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15.1: Qu'est-ce que le génie génétique?
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What is Genetic Engineering?
 
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15.1: What is Genetic Engineering?

15.1: Qu'est-ce que le génie génétique?

Overview

Genetic engineering is the process of modifying an organism’s DNA to introduce new, desirable traits. Many organisms, from bacteria to plants and animals, have been genetically modified for academic, medical, agricultural, and industrial purposes. While genetic engineering has definite benefits, ethical concerns surround modifying humans and our food supply.

Scientists can Deliberately Modify an Organism’s Genome

Genetic engineering is possible because the genetic code—the way information is encoded by DNA—and the structure of DNA are universal among all life forms. As a result, an organism’s genetic code may be modified in several ways.

The nucleotide sequence may be selectively edited by using techniques such as the CRISPR/Cas9 system. Known as the "molecular scissors," the CRISPR/Cas9 system is an innate, prokaryotic immune response that has been co-opted for editing genetic information.

A gene may also be removed from an organism to create a “knockout,” or introduced to create a “knockin,” through a process called gene targeting. This method relies on homologous recombination—genetic exchange between DNA molecules that share an extended region with similar sequences—to modify an endogenous gene.

Scientists can also insert a gene from one organism into the genome of another, resulting in a transgenic organism. Generally, DNA combined from different sources is called recombinant DNA. The organism that receives that DNA is considered a genetically modified organism or GMO.

Genetic Engineering Impacts Human Health and Well-Being

Genome editing has significantly impacted scientific research, agriculture, industry, and medicine. Molecular biology research often inserts transgenes—foreign genes—into bacteria and viruses to study gene function and expression. Bacteria were the first organisms to be genetically engineered. Scientists introduced the human insulin gene to produce synthetic insulin that is used by people with diabetes.

A technique called gene therapy allows a new gene to be inserted into a person so that the protein it encodes can be expressed within their cells. Gene therapy provides a cure or treatment for some serious and otherwise untreatable genetic diseases. Scientists modified viruses to deliver new genes to host cells. These customized viruses can infect diseased cells and insert a correct copy of a defective gene, treating human disorders such as Severe Combined Immunodeficiency (SCID).

Although many gene therapy treatments use modified viruses, the CRISPR/Cas9 system has become an increasingly popular technique. The CRISPR/Cas9 system cuts DNA by using a guide—RNA sequences known as CRISPR—to direct the “molecular scissors”—an enzyme called Cas9—to specific sites in the genome. Scientists use this molecular tool to add, remove, or alter genetic material. CRISPR/Cas9 has been used in mouse models to correct errors in genes that are responsible for Duchenne muscular dystrophy, Hepatitis B, cataracts, and cardiovascular disease.

While genetic engineering can yield new treatments for diseases, it can also be used for other practical purposes. Transgenic goats have been developed that produce spider silk in their milk for industrial use. In agriculture, some plants have been genetically modified to improve characteristics such as nutritional content and pest resistance. Recent and future advances in genetic engineering will likely continue to impact both human health and well-being.

Ethical Concerns Regarding Genetic Engineering

Genetic engineering has great potential, but where do we draw the line? Scientists and society must answer this question. Human genome editing, especially in germline cells, is a major ethical concern. Most gene therapies modify somatic cells, so genetic changes only affect the individual. Changes to a person’s germline, however, are also inherited by their offspring.

In 2018, a scientist shocked the world when he allegedly created the first babies genetically modified with CRISPR. He attempted to make the twin baby girls resistant to HIV by introducing an unstudied germline mutation. His actions sparked outrage and concern as scientists and the public grappled with what this meant for humankind. It remains unclear how this will affect the girls’ health, their future offspring, or the population.

Another concern is the use of foreign genetic material to improve the food supply. Plants are the most common genetically modified food source, with 28 countries growing nearly 450 million acres of GM crops globally. While there is enormous potential to secure food supply for a growing world population, scientifically sound, long-term studies are needed to address the concerns of GMO critics.

Aperçu

Le génie génétique est le processus de modification de l’ADN d’un organisme pour introduire de nouveaux traits souhaitables. De nombreux organismes, des bactéries aux plantes et aux animaux, ont été génétiquement modifiés à des fins académiques, médicales, agricoles et industrielles. Bien que le génie génétique présente des avantages indéniables, les préoccupations éthiques entourent la modification des humains et de notre approvisionnement alimentaire.

Les scientifiques peuvent modifier délibérément le génome d’un organisme

Le génie génétique est possible parce que le code génétique — la façon dont l’information est codée par l’ADN — et la structure de l’ADN sont universels entre toutes les formes de vie. Par conséquent, le code génétique d’un organisme peut être modifié de plusieurs façons.

La séquence de nucléotides peut être modifiée de façon sélective à l’aide de techniques telles que le système CRISPR/Cas9. Connu sous le nom de « ciseaux moléculaires », le système CRISPR/Cas9 est une réponse immunitaire procaryote innée qui a été cooptée pour l’édition de l’information génétique.

Un gène peut également être retiré d’un organisme pour créer un « knockout », ou introduit pour créer un « knockin », par le biais d’un processus appelé ciblage génétique. Cette méthode repose sur une recombinaison homologue — échange génétique entre les molécules d’ADN qui partagent une région étendue avec des séquences similaires — pour modifier un gène endogène.

Les scientifiques peuvent également insérer un gène d’un organisme dans le génome d’un autre, ce qui entraîne un organisme transgénique. En général, l’ADN combiné de différentes sources est appelé ADN recombinant. L’organisme qui reçoit cet ADN est considéré comme un organisme génétiquement modifié ou OGM.

Le génie génétique a un impact sur la santé et le bien-être humains

L’édition du génome a eu un impact significatif sur la recherche scientifique, l’agriculture, l’industrie et la médecine. La recherche en biologie moléculaire insère souvent des transgènes — des gènes étrangers — dans les bactéries et les virus pour étudier la fonction et l’expression des gènes. Les bactéries ont été les premiers organismes génétiquement modifiés. Les scientifiques ont introduit le gène de l’insuline humaine pour produire de l’insuline synthétique qui est utilisée par les personnes atteintes de diabète.

Une technique appelée thérapie génique permet d’insérer un nouveau gène dans une personne afin que la protéine qu’il code puisse s’exprimer dans ses cellules. La thérapie génique fournit un remède ou un traitement pour certaines maladies génétiques graves et autrement intraitables. Les scientifiques ont modifié les virus pour délivrer de nouveaux gènes aux cellules hôtes. Ces virus personnalisés peuvent infecter les cellules malades et insérer une copie correcte d’un gène défectueux, traitant les troubles humains tels que l’immunodéficience combinée sévère (SCID).

Bien que de nombreux traitements de thérapie génique utilisent des virus modifiés, le système CRISPR/Cas9 est devenu une technique de plus en plus populaire. Le système CRISPR/Cas9 coupe l’ADN à l’aide d’un guide — des séquences d’ARN connues sous le nom de CRISPR — pour diriger les « ciseaux moléculaires » — une enzyme appelée Cas9 — vers des sites spécifiques du génome. Les scientifiques utilisent cet outil moléculaire pour ajouter, enlever ou modifier le matériel génétique. CRISPR/Cas9 a été utilisé dans les modèles de souris pour corriger les erreurs dans les gènes responsables de la dystrophie musculaire de Duchenne, de l’hépatite B, des cataractes et des maladies cardiovasculaires.

Bien que le génie génétique puisse produire de nouveaux traitements pour les maladies, il peut également être utilisé à d’autres fins pratiques. Des chèvres transgéniques ont été développées pour produire de la soie d’araignée dans leur lait à des fins industrielles. En agriculture, certaines plantes ont été génétiquement modifiées pour améliorer des caractéristiques telles que la teneur nutritionnelle et la résistance aux ravageurs. Les progrès récents et futurs en génie génétique continueront probablement d’avoir des répercussions sur la santé et le bien-être humains.

Préoccupations éthiques en matière de génie génétique

Le génie génétique a un grand potentiel, mais où pouvons-nous tracer la ligne? Les scientifiques et la société doivent répondre à cette question. L’édition du génome humain, en particulier dans les cellules germinales, est une préoccupation éthique majeure. La plupart des thérapies géniques modifient les cellules somatiques, de sorte que les changements génétiques n’affectent que l’individu. Toutefois, les changements apportés à la lignée germinale d’une personne sont également hérités par sa progéniture.

En 2018, un scientifique a choqué le monde entier lorsqu’il aurait créé les premiers bébés génétiquement modifiés avec CRISPR. Il a tenté de rendre les petites filles jumelles résistantes au VIH en introduisant une mutation germinale non étudiée. Ses actions ont suscité l’indignation et l’inquiétude alors que les scientifiques et le public se débattaient avec ce que cela signifiait pour l’humanité. On ne sait toujours pas comment cela affectera la santé des filles, leur future progéniture ou la population.

Une autre préoccupation est l’utilisation de matériel génétique étranger pour améliorer l’approvisionnement alimentaire. Les plantes sont la source d’aliments génétiquement modifiées la plus courante, avec 28 pays qui cultivent près de 450 millions d’acres de cultures GM dans le monde. Bien qu’il existe un énorme potentiel pour assurer l’approvisionnement alimentaire d’une population mondiale croissante, des études scientifiquement solides et à long terme sont nécessaires pour répondre aux préoccupations des critiques des OGM.


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