en 2000 a utilisé le synonyme organisme vivant modifié (LMO) et l'a défini comme « tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne ». [11] La biotechnologie moderne est en outre définie comme "les techniques d'acide nucléique in vitro, y compris l'acide désoxyribonucléique recombinant (ADN) et l'injection directe d'acide nucléique dans des cellules ou des organites, ou la fusion de cellules au-delà de la famille taxonomique". [12]

Les organismes génétiquement modifiés (GEO) peuvent être considérés comme un terme plus précis par rapport aux OGM pour décrire les génomes d'organismes qui ont été directement manipulés avec la biotechnologie. [13] À l'origine, le terme OGM n'était généralement pas utilisé par les scientifiques pour décrire les organismes génétiquement modifiés jusqu'à ce que l'utilisation des OGM soit devenue courante dans les médias populaires. [14] Le Département de l'agriculture des États-Unis (USDA) considère les OGM comme des plantes ou des animaux présentant des modifications héréditaires introduites par génie génétique ou par des méthodes traditionnelles, tandis que GEO fait spécifiquement référence aux organismes dont les gènes ont été introduits, éliminés ou réarrangés à l'aide de la biologie moléculaire, en particulier la biologie recombinante. techniques de l'ADN, telles que la transgénèse. [15]

Les définitions se concentrent davantage sur le processus que sur le produit, ce qui signifie qu'il pourrait y avoir des OGM et des non-OGM avec des génotypes et des phénotypes très similaires. [16] [17] Cela a conduit les scientifiques à l'étiqueter comme une catégorie scientifiquement dépourvue de sens, [18] disant qu'il est impossible de regrouper tous les différents types d'OGM sous une définition commune. [19] Cela a également causé des problèmes aux institutions et groupes biologiques cherchant à interdire les OGM. [20] [21] Cela pose également des problèmes au fur et à mesure que de nouveaux procédés sont développés. Les définitions actuelles sont arrivées avant que l'édition du génome ne devienne populaire et il existe une certaine confusion quant à savoir s'il s'agit d'OGM. L'UE a déclaré qu'elle [22] modifie sa définition des OGM pour inclure les « organismes obtenus par mutagenèse ». [23] En revanche, l'USDA a statué que les organismes modifiés génétiquement ne sont pas considérés comme des OGM. [24]

La création d'un organisme génétiquement modifié (OGM) est un processus en plusieurs étapes. Les ingénieurs génétiques doivent isoler le gène qu'ils souhaitent insérer dans l'organisme hôte. Ce gène peut être prélevé dans une cellule [25] ou synthétisé artificiellement. [26] Si le gène choisi ou le génome de l'organisme donneur a été bien étudié, il peut déjà être accessible à partir d'une bibliothèque génétique. Le gène est ensuite combiné avec d'autres éléments génétiques, y compris une région promoteur et terminateur et un marqueur sélectionnable. [27]

Un certain nombre de techniques sont disponibles pour insérer le gène isolé dans le génome hôte. Les bactéries peuvent être amenées à absorber de l'ADN étranger, généralement par choc thermique exposé ou électroporation. [28] L'ADN est généralement inséré dans des cellules animales par microinjection, où il peut être injecté à travers l'enveloppe nucléaire de la cellule directement dans le noyau, ou par l'utilisation de vecteurs viraux. [29] Dans les plantes, l'ADN est souvent inséré en utilisant Agrobactérie-recombinaison médiée, [30] [31] biolistique [32] ou électroporation.

Comme une seule cellule est transformée avec du matériel génétique, l'organisme doit être régénéré à partir de cette seule cellule. Chez les plantes, cela est accompli par la culture de tissus. [33] [34] Chez les animaux, il est nécessaire de s'assurer que l'ADN inséré est présent dans les cellules souches embryonnaires. [30] Des tests supplémentaires utilisant la PCR, l'hybridation Southern et le séquençage de l'ADN sont effectués pour confirmer qu'un organisme contient le nouveau gène. [35]

Traditionnellement, le nouveau matériel génétique était inséré au hasard dans le génome de l'hôte. Des techniques de ciblage génique, qui créent des cassures double brin et tirent parti des systèmes de réparation par recombinaison homologue naturelle des cellules, ont été développées pour cibler l'insertion à des emplacements exacts. L'édition du génome utilise des nucléases artificiellement conçues qui créent des ruptures à des points spécifiques. Il existe quatre familles de nucléases modifiées : les méganucléases, [36] [37] les nucléases à doigt de zinc, [38] [39] les transcription activator-like effector nucleases (TALENs), [40] [41] et le système Cas9-guideRNA (adapté du CRISPR). [42] [43] TALEN et CRISPR sont les deux plus couramment utilisés et chacun a ses propres avantages. [44] Les TALEN ont une plus grande spécificité de cible, tandis que CRISPR est plus facile à concevoir et plus efficace. [44]

Les humains ont domestiqué les plantes et les animaux depuis environ 12 000 avant notre ère, en utilisant la reproduction sélective ou la sélection artificielle (par opposition à la sélection naturelle). [45] : 25 Le processus de reproduction sélective, dans lequel les organismes avec les traits souhaités (et donc avec les gènes souhaités) sont utilisés pour reproduire la prochaine génération et les organismes dépourvus du trait ne sont pas reproduits, est un précurseur du concept moderne de génétique. modification. [46] : 1 [47] : 1 Diverses avancées en génétique ont permis aux humains de modifier directement l'ADN et donc les gènes des organismes. En 1972, Paul Berg a créé la première molécule d'ADN recombinant en combinant l'ADN d'un virus de singe avec celui du virus lambda. [48] ​​[49]

Herbert Boyer et Stanley Cohen ont créé le premier organisme génétiquement modifié en 1973. [50] Ils ont pris un gène d'une bactérie qui offrait une résistance à l'antibiotique kanamycine, l'ont inséré dans un plasmide, puis ont incité d'autres bactéries à incorporer le plasmide. Les bactéries ayant réussi à incorporer le plasmide ont alors pu survivre en présence de kanamycine. [51] Boyer et Cohen ont exprimé d'autres gènes dans des bactéries. Cela comprenait les gènes du crapaud Xénope laevis en 1974, créant le premier OGM exprimant un gène d'un organisme d'un règne différent. [52]

En 1974, Rudolf Jaenisch a créé une souris transgénique en introduisant de l'ADN étranger dans son embryon, ce qui en fait le premier animal transgénique au monde. [53] [54] Cependant, il a fallu encore huit ans avant que des souris transgéniques ne soient développées pour transmettre le transgène à leur progéniture. [55] [56] Des souris génétiquement modifiées ont été créées en 1984 qui portaient des oncogènes clonés, les prédisposant au développement d'un cancer. [57] Des souris dont les gènes ont été supprimés (appelées souris knock-out) ont été créées en 1989. Le premier bétail transgénique a été produit en 1985 [58] et le premier animal à synthétiser des protéines transgéniques dans son lait était la souris en 1987. [59] Les souris ont été conçus pour produire un activateur tissulaire du plasminogène humain, une protéine impliquée dans la décomposition des caillots sanguins. [60]

En 1983, la première plante génétiquement modifiée a été développée par Michael W. Bevan, Richard B. Flavell et Mary-Dell Chilton. Ils ont infecté le tabac avec Agrobactérie transformés avec un gène de résistance aux antibiotiques et grâce à des techniques de culture tissulaire ont pu faire pousser une nouvelle plante contenant le gène de résistance. [61] Le canon à gènes a été inventé en 1987, permettant la transformation de plantes non sensibles aux Agrobactérie infection. [62] En 2000, le riz doré enrichi en vitamine A a été la première plante développée avec une valeur nutritive accrue. [63]

En 1976 Genentech, la première société de génie génétique a été fondée par Herbert Boyer et Robert Swanson un an plus tard, la société a produit une protéine humaine (somatostatine) en E. coli. Genentech a annoncé la production d'insuline humaine génétiquement modifiée en 1978. [64] L'insuline produite par des bactéries, appelée humuline, a été approuvée pour libération par la Food and Drug Administration en 1982. [65] En 1988, les premiers anticorps humains ont été produits dans des plantes. . [66] En 1987, une souche de Pseudomonas syringae est devenu le premier organisme génétiquement modifié à être libéré dans l'environnement [67] lorsqu'un champ de fraises et de pommes de terre en Californie en a été pulvérisé. [68]

La première culture génétiquement modifiée, une plante de tabac résistante aux antibiotiques, a été produite en 1982. [69] La Chine a été le premier pays à commercialiser des plantes transgéniques, introduisant un tabac résistant aux virus en 1992. [70] En 1994, Calgene a obtenu l'approbation de commercialiser libérer la tomate Flavr Savr, le premier aliment génétiquement modifié. [71] Toujours en 1994, l'Union européenne a approuvé le tabac conçu pour être résistant à l'herbicide bromoxynil, ce qui en fait la première culture génétiquement modifiée commercialisée en Europe. [72] Une pomme de terre résistante aux insectes a été approuvée pour être diffusée aux États-Unis en 1995, [73] et en 1996, l'approbation avait été accordée pour la culture commerciale de 8 cultures transgéniques et d'une culture de fleurs (œillet) dans 6 pays plus l'UE. [74]

En 2010, des scientifiques de l'Institut J. Craig Venter ont annoncé qu'ils avaient créé le premier génome bactérien synthétique. Ils l'ont nommé Synthia et c'était la première forme de vie synthétique au monde. [75] [76]

Le premier animal génétiquement modifié à être commercialisé était le GloFish, un poisson zèbre avec un gène fluorescent ajouté qui lui permet de briller dans le noir sous une lumière ultraviolette. [77] Il a été mis sur le marché américain en 2003. [78] En 2015, le saumon AquAdvantage est devenu le premier animal génétiquement modifié à être approuvé pour un usage alimentaire. [79] L'approbation concerne les poissons élevés au Panama et vendus aux États-Unis. [79] Le saumon a été transformé avec un gène régulateur de l'hormone de croissance d'un saumon quinnat du Pacifique et un promoteur d'un tacaud océanique lui permettant de croître toute l'année au lieu de seulement pendant le printemps et l'été. [80]

Les bactéries ont été les premiers organismes à être génétiquement modifiés en laboratoire, en raison de la relative facilité de modification de leurs chromosomes. [81] Cette facilité en a fait des outils importants pour la création d'autres OGM. Des gènes et d'autres informations génétiques provenant d'un large éventail d'organismes peuvent être ajoutés à un plasmide et insérés dans des bactéries pour le stockage et la modification. Les bactéries sont bon marché, faciles à cultiver, clonales, se multiplient rapidement et peuvent être stockées à -80 °C presque indéfiniment. Une fois qu'un gène est isolé, il peut être stocké à l'intérieur de la bactérie, fournissant un approvisionnement illimité pour la recherche. [82] Un grand nombre de plasmides personnalisés rendent la manipulation de l'ADN extrait des bactéries relativement facile. [83]

Leur facilité d'utilisation en a fait d'excellents outils pour les scientifiques qui cherchent à étudier la fonction et l'évolution des gènes. Les organismes modèles les plus simples proviennent de bactéries, la majeure partie de notre compréhension initiale de la biologie moléculaire provenant de l'étude Escherichia coli. [84] Les scientifiques peuvent facilement manipuler et combiner des gènes au sein des bactéries pour créer des protéines nouvelles ou perturbées et observer l'effet que cela a sur divers systèmes moléculaires. Les chercheurs ont combiné les gènes des bactéries et des archées, ce qui a permis de mieux comprendre comment ces deux ont divergé dans le passé. [85] Dans le domaine de la biologie synthétique, ils ont été utilisés pour tester diverses approches synthétiques, de la synthèse de génomes à la création de nouveaux nucléotides. [86] [87] [88]

Les bactéries sont utilisées depuis longtemps dans la production alimentaire et des souches spécifiques ont été développées et sélectionnées pour ce travail à l'échelle industrielle. Ils peuvent être utilisés pour produire des enzymes, des acides aminés, des arômes et d'autres composés utilisés dans la production alimentaire. Avec l'avènement du génie génétique, de nouveaux changements génétiques peuvent facilement être introduits dans ces bactéries. La plupart des bactéries productrices d'aliments sont des bactéries lactiques, et c'est là que la majorité des recherches sur le génie génétique des bactéries productrices d'aliments sont allées. Les bactéries peuvent être modifiées pour fonctionner plus efficacement, réduire la production de sous-produits toxiques, augmenter la production, créer des composés améliorés et éliminer les voies inutiles. [89] Les produits alimentaires issus de bactéries génétiquement modifiées comprennent l'alpha-amylase, qui convertit l'amidon en sucres simples, la chymosine, qui coagule les protéines du lait pour la fabrication du fromage, et la pectinestérase, qui améliore la clarté des jus de fruits. [90] La majorité est produite aux États-Unis et même si des réglementations sont en place pour autoriser la production en Europe, depuis 2015, aucun produit alimentaire dérivé de bactéries n'y est actuellement disponible. [91]

Les bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour produire de grandes quantités de protéines à usage industriel. Généralement, les bactéries sont cultivées à un grand volume avant que le gène codant pour la protéine ne soit activé. Les bactéries sont ensuite récoltées et la protéine désirée purifiée à partir d'elles. [92] Le coût élevé de l'extraction et de la purification signifie que seuls des produits de grande valeur ont été produits à l'échelle industrielle. [93] La majorité de ces produits sont des protéines humaines à usage médical. [94] Beaucoup de ces protéines sont impossibles ou difficiles à obtenir par des méthodes naturelles et elles sont moins susceptibles d'être contaminées par des agents pathogènes, ce qui les rend plus sûres. [92] La première utilisation médicinale des bactéries GM était de produire la protéine insuline pour traiter le diabète. [95] D'autres médicaments produits incluent des facteurs de coagulation pour traiter l'hémophilie, [96] l'hormone de croissance humaine pour traiter diverses formes de nanisme, [97] [98] l'interféron pour traiter certains cancers, l'érythropoïétine pour les patients anémiques et l'activateur tissulaire du plasminogène qui dissout le sang caillots. [92] En dehors de la médecine, ils ont été utilisés pour produire des biocarburants. [99] Il existe un intérêt à développer un système d'expression extracellulaire au sein des bactéries pour réduire les coûts et rendre la production de plus de produits économique. [93]

Avec une meilleure compréhension du rôle que joue le microbiome dans la santé humaine, il est possible de traiter les maladies en modifiant génétiquement les bactéries pour qu'elles deviennent elles-mêmes des agents thérapeutiques. Les idées incluent la modification des bactéries intestinales afin qu'elles détruisent les bactéries nocives, ou l'utilisation de bactéries pour remplacer ou augmenter les enzymes ou les protéines déficientes. Un axe de recherche est de modifier Lactobacilles, des bactéries qui offrent naturellement une certaine protection contre le VIH, avec des gènes qui renforceront encore cette protection. Si les bactéries ne forment pas de colonies à l'intérieur du patient, la personne doit ingérer à plusieurs reprises les bactéries modifiées afin d'obtenir les doses requises. Permettre aux bactéries de former une colonie pourrait fournir une solution à plus long terme, mais pourrait également soulever des problèmes de sécurité car les interactions entre les bactéries et le corps humain sont moins bien comprises qu'avec les médicaments traditionnels. Certains craignent que le transfert horizontal de gènes à d'autres bactéries n'ait des effets inconnus. Depuis 2018, des essais cliniques sont en cours pour tester l'efficacité et l'innocuité de ces traitements. [100]

Depuis plus d'un siècle, les bactéries sont utilisées en agriculture. Des cultures ont été inoculées avec Rhizobia (et plus récemment Azospirille) pour augmenter leur production ou pour permettre leur culture en dehors de leur habitat d'origine. Application de Bacillus thuringiensis (Bt) et d'autres bactéries peuvent aider à protéger les cultures contre les infestations d'insectes et les maladies des plantes. Avec les progrès du génie génétique, ces bactéries ont été manipulées pour une efficacité accrue et une gamme d'hôtes élargie. Des marqueurs ont également été ajoutés pour aider à retracer la propagation de la bactérie. Les bactéries qui colonisent naturellement certaines cultures ont également été modifiées, dans certains cas pour exprimer les gènes Bt responsables de la résistance aux ravageurs. Pseudomonas les souches de bactéries causent des dommages dus au gel en nucléant l'eau en cristaux de glace autour d'elles. Cela a conduit au développement de bactéries sans glace, dont les gènes formant la glace ont été supprimés. Appliqués aux cultures, ils peuvent entrer en compétition avec les bactéries non modifiées et conférer une certaine résistance au gel. [101]

D'autres utilisations des bactéries génétiquement modifiées incluent la bioremédiation, où les bactéries sont utilisées pour convertir les polluants en une forme moins toxique. Le génie génétique peut augmenter les niveaux des enzymes utilisées pour dégrader une toxine ou pour rendre les bactéries plus stables dans des conditions environnementales. [102] Bioart a également été créé en utilisant des bactéries génétiquement modifiées. Dans les années 1980, l'artiste Jon Davis et le généticien Dana Boyd ont converti le symbole germanique de la féminité (ᛉ) en code binaire puis en une séquence d'ADN, qui a ensuite été exprimée en Escherichia coli. [103] Cela a été franchi une étape supplémentaire en 2012, lorsqu'un livre entier a été codé sur l'ADN. [104] Des peintures ont également été réalisées en utilisant des bactéries transformées avec des protéines fluorescentes. [103]

Les virus sont souvent modifiés afin de pouvoir être utilisés comme vecteurs d'insertion d'informations génétiques dans d'autres organismes. Ce processus est appelé transduction et en cas de succès, le destinataire de l'ADN introduit devient un OGM. Différents virus ont des efficacités et des capacités différentes. Les chercheurs peuvent l'utiliser pour contrôler divers facteurs, notamment l'emplacement cible, la taille de l'insert et la durée de l'expression des gènes. Toutes les séquences dangereuses inhérentes au virus doivent être supprimées, tandis que celles qui permettent au gène d'être délivré efficacement sont conservées. [105]

Alors que les vecteurs viraux peuvent être utilisés pour insérer de l'ADN dans presque n'importe quel organisme, il est particulièrement pertinent pour son potentiel dans le traitement des maladies humaines. Bien que principalement encore au stade des essais, [106] il y a eu quelques succès en utilisant la thérapie génique pour remplacer les gènes défectueux. Ceci est particulièrement évident dans la guérison des patients atteints d'immunodéficience combinée sévère résultant d'un déficit en adénosine désaminase (ADA-SCID), [107] bien que le développement de la leucémie chez certains patients ADA-SCID [108] ainsi que la mort de Jesse Gelsinger dans un essai de 1999 retardé le développement de cette approche pendant de nombreuses années. [109] En 2009, une autre percée a été réalisée lorsqu'un garçon de huit ans atteint d'amaurose congénitale de Leber a retrouvé une vue normale [109] et en 2016, GlaxoSmithKline a obtenu l'autorisation de commercialiser un traitement de thérapie génique pour l'ADA-SCID. [107] En 2018, un nombre important d'essais cliniques étaient en cours, notamment des traitements contre l'hémophilie, le glioblastome, la maladie granulomateuse chronique, la mucoviscidose et divers cancers. [108]

Le virus le plus couramment utilisé pour la délivrance de gènes provient des adénovirus car ils peuvent transporter jusqu'à 7,5 kb d'ADN étranger et infecter une gamme relativement large de cellules hôtes, bien qu'ils soient connus pour provoquer des réponses immunitaires chez l'hôte et ne fournir qu'une expression à court terme. . D'autres vecteurs courants sont les virus adéno-associés, qui ont une toxicité plus faible et une expression à plus long terme, mais ne peuvent transporter qu'environ 4 kb d'ADN. [108] Les virus de l'herpès simplex constituent des vecteurs prometteurs, ayant une capacité de charge de plus de 30 kb et fournissant une expression à long terme, bien qu'ils soient moins efficaces pour la délivrance de gènes que les autres vecteurs. [110] Les meilleurs vecteurs pour l'intégration à long terme du gène dans le génome de l'hôte sont les rétrovirus, mais leur propension à l'intégration aléatoire est problématique. Les lentivirus font partie de la même famille que les rétrovirus avec l'avantage d'infecter à la fois les cellules en division et non en division, alors que les rétrovirus ne ciblent que les cellules en division. D'autres virus qui ont été utilisés comme vecteurs comprennent les alphavirus, les flavivirus, les virus de la rougeole, les rhabdovirus, le virus de la maladie de Newcastle, les poxvirus et les picornavirus. [108]

La plupart des vaccins sont constitués de virus qui ont été atténués, désactivés, affaiblis ou tués d'une manière ou d'une autre, de sorte que leurs propriétés virulentes ne sont plus efficaces. Le génie génétique pourrait théoriquement être utilisé pour créer des virus dont les gènes virulents ont été supprimés. Cela n'affecte pas l'infectiosité des virus, invoque une réponse immunitaire naturelle et il n'y a aucune chance qu'ils retrouvent leur fonction de virulence, ce qui peut se produire avec d'autres vaccins. En tant que tels, ils sont généralement considérés comme plus sûrs et plus efficaces que les vaccins conventionnels, bien que des inquiétudes subsistent concernant les infections non ciblées, les effets secondaires potentiels et le transfert horizontal de gènes vers d'autres virus. [111] Une autre approche potentielle consiste à utiliser des vecteurs pour créer de nouveaux vaccins contre les maladies pour lesquelles aucun vaccin n'est disponible ou les vaccins qui ne fonctionnent pas efficacement, comme le SIDA, le paludisme et la tuberculose. [112] Le vaccin le plus efficace contre la tuberculose, le vaccin Bacillus Calmette-Guérin (BCG), n'offre qu'une protection partielle. Un vaccin modifié exprimant un M tuberculose l'antigène est capable d'améliorer la protection par le BCG. [113] Il s'est avéré sûr à utiliser lors des essais de phase II, bien que pas aussi efficace qu'on l'espérait initialement. [114] D'autres vaccins à base de vecteurs ont déjà été approuvés et bien d'autres sont en cours de développement. [112]

Une autre utilisation potentielle des virus génétiquement modifiés est de les modifier afin qu'ils puissent traiter directement les maladies. Cela peut se faire par l'expression de protéines protectrices ou en ciblant directement les cellules infectées. En 2004, des chercheurs ont signalé qu'un virus génétiquement modifié qui exploite le comportement égoïste des cellules cancéreuses pourrait offrir un moyen alternatif de tuer les tumeurs. [115] [116] Depuis lors, plusieurs chercheurs ont développé des virus oncolytiques génétiquement modifiés qui sont prometteurs comme traitements pour divers types de cancer. [117] [118] [119] [120] [121] En 2017, des chercheurs ont génétiquement modifié un virus pour exprimer des protéines de défensine d'épinard. Le virus a été injecté dans des orangers pour lutter contre la maladie du greening des agrumes qui avait réduit la production d'oranges de 70 % depuis 2005. [122]

Les maladies virales naturelles, telles que la myxomatose et la maladie hémorragique du lapin, ont été utilisées pour aider à contrôler les populations de ravageurs. Au fil du temps, les ravageurs survivants deviennent résistants, ce qui amène les chercheurs à rechercher des méthodes alternatives. Des virus génétiquement modifiés qui rendent les animaux cibles infertiles par immunocontraception ont été créés en laboratoire [123] ainsi que d'autres qui ciblent le stade de développement de l'animal. [124] L'utilisation de cette approche suscite des inquiétudes en ce qui concerne le confinement du virus [123] et l'infection inter-espèces. [125] Parfois, le même virus peut être modifié à des fins contrastées. La modification génétique du virus du myxome a été proposée pour conserver les lapins sauvages européens dans la péninsule ibérique et pour aider à les réguler en Australie. Pour protéger l'espèce ibérique des maladies virales, le virus du myxome a été génétiquement modifié pour immuniser les lapins, tandis qu'en Australie, le même virus du myxome a été génétiquement modifié pour réduire la fertilité de la population de lapins australiens. [126]

En dehors de la biologie, des scientifiques ont utilisé un virus génétiquement modifié pour construire une batterie lithium-ion et d'autres matériaux nanostructurés. Il est possible de concevoir des bactériophages pour exprimer des protéines modifiées à leur surface et les joindre dans des motifs spécifiques (une technique appelée phage display). Ces structures ont des utilisations potentielles pour le stockage et la production d'énergie, la biodétection et la régénération des tissus avec certains nouveaux matériaux actuellement produits, notamment les points quantiques, les cristaux liquides, les nanoanneaux et les nanofibres. [127] La ​​batterie a été fabriquée en concevant des bactériophages M13 afin qu'ils s'enrobent de phosphate de fer, puis s'assemblent le long d'un nanotube de carbone. Cela a créé un milieu hautement conducteur pour une utilisation dans une cathode, permettant à l'énergie d'être transférée rapidement. Ils pourraient être construits à des températures plus basses avec des produits chimiques non toxiques, ce qui les rend plus respectueux de l'environnement. [128]

Les champignons peuvent être utilisés pour plusieurs des mêmes processus que les bactéries. Pour les applications industrielles, les levures combinent les avantages bactériens d'être un organisme unicellulaire facile à manipuler et à cultiver avec les modifications protéiques avancées trouvées chez les eucaryotes. Ils peuvent être utilisés pour produire de grandes molécules complexes à utiliser dans les aliments, les produits pharmaceutiques, les hormones et les stéroïdes. [129] La levure est importante pour la production de vin et depuis 2016, deux levures génétiquement modifiées impliquées dans la fermentation du vin ont été commercialisées aux États-Unis et au Canada. L'un a augmenté l'efficacité de la fermentation malolactique, tandis que l'autre empêche la production de composés dangereux de carbamate d'éthyle pendant la fermentation. [89] Il y a également eu des progrès dans la production de biocarburant à partir de champignons génétiquement modifiés. [130]

Les champignons, étant les agents pathogènes les plus courants des insectes, font des biopesticides attrayants. Contrairement aux bactéries et aux virus, ils ont l'avantage de n'infecter les insectes que par contact, bien qu'ils soient surpassés en efficacité par les pesticides chimiques. Le génie génétique peut améliorer la virulence, généralement en ajoutant des protéines plus virulentes, [131] augmentant le taux d'infection ou augmentant la persistance des spores. [132] De nombreux vecteurs porteurs de maladies sont sensibles aux champignons entomopathogènes. Les moustiques, vecteurs de toute une série de maladies mortelles, dont le paludisme, la fièvre jaune et la dengue, constituent une cible attrayante pour la lutte biologique. Les moustiques peuvent évoluer rapidement, il devient donc un exercice d'équilibre de les tuer avant le Plasmodium ils portent devient la maladie infectieuse, mais pas si vite qu'ils deviennent résistants aux champignons. En manipulant génétiquement des champignons comme Metarhizium anisopliae et Beauveria bassiana pour retarder le développement de l'infectiosité des moustiques, la pression de sélection pour développer la résistance est réduite. [133] Une autre stratégie consiste à ajouter des protéines aux champignons qui bloquent la transmission du paludisme [133] ou à éliminer les Plasmodium tout à fait. [134]

Un champignon a été modifié génétiquement pour résister au brunissement, ce qui lui donne une durée de conservation plus longue. Le processus a utilisé CRISPR pour éliminer un gène qui code pour la polyphénol oxydase. Comme il n'a pas introduit d'ADN étranger dans l'organisme, il n'a pas été considéré comme étant réglementé par les cadres OGM existants et, en tant que tel, il s'agit du premier organisme édité par CRISPR à être approuvé pour la libération. [135] Cela a intensifié les débats quant à savoir si les organismes génétiquement modifiés devraient être considérés comme des organismes génétiquement modifiés [136] et comment ils devraient être réglementés. [137]

Les plantes ont été conçues pour la recherche scientifique, pour afficher de nouvelles couleurs de fleurs, administrer des vaccins et créer des cultures améliorées. De nombreuses plantes sont pluripotentes, ce qui signifie qu'une seule cellule d'une plante mature peut être récoltée et, dans les bonnes conditions, peut se développer en une nouvelle plante. Cette capacité peut être mise à profit par les ingénieurs génétiques en sélectionnant pour les cellules qui ont été transformées avec succès dans une plante adulte, une nouvelle plante peut ensuite être cultivée qui contient le transgène dans chaque cellule grâce à un processus appelé culture tissulaire. [138]

Une grande partie des avancées dans le domaine du génie génétique est venue de l'expérimentation avec le tabac. Des avancées majeures dans la culture tissulaire et les mécanismes cellulaires végétaux pour un large éventail de plantes ont pour origine les systèmes développés dans le tabac. [139] C'était la première plante à être modifiée à l'aide du génie génétique et est considérée comme un organisme modèle non seulement pour le génie génétique, mais aussi pour une gamme d'autres domaines. [140] En tant que tels, les outils et procédures transgéniques sont bien établis, faisant du tabac l'une des plantes les plus faciles à transformer. [141] Un autre organisme modèle majeur pertinent pour le génie génétique est Arabidopsis thaliana. Son petit génome et son cycle de vie court le rendent facile à manipuler et il contient de nombreux homologues d'espèces cultivées importantes. [142] C'était la première plante séquencée, elle dispose d'une multitude de ressources en ligne et peut être transformée en trempant simplement une fleur dans un Agrobactérie Solution. [143]

Dans la recherche, les plantes sont conçues pour aider à découvrir les fonctions de certains gènes. La façon la plus simple de le faire est de retirer le gène et de voir quel phénotype se développe par rapport à la forme de type sauvage. Toute différence est peut-être le résultat du gène manquant. Contrairement à la mutagénèse, le génie génétique permet une élimination ciblée sans perturber les autres gènes de l'organisme. [138] Certains gènes ne sont exprimés que dans certains tissus, de sorte que les gènes rapporteurs, comme GUS, peuvent être attachés au gène d'intérêt permettant la visualisation de l'emplacement. [144] D'autres façons de tester un gène consistent à le modifier légèrement, puis à le renvoyer à la plante et à voir s'il a toujours le même effet sur le phénotype. D'autres stratégies consistent à attacher le gène à un promoteur puissant et à voir ce qui se passe lorsqu'il est surexprimé, forçant un gène à s'exprimer à un endroit différent ou à différents stades de développement. [138]

Certaines plantes génétiquement modifiées sont purement ornementales. Ils sont modifiés pour la couleur des fleurs, le parfum, la forme des fleurs et l'architecture des plantes. [145] Les premières plantes ornementales génétiquement modifiées ont commercialisé une couleur altérée. [146] Les œillets ont été lancés en 1997, avec l'organisme génétiquement modifié le plus populaire, une rose bleue (en réalité lavande ou mauve) créée en 2004. [147] Les roses sont vendues au Japon, aux États-Unis et au Canada. [148] [149] Les autres plantes ornementales génétiquement modifiées comprennent Chrysanthème et Pétunia. [145] En plus d'augmenter la valeur esthétique, il est prévu de développer des plantes ornementales moins consommatrices d'eau ou résistantes au froid, ce qui permettrait de les cultiver en dehors de leur milieu naturel. [150]

Il a été proposé de modifier génétiquement certaines espèces végétales menacées d'extinction pour qu'elles soient résistantes aux plantes envahissantes et aux maladies, telles que l'agrile du frêne en Amérique du Nord et la maladie fongique, Ceratocystis platani, dans les platanes européens. [151] Le virus de la tache annulaire de la papaye a dévasté les papayers à Hawaï au XXe siècle jusqu'à ce que les papayes transgéniques reçoivent une résistance dérivée des agents pathogènes. [152] Cependant, la modification génétique pour la conservation des plantes reste principalement spéculative. Une préoccupation unique est qu'une espèce transgénique peut ne plus avoir assez de ressemblance avec l'espèce d'origine pour prétendre vraiment que l'espèce d'origine est conservée. Au lieu de cela, l'espèce transgénique peut être génétiquement suffisamment différente pour être considérée comme une nouvelle espèce, diminuant ainsi la valeur de conservation de la modification génétique. [151]

Cultures

Les cultures génétiquement modifiées sont des plantes génétiquement modifiées qui sont utilisées en agriculture. Les premières cultures développées ont été utilisées pour l'alimentation animale ou humaine et offrent une résistance à certains ravageurs, maladies, conditions environnementales, détérioration ou traitements chimiques (par exemple, résistance à un herbicide). La deuxième génération de cultures visait à améliorer la qualité, souvent en modifiant le profil nutritionnel. Les cultures génétiquement modifiées de troisième génération pourraient être utilisées à des fins non alimentaires, y compris la production d'agents pharmaceutiques, de biocarburants et d'autres biens industriels utiles, ainsi que pour la biorestauration. [153]

Il y a trois objectifs principaux à l'avancement agricole, à l'augmentation de la production, à l'amélioration des conditions pour les travailleurs agricoles et à la durabilité. Les cultures GM contribuent en améliorant les récoltes en réduisant la pression des insectes, en augmentant la valeur nutritive et en tolérant différents stress abiotiques. Malgré ce potentiel, à partir de 2018, les cultures commercialisées se limitent principalement aux cultures de rente comme le coton, le soja, le maïs et le canola et la grande majorité des caractères introduits offrent soit une tolérance aux herbicides, soit une résistance aux insectes. [153] Le soja représentait la moitié de toutes les cultures génétiquement modifiées plantées en 2014. [154] L'adoption par les agriculteurs a été rapide, entre 1996 et 2013, la surface totale des terres cultivées avec des cultures GM a été multipliée par 100. [155 ] Géographiquement, la propagation a été inégale, avec une forte croissance dans les Amériques et certaines parties de l'Asie et peu en Europe et en Afrique. [153] Sa propagation socio-économique a été plus uniforme, avec environ 54 % des cultures GM dans le monde cultivées dans les pays en développement en 2013. [155] Bien que des doutes aient été soulevés, [156] la plupart des études ont montré que la culture de cultures GM était bénéfique pour les agriculteurs. grâce à une diminution de l'utilisation de pesticides ainsi qu'à une augmentation du rendement des cultures et des bénéfices agricoles. [157] [158] [159]

La majorité des cultures GM ont été modifiées pour être résistantes à certains herbicides, généralement à base de glyphosate ou de glufosinate. Aux États-Unis, les cultures génétiquement modifiées conçues pour résister aux herbicides sont désormais plus disponibles que les variétés résistantes sélectionnées de manière conventionnelle [160], 93 % des graines de soja et la plupart du maïs GM cultivé est tolérant au glyphosate. [161] La plupart des gènes actuellement disponibles utilisés pour modifier la résistance des insectes proviennent de la Bacillus thuringiensis bactérie et code pour les endotoxines delta. Quelques-uns utilisent les gènes qui codent pour les protéines insecticides végétatives. [162] Le seul gène commercialement utilisé pour fournir une protection contre les insectes qui ne provient pas de B. thuringiensis est l'inhibiteur de la trypsine du niébé (CpTI). Le CpTI a été approuvé pour la première fois pour l'utilisation du coton en 1999 et est actuellement en cours d'essai sur le riz. [163] [164] Moins d'un pour cent des cultures GM contenaient d'autres caractéristiques, notamment la résistance aux virus, le retard de la sénescence et la modification de la composition des plantes. [154]

Le riz doré est la culture GM la plus connue qui vise à augmenter la valeur nutritive. Il a été conçu avec trois gènes qui biosynthétisent le bêta-carotène, un précurseur de la vitamine A, dans les parties comestibles du riz. [63] Il est destiné à produire un aliment enrichi destiné à être cultivé et consommé dans des zones présentant une pénurie alimentaire en vitamine A, [165] une carence qui, selon les estimations, tue chaque année 670 000 enfants de moins de 5 ans [166] et cause 500 000 cas supplémentaires de cécité infantile irréversible. [167] Le riz doré original produisait 1,6 μg/g de caroténoïdes, le développement ultérieur augmentant ce nombre 23 fois. [168] En 2018, il a obtenu ses premières autorisations d'utilisation comme aliment. [169]

Les plantes et les cellules végétales ont été génétiquement modifiées pour la production de produits biopharmaceutiques dans des bioréacteurs, un processus connu sous le nom de pharming. Le travail a été fait avec des lentilles d'eau Lemna mineur, [170] les algues Chlamydomonas reinhardtii [171] et la mousse Physcomitrella patens. [172] [173] Les produits biopharmaceutiques produits comprennent des cytokines, des hormones, des anticorps, des enzymes et des vaccins, dont la plupart sont accumulés dans les graines des plantes. De nombreux médicaments contiennent également des ingrédients végétaux naturels et les voies qui mènent à leur production ont été génétiquement modifiées ou transférées à d'autres espèces végétales pour produire un plus grand volume. [174] D'autres options pour les bioréacteurs sont les biopolymères [175] et les biocarburants.[176] Contrairement aux bactéries, les plantes peuvent modifier les protéines après la traduction, leur permettant de fabriquer des molécules plus complexes. Ils présentent également moins de risques d'être contaminés. [177] Des produits thérapeutiques ont été cultivés dans des cellules transgéniques de carotte et de tabac, [178] y compris un traitement médicamenteux pour la maladie de Gaucher. [179]

La production et le stockage de vaccins ont un grand potentiel dans les plantes transgéniques. Les vaccins sont chers à produire, à transporter et à administrer, donc avoir un système qui pourrait les produire localement permettrait un meilleur accès aux zones les plus pauvres et en développement. [174] En plus de purifier les vaccins exprimés dans les plantes, il est également possible de produire des vaccins comestibles dans les plantes. Les vaccins comestibles stimulent le système immunitaire lorsqu'ils sont ingérés pour se protéger contre certaines maladies. Le stockage dans des plantes réduit le coût à long terme car ils peuvent être disséminés sans avoir besoin de stockage au froid, n'ont pas besoin d'être purifiés et ont une stabilité à long terme. Le fait d'être également logé dans des cellules végétales offre une certaine protection contre les acides intestinaux lors de la digestion. Cependant, le coût de développement, de réglementation et de confinement des plantes transgéniques est élevé, ce qui conduit à l'application de la plupart des vaccins à base de plantes actuels à la médecine vétérinaire, où les contrôles ne sont pas aussi stricts. [180]

Les cultures génétiquement modifiées ont été proposées comme l'un des moyens de réduire les émissions de CO2 liées à l'agriculture en raison d'un rendement plus élevé, d'une utilisation réduite de pesticides, d'une utilisation réduite de carburant de tracteur et de l'absence de labour. Selon une étude de 2021, rien que dans l'UE, l'adoption généralisée des cultures génétiquement modifiées réduirait les émissions de gaz à effet de serre de 33 millions de tonnes d'équivalent CO2, soit 7,5% des émissions totales liées à l'agriculture. [181]

La grande majorité des animaux génétiquement modifiés sont au stade de la recherche et le nombre sur le point d'entrer sur le marché reste faible. [182] En 2018, seuls trois animaux génétiquement modifiés ont été approuvés, tous aux États-Unis. Une chèvre et un poulet ont été conçus pour produire des médicaments et un saumon a augmenté sa propre croissance. [183] ​​Malgré les différences et les difficultés à les modifier, les finalités sont sensiblement les mêmes que pour les plantes. Les animaux GM sont créés à des fins de recherche, de production de produits industriels ou thérapeutiques, d'utilisations agricoles ou d'amélioration de leur santé. Il existe également un marché pour la création d'animaux de compagnie génétiquement modifiés. [184]

Mammifères

Le processus de génie génétique des mammifères est lent, fastidieux et coûteux. Cependant, les nouvelles technologies rendent les modifications génétiques plus faciles et plus précises. [185] Les premiers mammifères transgéniques ont été produits en injectant de l'ADN viral dans des embryons puis en implantant les embryons dans des femelles. [186] L'embryon se développerait et on espère qu'une partie du matériel génétique sera incorporée dans les cellules reproductrices. Ensuite, les chercheurs devraient attendre que l'animal atteigne l'âge de reproduction, puis la progéniture serait dépistée pour la présence du gène dans chaque cellule. Le développement du système d'édition de gènes CRISPR-Cas9 comme moyen peu coûteux et rapide de modifier directement les cellules germinales, réduisant ainsi de moitié le temps nécessaire pour développer des mammifères génétiquement modifiés. [187]

Les mammifères sont les meilleurs modèles pour les maladies humaines, ce qui rend les mammifères génétiques essentiels à la découverte et au développement de remèdes et de traitements pour de nombreuses maladies graves. L'élimination des gènes responsables de troubles génétiques humains permet aux chercheurs d'étudier le mécanisme de la maladie et de tester des remèdes possibles. Les souris génétiquement modifiées ont été les mammifères les plus couramment utilisés dans la recherche biomédicale, car elles sont bon marché et faciles à manipuler. Les porcs sont également une bonne cible car ils ont une taille corporelle et des caractéristiques anatomiques, une physiologie, une réponse physiopathologique et un régime similaires. [188] Les primates non humains sont les organismes modèles les plus similaires aux humains, mais le public accepte moins de les utiliser comme animaux de recherche. [189] En 2009, les scientifiques ont annoncé qu'ils avaient transféré avec succès un gène dans une espèce de primate (ouistitis) pour la première fois. [190] [191] Leur première cible de recherche pour ces ouistitis était la maladie de Parkinson, mais ils envisageaient également la sclérose latérale amyotrophique et la maladie de Huntington. [192]

Les protéines humaines exprimées chez les mammifères sont plus susceptibles d'être similaires à leurs homologues naturelles que celles exprimées dans les plantes ou les micro-organismes. Une expression stable a été obtenue chez des moutons, des porcs, des rats et d'autres animaux. En 2009, le premier médicament biologique humain produit à partir d'un tel animal, une chèvre, a été approuvé. Le médicament, ATryn, est un anticoagulant qui réduit la probabilité de caillots sanguins pendant la chirurgie ou l'accouchement et est extrait du lait de chèvre. [193] L'alpha-1-antitrypsine humaine est une autre protéine produite à partir de chèvres et utilisée pour traiter les humains atteints de cette déficience. [194] Un autre domaine médicinal est la création de porcs avec une plus grande capacité de transplantation d'organes humains (xénotransplantation). Les porcs ont été génétiquement modifiés afin que leurs organes ne puissent plus porter de rétrovirus [195] ou avoir des modifications pour réduire le risque de rejet. [196] [197] Des poumons de porc provenant de porcs génétiquement modifiés sont envisagés pour une transplantation chez l'homme. [198] [199] Il est même possible de créer des porcs chimériques pouvant porter des organes humains. [188] [200]

Le bétail est modifié dans le but d'améliorer des caractéristiques économiquement importantes telles que le taux de croissance, la qualité de la viande, la composition du lait, la résistance aux maladies et la survie. Les animaux ont été conçus pour grandir plus vite, être en meilleure santé [201] et résister aux maladies. [202] Des modifications ont également amélioré la production de laine des moutons et la santé du pis des vaches. [182] Les chèvres ont été génétiquement modifiées pour produire du lait avec de fortes protéines de soie ressemblant à des toiles d'araignée dans leur lait. [203] Un porc GM appelé Enviropig a été créé avec la capacité de digérer le phosphore végétal plus efficacement que les porcs conventionnels. [204] [205] Ils pourraient réduire la pollution de l'eau puisqu'ils excrètent 30 à 70 % moins de phosphore dans le fumier. [204] [206] Les vaches laitières ont été génétiquement modifiées pour produire du lait qui serait le même que le lait maternel humain. [207] Cela pourrait potentiellement bénéficier aux mères qui ne peuvent pas produire de lait maternel mais qui souhaitent que leurs enfants aient du lait maternel plutôt que du lait maternisé. [208] [209] Les chercheurs ont également développé une vache génétiquement modifiée qui produit du lait sans allergie. [210]

Les scientifiques ont génétiquement modifié plusieurs organismes, dont certains mammifères, pour inclure la protéine fluorescente verte (GFP), à des fins de recherche. [211] La GFP et d'autres gènes rapporteurs similaires permettent une visualisation et une localisation faciles des produits de la modification génétique. [212] Les porcs fluorescents ont été élevés pour étudier les greffes d'organes humains, la régénération des cellules photoréceptrices oculaires et d'autres sujets. [213] En 2011, des chats fluorescents verts ont été créés pour aider à trouver des thérapies contre le VIH/sida et d'autres maladies [214], car le virus de l'immunodéficience féline est lié au VIH. [215]

Il a été suggéré que le génie génétique pourrait être utilisé pour ramener les animaux de l'extinction. Il s'agit de changer le génome d'un parent vivant proche pour ressembler à celui éteint et est actuellement tenté avec le pigeon voyageur. [216] Des gènes associés au mammouth laineux ont été ajoutés au génome d'un éléphant d'Afrique, bien que le chercheur principal dise qu'il n'a pas l'intention de créer des éléphants vivants et de transférer tous les gènes et d'inverser des années d'évolution génétique est loin d'être réalisable. [217] [218] Il est plus probable que les scientifiques pourraient utiliser cette technologie pour conserver les animaux en voie de disparition en ramenant la diversité perdue ou en transférant les avantages génétiques évolués des organismes adaptés à ceux qui luttent. [219]

Humains

La thérapie génique [220] utilise des virus génétiquement modifiés pour délivrer des gènes qui peuvent guérir des maladies chez l'homme. Bien que la thérapie génique soit encore relativement nouvelle, elle a connu quelques succès. Il a été utilisé pour traiter des troubles génétiques tels que l'immunodéficience combinée sévère, [221] et l'amaurose congénitale de Leber. [222] Des traitements sont également en cours de développement pour une gamme d'autres maladies actuellement incurables, telles que la mucoviscidose, [223] la drépanocytose, [224] la maladie de Parkinson, [225] [226] le cancer, [227] [228] [ 229] le diabète, [230] les maladies cardiaques [231] et la dystrophie musculaire. [232] Ces traitements n'affectent que les cellules somatiques, ce qui signifie que tout changement ne serait pas héréditaire. La thérapie génique germinale rend tout changement héréditaire, ce qui a soulevé des inquiétudes au sein de la communauté scientifique. [233] [234]

En 2015, CRISPR a été utilisé pour modifier l'ADN d'embryons humains non viables. [235] [236] En novembre 2018, He Jiankui a annoncé qu'il avait modifié les génomes de deux embryons humains, dans le but de désactiver le CCR5 gène, qui code pour un récepteur que le VIH utilise pour pénétrer dans les cellules. Il a déclaré que des jumelles, Lulu et Nana, étaient nées quelques semaines plus tôt et qu'elles portaient des copies fonctionnelles de CCR5 avec un CCR5 handicapé (mosaïcisme) et qu'elles étaient toujours vulnérables au VIH. Le travail a été largement condamné comme contraire à l'éthique, dangereux et prématuré. [237]

Les poissons génétiquement modifiés sont utilisés pour la recherche scientifique, comme animaux de compagnie et comme source de nourriture. L'aquaculture est une industrie en pleine croissance, fournissant actuellement plus de la moitié du poisson consommé dans le monde. [239] Grâce au génie génétique, il est possible d'augmenter les taux de croissance, de réduire l'apport alimentaire, d'éliminer les propriétés allergènes, d'augmenter la tolérance au froid et de fournir une résistance aux maladies. Les poissons peuvent également être utilisés pour détecter la pollution aquatique ou fonctionner comme des bioréacteurs. [240]

Plusieurs groupes ont développé le poisson zèbre pour détecter la pollution en attachant des protéines fluorescentes à des gènes activés par la présence de polluants. Le poisson brillera alors et pourra être utilisé comme capteur environnemental. [241] [242] Le GloFish est une marque de poisson zèbre fluorescent génétiquement modifié avec une couleur fluorescente rouge vif, verte et orange. Il a été développé à l'origine par l'un des groupes pour détecter la pollution, mais fait maintenant partie du commerce des poissons d'ornement, devenant le premier animal génétiquement modifié à devenir accessible au public comme animal de compagnie lorsqu'en 2003, il a été introduit à la vente aux États-Unis. [243]

Les poissons GM sont largement utilisés dans la recherche fondamentale en génétique et développement. Deux espèces de poissons, le poisson zèbre et le médaka, sont le plus souvent modifiées car elles ont des chorions optiquement clairs (membranes dans l'œuf), se développent rapidement et l'embryon à une cellule est facile à voir et à micro-injecter avec de l'ADN transgénique. [244] Le poisson zèbre est un organisme modèle pour les processus de développement, la régénération, la génétique, le comportement, les mécanismes de la maladie et les tests de toxicité. [245] Leur transparence permet aux chercheurs d'observer les stades de développement, les fonctions intestinales et la croissance tumorale. [246] [247] La ​​génération de protocoles transgéniques (organisme entier, cellule ou tissu spécifique, étiqueté avec des gènes rapporteurs) a augmenté le niveau d'information obtenu en étudiant ces poissons. [248]

Les poissons GM ont été développés avec des promoteurs entraînant une surproduction d'hormone de croissance à utiliser dans l'industrie aquacole pour augmenter la vitesse de développement et potentiellement réduire la pression de pêche sur les stocks sauvages. Cela a entraîné une amélioration spectaculaire de la croissance de plusieurs espèces, dont le saumon, [249] la truite [250] et le tilapia. [251] AquaBounty Technologies, une entreprise de biotechnologie, a produit un saumon (appelé saumon AquAdvantage) qui peut mûrir en deux fois moins de temps que le saumon sauvage. [252] Il a obtenu l'approbation réglementaire en 2015, le premier aliment OGM non végétal à être commercialisé. [253] Depuis août 2017, le saumon OGM est vendu au Canada. [254] Les ventes aux États-Unis devraient démarrer au second semestre 2019. [255]

Insectes

En recherche biologique, les mouches des fruits transgéniques (Drosophila melanogaster) sont des organismes modèles utilisés pour étudier les effets des changements génétiques sur le développement. [257] Les mouches des fruits sont souvent préférées aux autres animaux en raison de leur cycle de vie court et de leurs faibles besoins d'entretien. Ils ont également un génome relativement simple par rapport à de nombreux vertébrés, avec généralement une seule copie de chaque gène, ce qui facilite l'analyse phénotypique. [258] Drosophile ont été utilisés pour étudier la génétique et l'hérédité, le développement embryonnaire, l'apprentissage, le comportement et le vieillissement. [259] La découverte des transposons, en particulier l'élément p, dans Drosophile ont fourni une première méthode pour ajouter des transgènes à leur génome, bien que cela ait été repris par des techniques d'édition de gènes plus modernes. [260]

En raison de leur importance pour la santé humaine, les scientifiques cherchent des moyens de lutter contre les moustiques grâce au génie génétique. Des moustiques résistants au paludisme ont été développés en laboratoire en insérant un gène qui réduit le développement du parasite du paludisme [261], puis en utilisant des endonucléases autodirectrices pour propager rapidement ce gène dans toute la population masculine (appelé forçage génétique). [262] [263] Cette approche a été poussée plus loin en utilisant le forçage génétique pour propager un gène mortel. [264] [265] Dans les essais, les populations de Aedes aegypti les moustiques, le principal vecteur de la dengue et du virus Zika, ont été réduits de 80 à 90 %. [266] [267] [265] Une autre approche consiste à utiliser une technique d'insecte stérile, par laquelle les mâles génétiquement modifiés pour être stériles rivalisent avec les mâles viables, afin de réduire le nombre de populations. [268]

D'autres insectes nuisibles qui font des cibles attrayantes sont les mites. La teigne des crucifères cause de 4 à 5 milliards de dollars US de dommages chaque année dans le monde. [269] L'approche est similaire à la technique stérile testée sur les moustiques, où les mâles sont transformés avec un gène qui empêche toute femelle née d'atteindre la maturité. [270] Ils ont subi des essais sur le terrain en 2017. [269] Des papillons de nuit génétiquement modifiés ont déjà été libérés lors d'essais sur le terrain. [271] Dans ce cas, une souche de ver rose de la capsule stérilisée par rayonnement a été génétiquement modifiée pour exprimer une protéine fluorescente rouge, ce qui permet aux chercheurs de les surveiller plus facilement. [272]

Le ver à soie, le stade larvaire de Bombyx mori, est un insecte économiquement important en sériciculture. Les scientifiques développent des stratégies pour améliorer la qualité et la quantité de la soie. Il est également possible d'utiliser les machines de production de soie pour fabriquer d'autres protéines précieuses. [273] Les protéines actuellement développées pour être exprimées par les vers à soie comprennent l'albumine sérique humaine, la chaîne α du collagène humain, les anticorps monoclonaux de souris et la N-glycanase. [274] Des vers à soie ont été créés pour produire de la soie d'araignée, une soie plus résistante mais extrêmement difficile à récolter, [275] et même de nouvelles soies. [276]

Autre

Des systèmes ont été développés pour créer des organismes transgéniques dans une grande variété d'autres animaux. Les poulets ont été génétiquement modifiés à diverses fins. Cela comprend l'étude du développement de l'embryon, [277] la prévention de la transmission de la grippe aviaire [278] et la fourniture d'informations sur l'évolution en utilisant l'ingénierie inverse pour recréer des phénotypes de type dinosaure. [279] Un poulet GM qui produit le médicament Kanuma, une enzyme qui traite une maladie rare, dans son œuf a passé l'approbation réglementaire américaine en 2015. [280] Grenouilles génétiquement modifiées, en particulier Xénope laevis et Xenopus tropicalis, sont utilisés dans la recherche en biologie du développement. Les grenouilles GM peuvent également être utilisées comme capteurs de pollution, en particulier pour les produits chimiques perturbateurs endocriniens. [281] Il y a des propositions d'utiliser le génie génétique pour contrôler les crapauds de canne en Australie. [282] [283]

Le nématode Caenorhabditis elegans est l'un des organismes modèles majeurs pour la recherche en biologie moléculaire. [284] L'interférence ARN (ARNi) a été découverte dans C. elegans [285] et pourrait être induite en leur alimentant simplement des bactéries modifiées pour exprimer l'ARN double brin. [286] Il est également relativement facile de produire des nématodes transgéniques stables et ceci avec l'ARNi sont les principaux outils utilisés dans l'étude de leurs gènes. [287] L'utilisation la plus courante des nématodes transgéniques a été l'étude de l'expression et de la localisation des gènes en attachant des gènes rapporteurs. Les transgènes peuvent également être combinés avec des techniques d'ARNi pour sauver des phénotypes, étudier la fonction des gènes, imager le développement cellulaire en temps réel ou contrôler l'expression pour différents tissus ou stades de développement. [287] Les nématodes transgéniques ont été utilisés pour étudier les virus, [288] la toxicologie, [289] les maladies, [290] [291] et pour détecter les polluants environnementaux. [292]

Le gène responsable de l'albinisme chez les concombres de mer a été découvert et utilisé pour fabriquer des concombres de mer blancs, un mets rare. La technologie ouvre également la voie à l'enquête sur les gènes responsables de certains des traits les plus inhabituels des concombres, notamment l'hibernation en été, l'éviscération de leurs intestins et la dissolution de leur corps à la mort. [293] Les vers plats ont la capacité de se régénérer à partir d'une seule cellule. [294] Jusqu'en 2017, il n'existait aucun moyen efficace de les transformer, ce qui a entravé la recherche. En utilisant la micro-injection et les radiations, les scientifiques ont maintenant créé les premiers vers plats génétiquement modifiés. [295] Le ver à poils, un annélide marin, a été modifié. Il est intéressant en raison de son cycle de reproduction synchronisé avec les phases lunaires, sa capacité de régénération et son taux d'évolution lent. [296] Cnidaires tels que Hydre et l'anémone de mer Nematostella vectensis sont des organismes modèles intéressants pour étudier l'évolution de l'immunité et certains processus de développement. [297] Les autres animaux génétiquement modifiés comprennent les escargots, [298] les geckos, les tortues, [299] les écrevisses, les huîtres, les crevettes, les palourdes, les ormeaux [300] et les éponges. [301]

Les organismes génétiquement modifiés sont réglementés par les agences gouvernementales. Cela s'applique à la recherche ainsi qu'à la dissémination d'organismes génétiquement modifiés, y compris les cultures et les aliments. L'élaboration d'un cadre réglementaire concernant le génie génétique a commencé en 1975, à Asilomar, en Californie. La réunion d'Asilomar a recommandé un ensemble de directives concernant l'utilisation prudente de la technologie recombinante et de tout produit résultant de cette technologie. [302] Le Protocole de Cartagena sur la prévention des risques biotechnologiques a été adopté le 29 janvier 2000 et est entré en vigueur le 11 septembre 2003. [303] Il s'agit d'un traité international qui régit le transfert, la manipulation et l'utilisation des organismes génétiquement modifiés. [304] Cent cinquante-sept pays sont membres du Protocole et beaucoup l'utilisent comme point de référence pour leur propre réglementation. [305]

Les universités et les instituts de recherche ont généralement un comité spécial qui est chargé d'approuver toutes les expériences impliquant le génie génétique. De nombreuses expériences nécessitent également l'autorisation d'un groupe de réglementation ou d'une législation nationale. Tout le personnel doit être formé à l'utilisation des OGM et tous les laboratoires doivent obtenir l'approbation de leur organisme de réglementation pour travailler avec des OGM. [306] La législation couvrant les OGM est souvent dérivée des réglementations et des directives en place pour la version non-OGM de l'organisme, bien qu'elles soient plus sévères. [307] Il existe un système quasi universel d'évaluation des risques relatifs associés aux OGM et autres agents pour le personnel de laboratoire et la communauté. Ils sont classés dans l'une des quatre catégories de risque en fonction de leur virulence, de la gravité de la maladie, du mode de transmission et de la disponibilité de mesures ou de traitements préventifs. Il existe quatre niveaux de biosécurité dans lesquels un laboratoire peut tomber, allant du niveau 1 (qui convient pour travailler avec des agents non associés à une maladie) au niveau 4 (travailler avec des agents potentiellement mortels). Différents pays utilisent une nomenclature différente pour décrire les niveaux et peuvent avoir des exigences différentes pour ce qui peut être fait à chaque niveau. [307]

Il existe des différences dans la réglementation de la dissémination des OGM entre les pays, certaines des différences les plus marquées se produisant entre les États-Unis et l'Europe. [308] La réglementation varie dans un pays donné en fonction de l'utilisation prévue des produits du génie génétique.Par exemple, une culture non destinée à un usage alimentaire n'est généralement pas examinée par les autorités responsables de la sécurité sanitaire des aliments. [309] Certains pays ont interdit la dissémination d'OGM ou restreint leur utilisation, et d'autres les autorisent avec des degrés de réglementation très différents. [310] [311] [312] [313] En 2016, trente-huit pays interdisent ou interdisent officiellement la culture des OGM et neuf (Algérie, Bhoutan, Kenya, Kirghizistan, Madagascar, Pérou, Russie, Venezuela et Zimbabwe) interdisent leur importation. [314] La plupart des pays qui n'autorisent pas la culture d'OGM autorisent la recherche utilisant des OGM. [315]

L'Union européenne (UE) fait la distinction entre l'approbation pour la culture au sein de l'UE et l'approbation pour l'importation et la transformation. [316] Alors que seuls quelques OGM ont été approuvés pour la culture dans l'UE, un certain nombre d'OGM ont été approuvés pour l'importation et la transformation. [317] La ​​culture des OGM a déclenché un débat sur le marché des OGM en Europe. [318] Selon les réglementations sur la coexistence, les incitations à la culture de plantes GM diffèrent. [319] La politique américaine ne se concentre pas autant sur le processus que d'autres pays, examine les risques scientifiques vérifiables et utilise le concept d'équivalence substantielle. [320] La question de savoir si les organismes génétiquement modifiés devraient être réglementés de la même manière que les organismes génétiquement modifiés est débattue. La réglementation américaine les considère comme séparés et ne les réglemente pas dans les mêmes conditions, tandis qu'en Europe, un OGM est tout organisme créé à l'aide de techniques de génie génétique. [24]

L'une des questions clés concernant les régulateurs est de savoir si les produits GM doivent être étiquetés. La Commission européenne affirme que l'étiquetage et la traçabilité obligatoires sont nécessaires pour permettre un choix éclairé, éviter d'éventuelles publicités mensongères [321] et faciliter le retrait des produits si des effets néfastes sur la santé ou l'environnement sont découverts. [322] L'American Medical Association [323] et l'American Association for the Advancement of Science [324] affirment que l'absence de preuves scientifiques d'un préjudice, même l'étiquetage volontaire est trompeur et alarmera à tort les consommateurs. L'étiquetage des produits OGM sur le marché est obligatoire dans 64 pays. [325] L'étiquetage peut être obligatoire jusqu'à un certain niveau de teneur en OGM (qui varie selon les pays) ou volontaire. Au Canada et aux États-Unis, l'étiquetage des aliments GM est volontaire, [326] alors qu'en Europe, tous les aliments (y compris les aliments transformés) ou aliments pour animaux qui contiennent plus de 0,9 % d'OGM approuvés doivent être étiquetés. [327] En 2014, les ventes de produits étiquetés comme non-OGM ont augmenté de 30 % pour atteindre 1,1 milliard de dollars. [328]

Il existe une controverse sur les OGM, notamment en ce qui concerne leur dissémination en dehors des environnements de laboratoire. Le différend implique des consommateurs, des producteurs, des sociétés de biotechnologie, des organismes de réglementation gouvernementaux, des organisations non gouvernementales et des scientifiques. Bon nombre de ces préoccupations concernent les cultures GM et si les aliments produits à partir de celles-ci sont sûrs et quel impact leur culture aura sur l'environnement. Ces controverses ont conduit à des litiges, des différends commerciaux internationaux et des protestations, ainsi qu'à une réglementation restrictive des produits commerciaux dans certains pays. [329] La plupart des préoccupations concernent les effets sur la santé et l'environnement des OGM. Il s'agit notamment de savoir s'ils peuvent provoquer une réaction allergique, si les transgènes pourraient être transférés dans des cellules humaines et si des gènes non approuvés pour la consommation humaine pourraient se croiser dans l'approvisionnement alimentaire. [330]

Il existe un consensus scientifique [331] [332] [333] [334] selon lequel les aliments actuellement disponibles dérivés de cultures GM ne présentent pas de plus grand risque pour la santé humaine que les aliments conventionnels, [335] [336] [337] [338] [339 ] mais que chaque aliment GM doit être testé au cas par cas avant d'être introduit. [340] [341] [342] Néanmoins, les membres du public sont beaucoup moins susceptibles que les scientifiques de percevoir les aliments GM comme sûrs. [343] [344] [345] [346] Le statut juridique et réglementaire des aliments GM varie selon les pays, certains pays les interdisant ou les restreignant, et d'autres les autorisant avec des degrés de réglementation très différents. [347] [348] [349] [350]

Le flux de gènes entre les cultures GM et les plantes compatibles, ainsi que l'utilisation accrue d'herbicides à large spectre, [351] peuvent augmenter le risque de populations de mauvaises herbes résistantes aux herbicides. [352] Le débat sur l'étendue et les conséquences du flux de gènes s'est intensifié en 2001 lorsqu'un article a été publié montrant que des transgènes avaient été trouvés dans le maïs landrace au Mexique, le centre de diversité de la culture. [353] [354] Le flux de gènes des cultures GM vers d'autres organismes s'est avéré généralement inférieur à ce qui se produirait naturellement. [355] Afin de répondre à certaines de ces préoccupations, certains OGM ont été développés avec des traits pour aider à contrôler leur propagation. Pour empêcher le saumon génétiquement modifié de se reproduire par inadvertance avec le saumon sauvage, tous les poissons élevés pour l'alimentation sont des femelles, triploïdes, dont 99% sont reproducteurs stériles et élevés dans des zones où les saumons échappés ne pourraient pas survivre. [356] [357] Les bactéries ont également été modifiées pour dépendre de nutriments qui ne peuvent pas être trouvés dans la nature, [358] et une technologie de restriction de l'utilisation génétique a été développée, mais pas encore commercialisée, ce qui rend la deuxième génération de plantes GM stérile . [359]

D'autres préoccupations environnementales et agronomiques incluent une diminution de la biodiversité, une augmentation des ravageurs secondaires (parasites non ciblés) et l'évolution des insectes ravageurs résistants. [360] [361] [362] Dans les régions de Chine et des États-Unis avec des cultures Bt, la biodiversité globale des insectes a augmenté et l'impact des parasites secondaires a été minime. La résistance s'est avérée lente à évoluer lorsque les stratégies de meilleures pratiques étaient suivies. [363] L'impact des cultures Bt sur les organismes bénéfiques non ciblés est devenu un problème public après qu'un article de 1999 a suggéré qu'elles pourraient être toxiques pour les papillons monarques. Des études de suivi ont depuis montré que les niveaux de toxicité rencontrés sur le terrain n'étaient pas suffisamment élevés pour nuire aux larves. [364]

Les accusations selon lesquelles les scientifiques « jouent à Dieu » et d'autres problèmes religieux ont été attribuées à la technologie depuis le début. [365] La capacité de modifier génétiquement les humains étant désormais possible, il existe des préoccupations éthiques quant à la portée de cette technologie ou à son utilisation. [366] De nombreux débats tournent autour de la limite entre le traitement et l'amélioration et si les modifications devraient être héréditaires. [367] D'autres préoccupations incluent la contamination de l'approvisionnement alimentaire non génétiquement modifié, [368] [369] la rigueur du processus réglementaire, [370] [371] la consolidation du contrôle de l'approvisionnement alimentaire dans les entreprises qui fabriquent et vendent des OGM, [372] exagération des avantages de la modification génétique, [373] ou inquiétudes concernant l'utilisation d'herbicides avec le glyphosate. [374] Les autres questions soulevées comprennent le brevetage du vivant [375] et l'utilisation des droits de propriété intellectuelle. [376]

Il existe de grandes différences dans l'acceptation des OGM par les consommateurs, les Européens étant plus susceptibles de voir les aliments GM de manière négative que les Nord-Américains. [377] Les OGM sont arrivés sur la scène car la confiance du public dans la sécurité alimentaire, attribuée aux récentes alertes alimentaires telles que l'encéphalopathie spongiforme bovine et d'autres scandales impliquant une réglementation gouvernementale des produits en Europe, était faible. [378] Ceci ainsi que les campagnes menées par diverses organisations non gouvernementales (ONG) ont été très efficaces pour bloquer ou limiter l'utilisation des cultures GM. [379] Des ONG comme l'Organic Consumers Association, l'Union of Concerned Scientists, [380] [381] [382] Greenpeace et d'autres groupes ont déclaré que les risques n'avaient pas été correctement identifiés et gérés [383] et qu'il y avait des questions sans réponse concernant l'impact potentiel à long terme sur la santé humaine des aliments dérivés des OGM. Ils proposent un étiquetage obligatoire [384] [385] ou un moratoire sur ces produits. [372] [370] [386]

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Remerciements

Nous remercions W. Dwyer et J. Krupp pour les discussions utiles. G.S.D. est financé par le programme Faculty for the Future de la Fondation Schlumberger et le Resnick Sustainability Institute. C.T.J. reconnaît le soutien du programme de bourses de recherche d'études supérieures de la National Science Foundation. Nous reconnaissons le soutien d'un Burroughs Wellcome Fund Career Award à la Scientific Interface (CASI) (MPL), un Beckman Foundation Young Investigator Award (MPL), un USDA AFRI Award (MPL), un USDA NIFA Award (MPL), un CZI deep prix de l'imagerie tissulaire (MPL) et un prix FFAR Nouvel Innovateur (MPL). M.P.L. est un enquêteur du Chan Zuckerberg Biohub. Cette recherche a été financée, en partie, par le département américain de l'énergie, le bureau des sciences, le bureau de la recherche biologique et environnementale, la subvention du programme de sciences génomiques no. DE-DE-SC0020366 (SYR, JCM, MPL et DWE) et DE-SC0018277 (SYR), le DOE Joint BioEnergy Institute (http://www.jbei.org) soutenu par le US Department of Energy, Office of Science, Office of Biological and Environmental Research, dans le cadre du contrat DE-AC02-05CH11231 entre le Lawrence Berkeley National Laboratory (JCM) et le US Department of Energy, et la US National Science Foundation accorde IOS-1546838 (SYR) et MCB-1617020 (SYR).


Les ingénieurs en génétique utilisent diverses manières pour insérer de nouveaux gènes dans les cellules hôtes. Pour les cellules végétales, qui ont des parois cellulaires épaisses, l'un des meilleurs moyens d'introduire de l'ADN étranger dans la cellule est de le projeter à travers le tissu végétal à l'aide d'un canon à gènes.

  1. Un chercheur enrobe des particules d'or ou de tungstène avec de l'ADN et les place au bout d'une balle en plastique microscopique.
  2. La balle en plastique est placée dans le canon à gènes et dirigée vers le tissu végétal cible.
  3. Une rafale d'hélium propulse la balle jusqu'au bout du canon. Les particules d'or contenant l'ADN sont libérées, tandis que la balle reste dans le pistolet.
  4. Les particules pénètrent dans le cytoplasme de certaines cellules du tissu cible. L'ADN est libéré des particules d'or et se déplace dans le noyau de la cellule végétale, où il se combine finalement avec l'ADN de la cellule.

Les empreintes digitales pourraient-elles être potentiellement modifiées à l'aide d'un pistolet à gènes ? - La biologie

L'amélioration des cultures à l'aide de la génétique se produit depuis des années. Traditionnellement, l'amélioration des cultures était réalisée en sélectionnant les meilleures plantes/graines et en les conservant pour les planter pour la récolte de l'année suivante.

Une fois que la science de la génétique a été mieux comprise, les sélectionneurs de plantes ont utilisé ce qu'ils savaient sur les gènes d'une plante pour sélectionner des traits spécifiques souhaitables. Ce type de modification génétique, appelé sélection végétale traditionnelle, modifie la composition génétique des plantes en réalisant des croisements et en sélectionnant de nouvelles combinaisons de génotypes supérieurs. La sélection végétale traditionnelle existe depuis des centaines d'années et est encore couramment utilisée aujourd'hui.

La sélection végétale est un outil important, mais elle a des limites. Premièrement, la reproduction ne peut se faire qu'entre deux plantes qui peuvent s'accoupler sexuellement. Cela limite les nouveaux traits qui peuvent être ajoutés à ceux qui existent déjà dans cette espèce. Deuxièmement, lorsque les plantes sont accouplées (croisées), de nombreux caractères sont transférés avec le caractère d'intérêt, y compris des caractères ayant des effets indésirables sur le potentiel de rendement.

Étape 1 : Extraction d'ADN
Le processus de génie génétique nécessite la réussite d'une série de cinq étapes.

Étape 4 : Transformation
Le gène modifié est maintenant prêt pour la quatrième étape du processus, la transformation ou l'insertion du gène.

Puisque les plantes ont des millions de cellules, il serait impossible d'insérer une copie du transgène dans chaque cellule. Par conséquent, la culture tissulaire est utilisée pour propager des masses de cellules végétales indifférenciées appelées cals. Ce sont les cellules auxquelles le nouveau transgène sera ajouté.

Le processus de génie génétique des plantes
L'ensemble du processus de génie génétique est fondamentalement le même pour n'importe quelle plante. La durée nécessaire pour effectuer les cinq étapes du début à la fin varie en fonction du gène, des espèces cultivées, des ressources disponibles et de l'approbation réglementaire. Cela peut prendre de 6 à 15 ans et plus avant qu'un nouvel hybride transgénique soit prêt à être diffusé pour être cultivé dans les champs de production.


Micropropagation dans les plantes : compréhension de la 9e année pour la biologie iGCSE 5.17B 5.18B

Clonage est le processus de production de nombreux génétiquement identique organismes. Je vais écrire deux articles sur le clonage : celui-ci sur le clonage des plantes et puis plus tard, un deuxième article sur le clonage des animaux. Au fur et à mesure que ce blog s'agrandit pour couvrir l'intégralité de la spécification iGCSE, cela signifie que je devrai bloguer sur certains des sujets les moins passionnants (pour moi du moins) en biologie. La micropropagation des plantes ne me touche pas de la même manière que les autres sujets, donc je m'excuse d'avance si ce post est plutôt ennuyeux

Clonage dans les plantes

Les plantes sont relativement simples à cloner, du moins par rapport aux animaux. Leurs corps sont constitués de moins de tissus et le programme de développement génétique des plantes est suffisamment simple pour que de nombreuses cellules conservent leur totipotence dans la maturité. Le processus de micropropagation, aussi connu sous le nom culture tissulaire, est le principal mécanisme de clonage d'une plante. De petits échantillons d'une plante adulte sont découpés. Ces minuscules explants peut être stérilisé dans de l'eau de Javel diluée pour tuer les bactéries et les champignons de surface, puis cultivé dans un milieu de culture approprié. Les explants se divisent par mitose et se développent, mais si les produits chimiques contenus dans le milieu de croissance sont corrects, ils commenceront également à se différencier en racines, pousses et feuilles.

L'expérience que vous aurez faite à ce sujet à l'école consiste à cloner des plants de chou-fleur. Un chou-fleur peut être divisé en plusieurs milliers de explants et ceux-ci sont cultivés sur Milieu de croissance Murashiga et Skoog. Ce milieu M&S contient les minéraux, les sucres et les acides aminés nécessaires à la croissance mais il contient également des substances de croissance des plantes telles que auxines et les cytokinines. Ces substances de croissance peuvent activer le développement des racines et des feuilles et ainsi, plutôt que de simplement produire une plus grande boule de cellules appelée cal, les explants développeront des racines et des pousses afin qu'elles puissent être plantées dans du compost. Considérant que la seule division cellulaire dans tout ce processus est mitose, les plantules formeront toutes un cloner de la plante mère d'origine.

Dans la pratique, ce qui a tendance à se produire dans ces expériences, c'est que la stérilisation de surface ne fonctionne pas pleinement et que les étudiants finissent donc par faire pousser un tube bouillant rempli de bactéries et de champignons.

Micropropagation a des applications commerciales car il peut produire de grandes quantités de plantes génétiquement identiques. Cela permet au sélectionneur de produire des plantes toute l'année sans avoir besoin d'insectes pollinisateurs. Le sélectionneur peut également garantir la constitution génétique exacte de chaque plante car elles sont toutes des clones. La reproduction sexuée introduit bien sûr des variations génétiques dans la progéniture et bien que cela puisse être avantageux pour les plantes à l'état sauvage, pour un sélectionneur de plantes, cela n'est pas le bienvenu car une grande partie de la progéniture peut ne pas pousser aussi bien ou être aussi savoureuse à manger que leur parent. Donc, si elle commence avec une plante avec caractéristiques souhaitables (fruit au bon goût/résistance aux maladies/facile à cultiver, etc.) alors chaque plante du clone aura les mêmes caractéristiques souhaitables. Les plants de bananier peuvent être produits commercialement par micropropagation.

Si vous trouvez la micropropagation intéressante, vous êtes un meilleur biologiste que moi. Mais j'espère que ce post s'avérera utile sinon divertissant….


2.3 Que sont les marqueurs moléculaires et comment sont-ils utilisés ?

2.3.1 Les marqueurs moléculaires sont des fragments spécifiques d'ADN qui peuvent être identifiés dans l'ensemble du génome. Les marqueurs se trouvent à des emplacements spécifiques du génome. Ils sont utilisés pour « signaler » la position d'un gène particulier ou l'héritage d'une caractéristique particulière. Dans un croisement génétique, les caractéristiques d'intérêt resteront généralement liées aux marqueurs moléculaires. Ainsi, des individus peuvent être sélectionnés dans lesquels le marqueur moléculaire est présent, puisque le marqueur indique la présence de la caractéristique souhaitée. Suite.

2.3.2 Les marqueurs moléculaires peuvent être utilisés pour sélectionner des plantes ou des animaux porteurs de gènes qui affectent des caractères économiquement importants tels que le rendement en fruits, la qualité du bois, la résistance aux maladies, la production de lait et de viande ou la graisse corporelle. La mesure de ces caractéristiques par des méthodes conventionnelles est beaucoup plus difficile, longue ou coûteuse, car elle nécessite que l'organisme se développe jusqu'à maturité. Suite.

2.3.3 Des marqueurs moléculaires ont été utilisés pour sélectionner des plantes individuelles afin de créer des variétés de mil chandelle résistantes au mildiou, une céréale cultivée pour les céréales vivrières et la paille dans les régions les plus chaudes et les plus sèches d'Afrique et d'Asie. Suite.

2.3.4 Les marqueurs moléculaires sont utiles pour mesurer l'étendue de la variation au niveau génétique, au sein et entre les populations. Cela peut guider les activités de conservation génétique pour les cultures et le bétail, ainsi que pour la foresterie et la pêche.

Par exemple, des enquêtes mondiales indiquent qu'environ 40 % des races de bétail domestiques sont menacées d'extinction. La plupart de ces races ne se trouvent que dans les pays en développement, et il y a souvent peu de connaissances à leur sujet ou sur leur potentiel d'amélioration. Ils peuvent contenir des gènes précieux qui confèrent des caractéristiques bénéfiques telles que la résistance aux maladies qui peuvent être utiles aux générations futures. Les biotechnologies modernes peuvent aider à contrer les tendances à la perte de diversité génétique dans les secteurs de l'alimentation et de l'agriculture. Suite.

2.3.5 Les marqueurs moléculaires ont été largement utilisés pour identifier la constitution génétique des organismes et pour obtenir leur « empreinte génétique ».Ces connaissances peuvent être très importantes dans la gestion des forêts, la conservation des espèces menacées, l'élevage et le traçage du bétail. Suite.


Résumé

L'ingénierie des thérapies à base de vaccins pour les maladies infectieuses est très difficile, car les formulations d'essai s'avèrent souvent non spécifiques, inefficaces, thermiquement ou hydrolytiquement instables et/ou toxiques. Les vaccins ont considérablement amélioré le paysage thérapeutique pour le traitement des maladies infectieuses et ont considérablement réduit la menace par les approches thérapeutiques et préventives. De plus, l'avènement des technologies de recombinaison a grandement facilité la croissance dans le domaine des vaccins en atténuant les risques tels que la réversion de la virulence malgré la lourdeur des processus de production. De plus, la séroconversion peut également être améliorée par la technologie recombinante par des approches cinétiques et non cinétiques, qui sont discutées ici. Les technologies de recombinaison ont grandement amélioré les vaccins à base d'acides aminés et les vaccins à base d'ADN. Un plateau d'intérêt a été atteint entre 2001 et 2010 pour la communauté scientifique en ce qui concerne les efforts de vaccin à ADN. La diminution de l'intérêt peut probablement être attribuée aux difficultés d'amélioration des propriétés immunogènes associées aux vaccins à ADN, bien qu'il y ait eu des recherches démontrant une amélioration et une optimisation à cette fin. Malgré une amélioration, dans la mesure de nos connaissances, il n'existe actuellement aucun vaccin à ADN approuvé par l'organisme de réglementation pour usage humain (quatre vaccins approuvés pour usage animal). Cet article traite de l'ingénierie des vaccins à ADN contre les maladies infectieuses tout en discutant des avantages et des inconvénients de chacun, en mettant l'accent sur les applications de ces vaccins à ADN.

Déclaration d'importance

Cet article de synthèse résume l'état du domaine des vaccins à ADN modifiés/recombinés, avec un champ d'application impliquant « Ingénierie des vaccins à ADN contre les maladies infectieuses ». Nous nous efforçons de souligner les avancées récentes, en récapitulant l'état actuel du domaine. En plus de discuter des thérapies à base d'ADN qui ont déjà été traduites en clinique, cette revue examine également les développements actuels de la recherche et les défis qui entravent la progression future. Notre revue couvre : l'internalisation et le traitement des vaccins sous-unités à base d'ADN recombinant l'amélioration de la protection immunitaire via des adjuvants la fabrication et l'ingénierie de l'ADN la sécurité, la stabilité et l'administration de vaccins à ADN ou de plasmides contrôlant l'expression génique à l'aide de l'ingénierie plasmidique et des circuits géniques surmontant les problèmes immunogènes et les succès commerciaux. Nous espérons que cette revue inspirera de nouvelles recherches sur le développement de vaccins à ADN.


Voir la vidéo: 2mn pour comprendre LES EMPREINTES DIGITALES avec Polus Agathon (Janvier 2022).