principes et applications Le génie génétique: principes et applications

Pour commencer… ADN: support de l’information génétique

Universalité du code génétique

Colinéarité gène-protéine Une mutation est une modification dans le "texte" de l'ADN, produite au moment de sa réplication et ayant échappé au contrôle et au pouvoir de réparation de la cellule; cette modification peut ne concerner qu'une seule lettre. Il y a des mutations utiles permettant par exemple de répondre efficacement aux agressions d'organismes pathogènes; d'autres, au contraire, conduisent à un dysfonctionnement d'une protéine, ce qui peut se traduire par une maladie héréditaire. La tryptophane synthétase d’E Coli: lien entre séquence du gène et séquence protéique

Définition du génie génétique  Le génie génétique est un ensemble de techniques qui permettent d'identifier, d'isoler, de transférer, de modifier de manière contrôlée le matériel génétique BREF HISTORIQUE:  1868 Friderich Miescher découvre l'ADN. 1953 Watson et Crick élucident sa structure et établissent le modèle de la double hélice 1961 marque la découverte du code génétique qui a permis de comprendre le langage simple de l'ADN 1970 le Suisse Werner Arber isolent les endonucléases (= enzymes servant aux bactéries à dégrader l'ADN d'organismes parasites). Elles sont devenues pour les chercheurs de véritables "ciseaux" biologiques permettant de découper l'ADN de n'importe quel organisme en petits morceaux très précis

Principes du génie génétique Le génie génétique est basé sur deux principes essentiels :  l'universalité du code génétique qui est le même de la bactérie à l'être humain, de sorte que chaque organisme vivant a la potentialité de lire, comprendre et réaliser l'information génétique d'un autre organisme vivant  le clonage d'un gène, c'est-à-dire le fait de l'isoler et de le multiplier  De nos jours: de nombreux génomes ont été intégralement séquencés dont le génome humain. Il est donc désormais possible d’isoler une séquence d’ADN codant une protéine d’intérêt!!!!

 Ce que le génie génétique peut faire:  détecter et isoler des gènes dans le patrimoine génétique  faire passer un gène d'un organisme à un autre  reproduire en éprouvette certains segments du matériel génétique  modifier des gènes ciblés  Ce qu'il ne peut pas faire:  créer la vie à partir de rien  prévoir exactement ce qui se passera dans le nouvel organisme

Application 1: Faire produire des protéines d’intérêt à des microorganismes

 Exemple: fabrication de l’insuline  Mais encore: hormone de croissance pour le traitement du nanisme, facteurs VIII et IX de la coagulation du sang pour le traitement de l'hémophilie, vaccin contre l’hépatite B…  Applications industrielles:  amélioration de microorganismes utilisés dans l’agro-alimentaire ou la production de protéines d’intérêt industriel (ex. production de pectinases par E. coli pour la clarification des jus de fruits)

Application 2: Faire produire des protéines d’intérêt à des animaux d’élevage

Application 3: Applications agronomiques  Création d’animaux utiles (ex. production de substances utiles chez des espèces laitières; éradication d’insectes nuisibles par relâchement massif d’individus rendus stériles par transgenèse…)  Amélioration des espèces végétales cultivées (résistance aux virus, herbicides, insectes; amélioration de la conservation ou de l’attractivité…)

Transformation d’un pied de tabac

Principe de la réaction immunitaire impliquant les lymphocytes B Application 4: Modifier l’ADN de pathogènes pour créer de nouveaux vaccins Antigène ou agent infectieux Expansion et activation lymphocytes B Production d'anticorps Principe de la réaction immunitaire impliquant les lymphocytes B

Coopération des LB et LT au cours de la réaction immunitaire Réponse à médiation humorale Réponse à médiation cellulaire LB LT4 LT8 CPA Sécrétion d’interleukines Synthèse de récepteurs aux interleukines LB activé LT8 activé

Principe de la vaccination

 Préparations vaccinales obtenues par génie génétique Génie génétique et vaccination  Préparations vaccinales obtenues par génie génétique  toxines bactériennes inactivées après mutation du gène correspondant  protéines recombinantes fabriquées à partir de gènes de l’agent infectieux et couplées à des molécules immunogènes Vaccination directe avec de l’ADN

Application 5: La thérapie génique La thérapie génique est un traitement ou une tentative de traitement d’une maladie (infectieuse,génétique monogénique, cancéreuse ou autre) par la modification génétique. Elle utilise les gènes comme médicaments. En effet, au lieu d'introduire un agent pharmacologique classique, le principe de la thérapie génique repose sur l’introduction d’un matériel génétique dans le noyau d’une cellule cible, c'est à dire une séquence d'ADN qui code pour une protéine, qui, elle, constitue l'agent thérapeutique.

Méthodes envisagées de thérapie génique

Essais cliniques sur des maladies génétiques: essai de thérapie génique in vivo le plus abouti mené contre la mucoviscidose (inhalation d’adénovirus recombinants contenant le gène CFTR) essai de thérapie génique ex vivo sur les « enfants bulles » (déficience grave du système immunitaire, appelée « Déficit Immunitaire Combiné Sévère lié au chromosome X » ou DICS-X)

Stratégies à l’étude: CANCER: introduction de gènes de « suicide », de toxines ou de gènes empêchant l’angiogenèse dans des cellules cancéreuses MALADIES NEURODÉGÉNÉRATIVES: expression d’enzymes pour augmenter la production de molécules nécessaires (ex. dopamine et parkinson); blocage de l’expression de gènes nuisibles ou de gène de « suicide » (stratégie « antisens ») dans les neurones

Limites actuelles: risques liés à l’insertion aléatoire du transgène (leucémies chez deux des « enfants bulles » traités problèmes spécifiques liés aux vecteurs utilisés (efficacité, durée d’action…) durée de vie limitée des cellules génétiquement modifiées ciblage des tissus à traiter