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Génie génétique, transgenèse et thérapie génique extrait du site http://georges.dolisi.free.fr/Microbio

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Escherichia coli ou "Colibacille" est une bactérie habituellement présente dans le gros intestin et non pathogène. Elle peut cependant le devenir lorsqu'elle envahit les voies urinaires. Ce micro-organisme peut aussi vivre à l'état libre, en particulier dans les eaux. Évacué avec les selles, il circule dans les égouts et peut polluer les eaux qu'il rend non potables, voire impropres à la baignade. Des prélèvements réguliers sont effectués dans les piscines et au niveau des plages pour détecter sa concentration.

UN ÉTONNANT POUVOIR DE SYNTHÈSE 

Escherichia coli mesure environ 2µ (microns ou micromètres) et pèse 10^-12 g. C'est une cellule sans noyau véritable, mais possédant tous les éléments nécessaires à la synthèse des protéines, c'est-à-dire un chromosome de 1 mm de long, comportant environ 4 000 gènes et de nombreux ribosomes (*) dans le cytoplasme.

Dans les conditions optimales, chaque cellule se divise en 2 toutes les 20 minutes environ. C'est ainsi qu'en moins de 2 jours, 1 seule bactérie pourrait produire, si elle disposait d'une quantité suffisante de nourriture (...)  une masse de 6 x 10²¹ tonnes, égale à celle de la Terre !

Calcul : 

·         En 1 heure, 1 bactérie donne 8 bactéries, soit 2³ (3 divisions car 3 x 20 minutes)

·         En 1 jour : 2^{3 x 24}, soit 2⁷² bactéries

·         En 2 jours : 2^{72 + 72} = 2¹⁴⁴ bactéries, ayant chacune une masse de 10^-12g

·         Masse des bactéries produites en 2 jours : 2,23 x 10⁴³ (nombre) x 10^-12 = 2,23 x 10³¹ g

·         Soit 2,23 x 10²⁵ tonnes (masse de la Terre : 6 x 10²¹tonnes)  

Population d'Escherichia coli	Escherichia coli en division

TRANSFERT DE GÈNE CHEZ ESCHERICHIA COLI

Le génie génétique (ou recombinaison génétique, ou transgenèse) est né vers 1974, avec la découverte d'enzymes capables de couper l'A.D.N. en des endroits précis : les enzymes de restriction. D'autres enzymes, des ligases, permettent au contraire de "recoller" les morceaux. 

Il devenait ainsi possible d'introduire des gènes humains dans l'A.D.N. d'Escherichia coli en utilisant comme vecteur des plasmides (*) recombinés isolés, ou des bactériophages (*). 

Cet A.D.N. recombiné étant ensuite reproduit par la bactérie, on obtient un grand nombre de copies du gène étranger intéressant. Le gène est "cloné". Il faut ensuite que ce gène s'exprime pour qu'il produise la protéine intéressante, ce qui a nécessité la maîtrise de nombreuses difficultés. 

Exemples : pour lutter contre le nanisme, l'hormone hypophysaire de croissance (STH ou hormone somatotrope)  est produite par génie génétique puis extraite des bactéries par choc osmotique. De nombreuses autres substances sont ainsi fabriquées : insuline (hormone hypoglycémiante pancréatique), facteurs de coagulation (pour les hémophiles), interféron (substance antivirale), vaccin de l'hépatite B ... 

* Ribosomes : organites cytoplasmiques constitués de protéines et d'acide ribonucléique (ARN), au niveau desquels s'effectue la synthèse des protéines à partir des acides aminés du cytoplasme et en fonction de l'information apportée par l' ARN messager synthétisé dans le noyau. 

* Plasmide : petit chromosome circulaire. 

* Bactériophage : virus se comportant en parasite de bactéries.

TRANSFERT DE GÈNE CHEZ DES ÊTRES PLURICELLULAIRES
La technique de transgenèse décrite ci-dessus pour les bactéries, ne s'applique pas aux animaux et aux végétaux pluricellulaires. Les chercheurs ont été amenés à trouver des moyens différents pour faire pénétrer le ou les transgènes dans les cellules de ces êtres pluricellulaires. Plusieurs techniques existent qui varient selon les cellules auxquelles sont destinées les transgènes :

A - Transgenèse végétale

• Une méthode qui ressemble, dans sa première phase,  à celle décrite ci-dessus : le transgène est introduit dans un plasmide bactérien. Après mise en culture et multiplication des bactéries, leurs plasmides contenant l'ADN recombiné sont extraits et introduits dans les cellules (maïs par exemple) à l'aide d'un "canon à ADN". C'est un canon à particules qui projette des microbilles d'or ou de tungstène, enrobées d'ADN. On force ainsi l'ADN recombiné à traverser la membrane épaisse (pectocellulosique) des végétaux.

• Pour de nombreux végétaux, le transgène est introduit dans un plasmide d'une bactérie du genre Agrobacterium qui possède un système naturel de transfert de gènes aux cellules végétales (propriété découverte dans les années 1960 par Georges MOREL et col. de l'INRA). Le plasmide de Agrobacterium transmet spontanément une partie de son plasmide : l'ADN-T, qui a la propriété de ne s'exprimer que dans la cellule végétale. En pratique, on supprime les gènes oncogènes (responsables de l'apparition de tumeurs) et on insère les transgènes dans le plasmide. Les Agrobacterium ainsi modifiées sont mises en culture avec les cellules végétales qui exprimeront les transgènes.

B - Transgenèse animale

1. La micro-injection de gènes : Les premières expériences de ce type ont été réalisées sur des œufs de souris, auxquels on a transféré le gène de l'hormone de croissance d'un rat ou d'un humain. La technique est représentée par le schéma ci-dessous. Les pourcentages d réussite (animaux qui possèdent le transgène dans toutes leurs cellules) est de l'ordre de 20 à 30% pour les souris. Il est bien moindre pour d'autres espèces sur lesquelles on a essayé la transgenèse.

2. Transfert de gènes dans les gamètes : Cette méthode s'est montrée plutôt décevante : échecs avec les ovocytes et résultats inattendus avec les spermatozoïdes, qui semblent posséder un système propre à empêcher toute intrusion d'ADN étranger. Aujourd'hui, les travaux portent sur les cellules précurseurs des spermatozoïdes, c'est-à-dire sur les spermatogonies.

UNE APPLICATION INTÉRESSANTE : LA THÉRAPIE GÉNIQUE

La thérapie génique est l'utilisation d'un ou plusieurs gènes comme médicament, pour pallier la déficience d'un gène. Des essais ont été réalisés sur des volontaires atteints de mucoviscidose, mais les résultats ont été décevants. Aujourd'hui, on cible en plus d'autres maladies comme la myopathie, certains cancers, des maladies neurodégénératives (Parkinson par ex.). Les travaux portent sur la conception d'un vecteur efficace et inoffensif.

Principe de la méthode

On utilise des cellules spéciales modifiées, dites d'encapsidation qui, lorsqu'on leur introduit un virus vidé de son ADN ou ARN, reproduisent fidèlement la capside virale (c'est l'enveloppe du virus) vide. 

En introduisant préalablement dans le virus une construction génique contenant le gène thérapeutique, la cellule d'encapsidation va reproduire des quantités de virus avec ce gène thérapeutique. On peut ensuite, selon les cas :

• Traiter les cellules malades à l'extérieur de l'organisme en leur injectant les vecteurs viraux porteurs des gènes thérapeutiques, puis réintroduire ces cellules dans l'organisme (réalisé avec de la moelle osseuse pour soigner des déficiences immunitaires).
• Injecter directement des vecteurs viraux dans les tissus malades. Des essais ont été réalisés, notamment dans des tissus cérébraux.
• Une troisième méthode consiste à injecter les vecteurs viraux avec leurs gènes thérapeutiques dans la circulation sanguine. Les virus iront normalement s'insérer dans les cellules malades.

Les essais actuels utilisant un vecteur viral, portent essentiellement sur les cancers, les maladies dues à un seul gène déficient (mucoviscidose, myopathie ...), le SIDA et les anomalies du système vasculaire cardiaque. Il n'y a pas assez de recul pour faire un bilan de ces techniques, mais elles sont très prometteuses. Plusieurs équipes de chercheurs travaillent maintenant sur des chromosomes artificiels qui ont la propriété de s'insérer naturellement dans l'ADN de bactéries.