Nouvelles techniques de modification génétique

Les nouvelles techniques de génie génétique regroupent des procédés très divers. Actuellement, deux types de techniques ont accéléré et multiplié notre capacité d’intervention dans les mécanismes du vivant. D’une part, les méthodes d’édition génomique sont utilisées pour modifier de manière permanente le matériel génétique des organismes vivants. D’autre part, l’interférence ARN réduit au silence l’expression de gènes encombrants sans forcément nécessiter une modification du génome. La plus utilisée est la technologie de l’édition génomique.

Ces techniques ont le potentiel de modifier en profondeur les organismes et leur utilisation comportent des risques et des incertitudes. (lien)

Édition génomique
L’édition génomique se réfère à diverses méthodes de biologie moléculaire qui sont utilisées afin de couper dans le matériel héréditaire et copier/coller de nouvelles séquences d’ADN à l’endroit de la coupure. Celle-ci est basée sur l’utilisation de ciseaux moléculaires, appelés nucléases programmables, qui coupent dans le génome et permettent, au travers du système de réparation de l’ADN des cellules, de muter, modifier et insérer des gènes existants ou entièrement synthétiques dans une multitude d’organismes végétaux et animaux et de passer outre la barrière des espèces. Par rapport aux méthodes conventionnelles, ces méthodes permettent une augmentation du nombre de changements fait au génome en une seule opération (multiplexing) et sont applicables à un nombre plus important d’organismes vivants.

Nucléases programmables
Les "nucléases programmables" sont des enzymes qui lisent une séquence cible de quelques paires de bases d’ADN dans le génome puis coupent à cet endroit comme des ciseaux. Les nucléases peuvent être programmées pour reconnaître une séquences choisies du génome.. Les scientifiques peuvent donc choisir quel gène couper et « quelle longeueur » couper dans le génome de l’organisme de leur choix.
Les nucléases provoquent une coupure des deux brins d'ADN qui déclenche à son tour un mécanisme de réparation cellulaire de l’ADN qui peut être de deux types. Le premier reconstitue presque sans erreur la séquence d’origine et un introduit des erreurs. Le deuxième « recolle » les brins en faisant des erreurs, soit par rajout ou supression de quelques lettres (les bases de l’ADN) ou alors de plus longues séquences. Il est difficile de contrôler quel mécanisme est utilisé, mais il est décisif pour les effets de la procédure. Le mécanisme le plus utilisé par la cellule est celui qui commet des erreurs. Il est utilisé par les scientifiques pour muter ou inactiver les gènes. La séquence du gène coupé peut être inactivée en insérant ou en enlevant des bases individuelles ou remplacée par une autre séquence fonctionnelle (p. ex. un autre gène). Plusieurs types de nucléases sont utilisés avec des précisions et des effets secondaires divers.

L'interférence à ARN
L'interférence à ARN est un processus cellulaire endogène, c’est-à-dire qu’il existe de manière naturelle dans toutes les cellules, dans lequel des molécules d'ARN sont utilisées pour bloquer l’expression des gènes de manière ciblée et donc empêcher la synthèse de la protéine correspodnante. Ce procédé est utilisé en biotechnologie pour produire des pesticides et des plantes génétiquement modifiées.
Ces fragments d’ARN peuvent être :1) synthétisés directement dans l’organisme cible à partir d’un fragment d’ADN intégré artificiellement dans le génome et, donc, un OGM est créé ou 2) pulvérisés depuis l’extérieur et, donc, une nouvelle classe de pesticides aux effets inconnus est créée.

Nucléases à doigts de zinc
TALEN
CRISPR/Cas9

Interférence à ARN (lien)

L'interférence à ARN utilise la capacité de petits ARN à bloquer l’expression de tous les gènes qui leur sont identiques en séquence. Ceci permet de bloquer l’expression des gènes de manière ciblée. Ces fragments d’ARN peuvent être :1) synthétisés directement dans l’organisme cible à partir d’un fragment d’ADN intégré artificiellement dans le génome et, donc, un OGM est créé ou 2) pulvérisés depuis l’extérieur et, donc, une nouvelle classe de pesticides aux effets inconnus est créée.

Pour aller plus loin quelques publications ...

 

CRISPR Cas9

CRISPR/Cas9

Un outil révolutionnaire pour modifier les génomes naturels

Le système CRISPR/Cas est un outil développé en 2012 qui nous vient du système immunitaire bactérien. Il permet d'éteindre, de changer, d'ajouter ou d'enlever des gènes de manière plus rapide et moins chère qu'avant.

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OgM1

ODM

Mutagénèse dirigée par oligonucléotide
Avec cette technique, de courts fragment d'ADN synthétique appelés "oligonuléotides" sont introduit dans la cellule. Avec cette introduction, des mécanismes de réparation de l'ADN propres aux cellules sont activés et utilisent le fragment introduit comme modèle et le copie. L'idée est d'introduire une muatation à une endroit choisi du génome pour par exemple créer une plante tolérante à un herbicide.

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TALEN

TALEN (transcription activator-like effector nucleases)

Nucléases programmées

La procédé TALEN est également basée sur l'utilisation de nucléases programmées pour trouver des séquences cibles d'ADN spécifiques et couper le brin d'ADN.

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RNAi

Interférence ARN (RNAi)

Les nouvelles fonctionnalités peuvent présenter des risques sanitaires et environnementaux

L'interférence ARN (ARNi) est un processus cellulaire interne dans lequel des molécules d'ARN sont utilisées pour éteindre des gènes (silencing) au travers de la destruction de l'ARNmessager qui est le véhicule de l'information entre le gène et la protéine.

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ZFN

Nucléases à doigt de zinc

Le plus petit de tous les ciseaux à gènes connus.

Comme pour d'autres méthodes d'édition de génomes, le ZFN est utilisé pour modifier sélectivement l'ADN en insérant, enlevant ou remplaçant certains segments d'ADN à des endroits spécifiques.


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