La biotechnologie est l'utilisation d'agents biologiques pour le progrès technologique.

Les biotechnologies ont été utilisées pour l'élevage et les cultures bien avant que les gens ne comprennent les bases scientifiques de ces techniques. Depuis la découverte de la structure de l'ADN en 1953, le domaine de la biotechnologie s'est rapidement développé grâce à la recherche universitaire et aux entreprises privées. Les principales applications de cette technologie se trouvent en médecine (production de vaccins et d'antibiotiques) et en agriculture (modification génétique des cultures afin d'augmenter les rendements). La biotechnologie a également de nombreuses applications industrielles, telles que la fermentation, le traitement des marées noires et la production de biocarburants.

Les champignons, les bactéries et les autres organismes qui ont des propriétés antimicrobiennes produisent des antibiotiques. Le premier antibiotique découvert a été la pénicilline. Aujourd'hui, les entreprises pharmaceutiques produisent commercialement des antibiotiques et les testent pour déterminer leur potentiel à inhiber la croissance bactérienne. (crédit "publicité" : modification des travaux par le NIH ; crédit "plaque d'essai" : modification des travaux par Don Stalons/CDC ; données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Techniques de base pour la manipulation du matériel génétique (ADN et ARN)

Pour comprendre les techniques de base utilisées pour travailler avec les acides nucléiques, souvenez-vous que les acides nucléiques sont des macromolécules composées de nucléotides (un sucre, un phosphate et une base azotée) liés par des liaisons phosphodiester. Les groupes phosphate de ces molécules ont chacun une charge nette négative. Un ensemble complet de molécules d'ADN dans le noyau est appelé le génome. L'ADN comporte deux brins complémentaires liés par des liaisons hydrogène entre les bases appariées. L'exposition à des températures élevées (dénaturation de l'ADN) peut séparer les deux brins et le refroidissement peut les relancer. L'enzyme ADN polymérase peut répliquer l'ADN. Contrairement à l'ADN, qui est situé dans le noyau des cellules eucaryotes, les molécules d'ARN quittent le noyau. Le type d'ARN le plus courant que les chercheurs analysent est l'ARN messager (ARNm) car il représente les gènes codant pour les protéines qui sont activement exprimés. Cependant, les molécules d'ARN présentent d'autres défis à l'analyse, car elles sont souvent moins stables que l'ADN.

Extraction de l'ADN et de l'ARN

Pour étudier ou manipuler les acides nucléiques, il faut d'abord isoler ou extraire l'ADN ou l'ARN des cellules. Les chercheurs utilisent diverses techniques pour extraire différents types d'ADN. La plupart des techniques d'extraction d'acides nucléiques comportent des étapes visant à ouvrir la cellule et utilisent des réactions enzymatiques pour détruire toutes les macromolécules non désirées (comme la dégradation de la molécule non désirée et la séparation de l'échantillon d'ADN). Un tampon de lyse (une solution qui est le plus souvent un détergent) brise les cellules. Notez que lyse signifie "diviser". Ces enzymes brisent les molécules de lipides dans les membranes cellulaires et les membranes nucléaires. Les enzymes telles que les protéases qui décomposent les protéines inactivent les macromolécules, et les ribonucléases (ARN) qui décomposent l'ARN. L'utilisation de l'alcool permet de précipiter l'ADN. L'ADN génomique humain est généralement visible sous la forme d'une masse blanche gélatineuse. On peut conserver les échantillons d'ADN congelés à -80°C pendant plusieurs années.

Ce diagramme montre la méthode de base d'extraction de l'ADN.

Les scientifiques effectuent des analyses d'ARN pour étudier les schémas d'expression des gènes dans les cellules. L'ARN est naturellement très instable car les ARN sont couramment présents dans la nature et très difficiles à inactiver. Comme pour l'ADN, l'extraction de l'ARN implique l'utilisation de divers tampons et enzymes pour inactiver les macromolécules et préserver l'ARN.

Électrophorèse sur gel

Comme les acides nucléiques sont des ions chargés négativement à un pH neutre ou basique dans un environnement aqueux, un champ électrique peut les mobiliser. L'électrophorèse sur gel est une technique que les scientifiques utilisent pour séparer les molécules en fonction de leur taille, en utilisant cette charge. On peut séparer les acides nucléiques sous forme de chromosomes entiers ou de fragments. Les acides nucléiques se chargent dans une fente située près de l'électrode négative de la matrice de gel poreux semi-solide, et sont tirés vers l'électrode positive à l'extrémité opposée du gel. Les petites molécules se déplacent plus rapidement à travers les pores du gel que les grandes. Cette différence dans le taux de migration sépare les fragments en fonction de leur taille. Il existe des échantillons standard de poids moléculaire que les chercheurs peuvent faire passer à côté des molécules pour comparer leur taille. Nous pouvons observer les acides nucléiques dans une matrice de gel en utilisant divers colorants fluorescents ou colorés. Les fragments d'acide nucléique distincts apparaissent sous forme de bandes à des distances spécifiques du sommet du gel (l'extrémité de l'électrode négative) en fonction de leur taille. Un mélange de fragments d'ADN génomique de différentes tailles apparaît comme un long frottis ; alors que l'ADN génomique non coupé est généralement trop grand pour traverser le gel et forme une seule grande bande au sommet du gel.

a) On voit des fragments d'ADN de sept échantillons placés sur un gel, colorés avec un colorant fluorescent et examinés sous lumière UV ; et b) un chercheur de l'Institut international de recherche sur le riz, qui examine des profils d'ADN à l'aide de la lumière UV. (crédit : a : James Jacob, Tompkins Cortland Community College b : Institut international de recherche sur le riz)

Amplification des fragments d'acide nucléique par réaction en chaîne de la polymérase

Bien que l'ADN génomique soit visible à l'œil nu lorsqu'il est extrait en masse, l'analyse de l'ADN nécessite souvent de se concentrer sur une ou plusieurs régions spécifiques du génome. La réaction en chaîne de la polymérase (PCR) est une technique que les scientifiques utilisent pour amplifier des régions spécifiques de l'ADN en vue d'une analyse plus approfondie. Les chercheurs utilisent la PCR à de nombreuses fins en laboratoire, comme le clonage de fragments de gènes pour analyser des maladies génétiques, l'identification d'ADN étranger contaminant dans un échantillon et l'amplification de l'ADN pour le séquençage. Parmi les applications plus pratiques, citons la détermination de la paternité et la détection des maladies génétiques.

Les scientifiques utilisent la réaction en chaîne de la polymérase, ou PCR, pour amplifier une séquence d'ADN spécifique. Les amorces - de courts morceaux d'ADN complémentaires à chaque extrémité de la séquence cible se combinent avec l'ADN génomique, la Taq polymérase et les désoxynucléotides. La Taq polymérase est une ADN polymérase isolée de la bactérie thermostable Thermus aquaticus qui est capable de résister aux températures élevées que les scientifiques utilisent dans la PCR. Thermus aquaticus pousse dans le bassin inférieur des geysers du parc national de Yellowstone. La transcriptase inverse PCR (RT-PCR) est similaire à la PCR, mais l'ADNc est fabriqué à partir d'un modèle d'ARN avant le début de la PCR.

Les fragments d'ADN peuvent également être amplifiés à partir d'une matrice d'ARN dans un processus appelé PCR de transcriptase inverse (RT-PCR). La première étape consiste à recréer le brin original de la matrice d'ADN (appelé ADNc) en appliquant des nucléotides d'ADN à l'ARNm. Ce processus est appelé transcription inverse. Cela nécessite la présence d'une enzyme appelée transcriptase inverse. Une fois l'ADNc fabriqué, on peut utiliser la PCR ordinaire pour l'amplifier.

Hybridation, Southern Blotting et Northern Blotting

Les scientifiques peuvent sonder des échantillons d'acides nucléiques, tels que des extraits fragmentés d'ADN et d'ARN génomiques, pour détecter la présence de certaines séquences. Les scientifiques conçoivent et marquent de courts fragments d'ADN, ou des sondes avec des colorants radioactifs ou fluorescents pour faciliter la détection. L'électrophorèse sur gel permet de séparer les fragments d'acide nucléique en fonction de leur taille. Les scientifiques transfèrent ensuite les fragments dans le gel sur une membrane en nylon selon une procédure appelée "buvardage". Les scientifiques peuvent alors sonder les fragments d'acide nucléique qui sont liés à la surface de la membrane avec des séquences de sondes spécifiques marquées par des radiations ou des fluorescences. Lorsque les scientifiques transfèrent de l'ADN sur une membrane de nylon, ils appellent cette technique le "Southern blotting". Lorsqu'ils transfèrent l'ARN à une membrane de nylon, ils appellent cette technique "Northern blotting". Les scientifiques utilisent le Southern blot pour détecter la présence de certaines séquences d'ADN dans un génome donné, et le Northern blot pour détecter l'expression des gènes.

Les scientifiques utilisent le buvardage de Southern pour trouver une séquence particulière dans un échantillon d'ADN. Les scientifiques séparent les fragments d'ADN sur un gel, les transfèrent sur une membrane en nylon et les incubent avec une sonde d'ADN complémentaire de la séquence d'intérêt. Le buvardage du Nord est similaire au buvardage du Sud, mais les scientifiques utilisent de l'ARN sur le gel au lieu de l'ADN. Dans le Western blotting, les scientifiques font passer des protéines sur un gel et les détectent à l'aide d'anticorps.

Clonage moléculaire

En général, le mot "clonage" signifie la création d'une réplique parfaite ; cependant, en biologie, la recréation d'un organisme entier est appelée "clonage reproductif". Bien avant les tentatives de clonage d'un organisme entier, les chercheurs ont appris à reproduire les régions ou les fragments souhaités du génome, un processus que l'on appelle le clonage moléculaire.

Le clonage de petits fragments du génome permet aux chercheurs de manipuler et d'étudier des gènes spécifiques (et leurs produits protéiques), ou des régions non codantes de manière isolée. Un plasmide, ou vecteur, est une petite molécule d'ADN circulaire qui se réplique indépendamment de l'ADN chromosomique. Dans le clonage, les scientifiques peuvent utiliser les molécules de plasmide pour fournir un "dossier" dans lequel insérer un fragment d'ADN souhaité. Les plasmides sont généralement introduits dans un hôte bactérien pour y proliférer. Dans le contexte bactérien, les scientifiques appellent le fragment d'ADN provenant du génome humain (ou du génome d'un autre organisme étudié) ADN étranger, ou transgène, pour le différencier de l'ADN de la bactérie, ou de l'ADN de l'hôte.

Les plasmides sont naturellement présents dans les populations bactériennes (comme Escherichia coli) et possèdent des gènes qui peuvent contribuer à des caractéristiques favorables à l'organisme, comme la résistance aux antibiotiques (la capacité à ne pas être affecté par les antibiotiques). Les scientifiques ont réorienté et modifié les plasmides pour en faire des vecteurs de clonage moléculaire et de production à grande échelle de réactifs importants, tels que l'insuline et l'hormone de croissance humaine. Une caractéristique importante des vecteurs plasmidiques est la facilité avec laquelle les scientifiques peuvent introduire un fragment d'ADN étranger via le site de clonage multiple (MCS). Le MCS est une courte séquence d'ADN contenant plusieurs sites que différentes endonucléases de restriction communément disponibles peuvent couper. Les endonucléases de restriction reconnaissent des séquences d'ADN spécifiques et les coupent de manière prévisible. Elles sont produites naturellement par les bactéries comme mécanisme de défense contre l'ADN étranger. De nombreuses endonucléases de restriction effectuent des coupes en quinconce dans les deux brins d'ADN, de sorte que les extrémités coupées présentent un surplomb à 2 ou 4 bases et à un seul brin. Comme ces surplombs sont capables de s'hybrider avec des surplombs complémentaires, nous les appelons "extrémités collantes". L'ajout de l'enzyme ADN ligase permet de relier de façon permanente les fragments d'ADN par des liaisons phosphodiester. De cette façon, les scientifiques peuvent épisser tout fragment d'ADN généré par le clivage des endonucléases de restriction entre les deux extrémités de l'ADN plasmidique qui a été coupé avec la même endonucléase de restriction.

Molécules d'ADN recombinant

Les plasmides dans lesquels est inséré de l'ADN étranger sont appelés molécules d'ADN recombinant car ils sont créés artificiellement et ne se trouvent pas dans la nature. Ils sont également appelés molécules chimériques parce que l'origine des différentes parties des molécules peut être retracée jusqu'à différentes espèces d'organismes biologiques ou même jusqu'à la synthèse chimique. On appelle protéines recombinantes les protéines qui sont exprimées à partir de molécules d'ADN recombinant. Tous les plasmides recombinants ne sont pas capables d'exprimer des gènes. L'ADN recombinant peut avoir besoin de se déplacer dans un vecteur (ou hôte) différent, mieux conçu pour l'expression des gènes. Les scientifiques peuvent également concevoir des plasmides pour exprimer des protéines uniquement lorsque certains facteurs environnementaux les stimulent, afin de pouvoir contrôler l'expression des protéines recombinantes.

Ce diagramme montre les étapes du clonage moléculaire.

 

Clonage cellulaire

Les organismes unicellulaires, tels que les bactéries et les levures, produisent naturellement des clones d'eux-mêmes lorsqu'ils se reproduisent asexuellement par fission binaire ; c'est ce qu'on appelle le clonage cellulaire. L'ADN nucléaire se réplique par le processus de mitose, ce qui crée une réplique exacte du matériel génétique.

Le clonage reproductif

Le clonage reproductif est une méthode que les scientifiques utilisent pour cloner ou copier à l'identique un organisme multicellulaire entier. La plupart des organismes multicellulaires se reproduisent par voie sexuelle, ce qui implique l'hybridation génétique de deux individus (parents), rendant impossible la génération d'une copie identique ou d'un clone de l'un des parents. Les progrès récents de la biotechnologie ont permis d'induire artificiellement la reproduction asexuée des mammifères en laboratoire.

La parthénogenèse, ou "naissance vierge", se produit lorsqu'un embryon se développe et se développe sans fécondation d'un ovule. Il s'agit d'une forme de reproduction asexuée. Un exemple de parthénogénèse se produit chez les espèces où la femelle pond un œuf et si l'œuf est fécondé, il s'agit d'un œuf diploïde et l'individu se développe en femelle. Si l'œuf n'est pas fécondé, il reste un œuf haploïde et se développe en un mâle. L'œuf non fécondé est un œuf parthénogène, ou œuf vierge. Certains insectes et reptiles pondent des œufs parthénogènes qui peuvent devenir des adultes.

La reproduction sexuelle nécessite deux cellules. Lorsque l'ovule haploïde et les spermatozoïdes fusionnent, il en résulte un zygote diploïde. Le noyau du zygote contient l'information génétique nécessaire pour produire un nouvel individu. Cependant, le développement embryonnaire précoce nécessite le matériel cytoplasmique contenu dans l'ovule. Cette idée constitue la base du clonage reproductif. Par conséquent, si nous remplaçons le noyau haploïde de l'ovule par un noyau diploïde provenant de la cellule de tout individu de la même espèce (un donneur), il deviendra un zygote génétiquement identique au donneur. Le transfert de noyau de cellule somatique est la technique de transfert d'un noyau diploïde dans un ovule énucléé. Les scientifiques peuvent l'utiliser soit pour le clonage thérapeutique, soit pour le clonage reproductif.

Le premier animal cloné a été Dolly, une brebis née en 1996. Le taux de réussite du clonage reproductif était alors très faible. Dolly a vécu pendant sept ans et est morte de complications respiratoires. Il y a des spéculations sur le fait que l'ADN cellulaire appartenant à un individu plus âgé, l'âge de l'ADN pourrait affecter l'espérance de vie d'un individu cloné. Depuis Dolly, les scientifiques ont cloné avec succès plusieurs animaux tels que des chevaux, des taureaux et des chèvres, bien que ces animaux présentent souvent des anomalies faciales, des membres et cardiaques. Des tentatives ont été faites pour produire des embryons humains clonés comme sources de cellules souches embryonnaires à des fins thérapeutiques. Le clonage thérapeutique produit des cellules souches pour tenter de remédier à des maladies ou à des défauts préjudiciables (contrairement au clonage reproductif, qui vise à reproduire un organisme). Néanmoins, certains ont rencontré une résistance aux efforts de clonage thérapeutique en raison de considérations bioéthiques.

La brebis Dolly a été le premier mammifère à être cloné. Pour créer Dolly, ils ont retiré le noyau d'une cellule d'ovule de donneur. Ils ont ensuite introduit le noyau d'une deuxième brebis dans la cellule, qui s'est divisée jusqu'au stade de blastocyste avant de l'implanter dans une mère porteuse. (crédit : modification du travail par "Squidonius"/Wikimedia Commons)

Pensez-vous que Dolly était un Finn-Dorset ou un mouton écossais à face noire ?

Génie génétique

Le génie génétique est la modification du génotype d'un organisme à l'aide de la technologie de l'ADN recombinant afin de modifier l'ADN d'un organisme pour obtenir des caractéristiques désirables. L'ajout d'ADN étranger sous la forme de vecteurs d'ADN recombinant générés par clonage moléculaire est la méthode de génie génétique la plus courante. L'organisme qui reçoit l'ADN recombinant est un organisme génétiquement modifié (OGM). Si l'ADN étranger provient d'une espèce différente, l'organisme hôte est transgénique. Les scientifiques ont modifié génétiquement des bactéries, des plantes et des animaux depuis le début des années 1970 à des fins universitaires, médicales, agricoles et industrielles. Aux États-Unis, les OGM tels que le soja Roundup-ready et le maïs résistant à la pyrale font partie de nombreux aliments transformés courants.

Ciblage des gènes
Bien que les méthodes classiques d'étude de la fonction des gènes aient commencé par un phénotype donné et aient déterminé la base génétique de ce phénotype, les techniques modernes permettent aux chercheurs de commencer au niveau de la séquence d'ADN et de se demander : "Que fait ce gène ou cet élément d'ADN ? Cette technique, la génétique inverse, a permis de renverser la méthodologie génétique classique. Cette méthode s'apparente à l'endommagement d'une partie du corps pour déterminer sa fonction. Un insecte qui perd une aile ne peut pas voler, ce qui signifie que la fonction de l'aile est le vol. La méthode génétique classique consisterait à comparer les insectes qui ne peuvent pas voler avec les insectes qui peuvent voler, et à observer que les insectes qui ne volent pas ont perdu des ailes. De même, la mutation ou la délétion de gènes fournit aux chercheurs des indices sur la fonction des gènes. Nous appelons collectivement les méthodes qu'ils utilisent pour désactiver la fonction des gènes le ciblage des gènes. Le ciblage des gènes est l'utilisation de vecteurs d'ADN recombinant pour modifier l'expression d'un gène particulier, soit en introduisant des mutations dans un gène, soit en éliminant l'expression d'un certain gène par la suppression d'une partie ou de la totalité de la séquence du gène du génome de l'organisme.

Les biotechnologies en médecine et en agriculture

Il est facile de voir comment la biotechnologie peut être utilisée à des fins médicales. La connaissance de la composition génétique de notre espèce, de la base génétique des maladies héréditaires et l'invention de technologies permettant de manipuler et de fixer des gènes mutants fournissent des méthodes pour traiter la maladie. La biotechnologie en agriculture peut renforcer la résistance aux maladies, aux parasites et au stress environnemental, et améliorer à la fois le rendement et la qualité des cultures.

Diagnostic génétique et thérapie génique

Les scientifiques appellent le processus consistant à tester les défauts génétiques suspectés avant d'administrer un traitement : le diagnostic génétique par test génétique. En fonction des schémas d'héritage d'un gène responsable d'une maladie, il est conseillé aux membres de la famille de subir un test génétique. Par exemple, les médecins conseillent généralement aux femmes ayant reçu un diagnostic de cancer du sein de subir une biopsie afin que l'équipe médicale puisse déterminer la base génétique du développement du cancer. Les médecins fondent leurs plans de traitement sur les résultats des tests génétiques qui déterminent le type de cancer. Si des mutations génétiques héréditaires provoquent le cancer, les médecins conseillent également à d'autres femmes de la famille de se soumettre à des tests génétiques et à un dépistage périodique du cancer du sein. Les médecins proposent également des tests génétiques pour les fœtus (ou les embryons avec fécondation in vitro) afin de déterminer la présence ou l'absence de gènes pathogènes dans les familles souffrant de maladies débilitantes spécifiques.

La thérapie génique est une technique de génie génétique utilisée pour soigner les maladies. Dans sa forme la plus simple, elle implique l'introduction d'un bon gène à un endroit aléatoire du génome pour aider à guérir une maladie causée par un gène muté. Le bon gène est généralement introduit dans les cellules malades en tant que partie d'un vecteur transmis par un virus qui peut infecter la cellule hôte et délivrer l'ADN étranger. Des formes plus avancées de thérapie génique tentent de corriger la mutation au niveau du site d'origine dans le génome, comme c'est le cas pour le traitement de l'immunodéficience combinée sévère (SCID).

La thérapie génique utilisant un vecteur adénoviral peut être utilisée pour guérir certaines maladies génétiques dans lesquelles une personne possède un gène défectueux. (crédit : NIH) 

Production de vaccins, d'antibiotiques et d'hormones

Les stratégies de vaccination traditionnelles utilisent des formes affaiblies ou inactives de micro-organismes pour déclencher la réponse immunitaire initiale. Les techniques modernes utilisent les gènes de microorganismes clonés dans des vecteurs pour produire en masse l'antigène souhaité. Les médecins introduisent ensuite l'antigène dans l'organisme pour stimuler la réponse immunitaire primaire et déclencher la mémoire immunitaire. Le domaine médical a utilisé des gènes clonés du virus de la grippe pour combattre les souches en constante évolution de ce virus.

Les antibiotiques sont un produit biotechnologique. Les micro-organismes, tels que les champignons, les produisent naturellement pour obtenir un avantage sur les populations bactériennes. La culture et la manipulation de cellules fongiques produisent des anticorps.

Dès 1978, les scientifiques ont utilisé la technologie de l'ADN recombinant pour produire de grandes quantités d'insuline humaine dans E. coli. Auparavant, il n'était possible de traiter le diabète qu'avec de l'insuline porcine, qui provoquait des réactions allergiques chez l'homme en raison de différences dans le produit des gènes. En outre, les médecins utilisent l'hormone de croissance humaine (HGH) pour traiter les troubles de la croissance chez les enfants. Les chercheurs ont cloné le gène HGH à partir d'une banque d'ADNc et l'ont inséré dans des cellules d'E. coli en le clonant dans un vecteur bactérien.

Animaux transgéniques

Bien que plusieurs protéines recombinantes en médecine soient produites avec succès dans des bactéries, certaines protéines nécessitent un hôte animal eucaryote pour être traitées correctement. C'est pourquoi les gènes souhaités sont clonés et exprimés chez des animaux tels que les moutons, les chèvres, les poulets et les souris. On appelle animaux modifiés pour exprimer l'ADN recombinant des animaux transgéniques. Plusieurs protéines humaines sont exprimées dans le lait de brebis et de chèvre transgénique, et certaines sont exprimées dans les œufs de poule. Les scientifiques ont beaucoup utilisé les souris pour exprimer et étudier les effets des gènes recombinants et des mutations.

Plantes transgéniques

La manipulation de l'ADN des plantes (c'est-à-dire la création d'OGM) a contribué à créer des caractéristiques souhaitables, telles que la résistance aux maladies, aux herbicides et aux pesticides, une meilleure valeur nutritionnelle et une meilleure durée de conservation. Les plantes sont la plus importante source de nourriture pour la population humaine. Les agriculteurs ont mis au point des méthodes de sélection des variétés de plantes présentant des caractéristiques souhaitables bien avant que les pratiques biotechnologiques modernes ne soient établies.

Le maïs, une culture agricole majeure utilisée pour créer des produits destinés à diverses industries, est souvent modifié par la biotechnologie végétale. (crédit : Keith Weller, USDA)

On appelle plantes transgéniques les plantes qui ont reçu de l'ADN recombinant d'autres espèces. Parce qu'elles ne sont pas naturelles, les agences gouvernementales surveillent de près les plantes transgéniques et autres OGM pour s'assurer qu'elles sont propres à la consommation humaine et qu'elles ne mettent pas en danger la vie d'autres plantes et animaux. Comme les gènes étrangers peuvent se propager à d'autres espèces dans l'environnement, des tests approfondis sont nécessaires pour garantir la stabilité écologique. Des denrées de base comme le maïs, les pommes de terre et les tomates ont été les premières plantes cultivées que les scientifiques ont modifiées génétiquement.

Transformation des plantes à l'aide d'Agrobacterium tumefaciens

Le transfert de gènes se produit naturellement entre les espèces dans les populations microbiennes. De nombreux virus à l'origine de maladies humaines, comme le cancer, agissent en incorporant leur ADN dans le génome humain. Chez les plantes, les tumeurs causées par la bactérie Agrobacterium tumefaciens se produisent par transfert d'ADN de la bactérie à la plante. Bien que les tumeurs ne tuent pas les plantes, elles les rabougrissent et elles deviennent plus sensibles aux conditions environnementales difficiles. A. tumefaciens affecte de nombreuses plantes telles que les noix, les raisins, les arbres à noix et les betteraves. L'introduction artificielle d'ADN dans les cellules végétales est plus difficile que dans les cellules animales en raison de l'épaisseur de la paroi cellulaire végétale.

Les chercheurs ont utilisé le transfert naturel d'ADN d'Agrobacterium à un hôte végétal pour introduire des fragments d'ADN de leur choix dans les plantes hôtes. Dans la nature, les A. tumefaciens responsables de la maladie ont un ensemble de plasmides, les plasmides Ti (plasmides induisant des tumeurs), qui contiennent des gènes pour produire des tumeurs dans les plantes. L'ADN du plasmide Ti s'intègre dans le génome de la cellule végétale infectée. Les chercheurs manipulent les plasmides Ti pour éliminer les gènes responsables des tumeurs et insérer le fragment d'ADN souhaité pour le transférer dans le génome de la plante. Les plasmides Ti portent des gènes de résistance aux antibiotiques pour faciliter la sélection et les chercheurs peuvent également les propager dans les cellules d'E. coli.

L'insecticide organique Bacillus thuringiensis

Le Bacillus thuringiensis (Bt) est une bactérie qui produit des cristaux de protéines lors de la sporulation qui sont toxiques pour de nombreuses espèces d'insectes qui affectent les plantes. Les insectes ont besoin d'ingérer la toxine Bt pour l'activer. Les insectes qui ont ingéré la toxine Bt cessent de se nourrir des plantes en quelques heures. Une fois que la toxine s'est activée dans les intestins des insectes, ceux-ci meurent en quelques jours. La biotechnologie moderne a permis aux plantes de coder leur propre cristal de toxine Bt qui agit contre les insectes. Les scientifiques ont cloné les gènes de la toxine cristalline Bt et les ont introduits dans les plantes. La toxine Bt est sans danger pour l'environnement, non toxique pour les humains et les autres mammifères, et les agriculteurs biologiques l'ont approuvée comme insecticide naturel.

Tomate Savr Flavr

La première culture génétiquement modifiée sur le marché a été la tomate Flavr Savr en 1994. Les scientifiques ont utilisé la technologie de l'ARN antisens pour ralentir le processus de ramollissement et de pourriture causé par les infections fongiques, ce qui a permis d'augmenter la durée de conservation des tomates génétiquement modifiées. Une modification génétique supplémentaire a permis d'améliorer la saveur de la tomate. La tomate Flavr Savr n'a pas réussi à rester sur le marché en raison de problèmes de maintien et d'expédition de la culture.

D'après Biotechnology