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15.4: Organismes transgéniques
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Transgenic Organisms
 
TRANSCRIPTION

15.4: Transgenic Organisms

15.4: Organismes transgéniques

Overview

Transgenic organisms are genetically engineered to carry transgenes—genes from a different species—as part of their genome. The transgene may either be a different version of one of the organism’s genes or a gene that does not exist in their genome. Transgenes are usually generated by recombinant DNA and DNA cloning techniques. Transgenic bacteria, plants, and animals allow scientists to address biological queries and design practical solutions.

Creating a Transgenic Organism

Scientists begin the process of transgenesis—introducing a transgene into an organism’s genome—by selecting an appropriate technique. There are several biological, chemical, and physical methods of transgenesis. A common biological method involves the virus-mediated introduction of foreign DNA into a host cell genome, called transduction. A popular chemical method uses calcium phosphate (Ca3(PO4)2). The method is based on the formation of a Ca3(PO4)2/DNA precipitate to facilitate DNA binding to and entering cells. Physical methods such as microinjection—a technique that uses a thin, glass needle to manually insert genetic material into cells—artificially introduce DNA by force.

Once inside the cell, a transgene can either integrate randomly or at a specific site in the genome with the help of DNA repair enzymes (i.e., recombination). These transgenic cells then multiply and replicate the transgene as part of their genome, stably expressing the researcher’s gene of interest. A transgene may not integrate into the genome, and hence induce only transient expression of the researcher’s gene of interest. Usually, a selectable marker (e.g., antibiotic resistance gene) or a reporter gene (e.g., GFP) are included along with the gene of interest, so that cells with successful transgene integration can be identified.

Transgenes Can Be Introduced into Animals and Plants

In animals, the transgene is typically inserted into an early-stage, fertilized egg by microinjection. The hope is that the transgene will integrate into the germ cells—reproductive precursor cells that become gametes (i.e., egg or sperm)—so that it will express in all of the developing organism’s cells. Furthermore, germline integration is heritable, meaning the transgene can be passed down through generations by breeding. The transgenic animals are backcrossed—the offspring are mated with the parent—to create lines of animals that are homozygous for the transgene.

Plant transgenesis routinely uses a biological method, such as bacterial vector delivery, to introduce foreign DNA into cells. Rhizobium radiobacter (formerly known as Agrobacterium tumefaciens) is a soil-dwelling, pathogenic bacterium that can infect plants and integrate its plasmid DNA into the plant’s genome. Scientists have modified R. radiobacter so that the plasmid DNA can carry a transgene. Plant tissue samples are cultured with R. radiobacter to allow for infection and the integration of the transgene. These tissues are further cultured on selective media that induce shoot and root growth until the nascent plant can be transferred to soil. These transgenic plants are backcrossed to create lines of high yield, transgenic plants.

Practical Uses of Transgenic Organisms

Transgenic organisms have many applications in agriculture, science, industry, and medicine. For example, transgenic plants have been produced that are insect-resistant to increase yield and reduce the use of pesticides (e.g., Bt corn); bacteria have been engineered for use in biomedical research and to produce biofuels; and transgenic animals have been used to manufacture medicines—such as human proteins—and to create models of human disease. Scientists leverage the power of transgenic plants, bacteria, and animals to research gene expression, create desired gene products, or promote valuable traits.

Aperçu

Les organismes transgéniques sont génétiquement modifiés pour transporter des transgènes — des gènes d’une espèce différente — dans le cadre de leur génome. Le transgène peut être soit une version différente de l’un des gènes de l’organisme ou un gène qui n’existe pas dans leur génome. Les transgènes sont habituellement générés par des techniques de clonage d’ADN et d’ADN recombinants. Les bactéries, les plantes et les animaux transgéniques permettent aux scientifiques d’aborder les questions biologiques et de concevoir des solutions pratiques.

Création d’un organisme transgénique

Les scientifiques commencent le processus de transgenèse — l’introduction d’un transgène dans le génome d’un organisme — en sélectionnant une technique appropriée. Il existe plusieurs méthodes biologiques, chimiques et physiques de transgenèse. Une méthode biologique commune implique l’introduction par virus de l’ADN étranger dans un génome de cellules hôtes, appelé transduction. Une méthode chimique populaire utilise le phosphate de calcium (Ca3(PO4)2). La méthode est basée sur la formation d’un précipité Ca3(PO4)2/ADN pour faciliter la liaison de l’ADN vers les cellules et les saisies. Des méthodes physiques telles que la microinjection , une technique qui utilise une aiguille en verre mince pour insérer manuellement du matériel génétique dans les cellules, introduisent artificiellement l’ADN par la force.

Une fois à l’intérieur de la cellule, un transgène peut s’intégrer au hasard ou à un site spécifique du génome à l’aide d’enzymes de réparation de l’ADN (c.-à-d. recombinaison). Ces cellules transgéniques se multiplient et reproduisent ensuite le transgène dans le cadre de leur génome, exprimant de façon stable le gène d’intérêt du chercheur. Un transgène peut ne pas s’intégrer dans le génome, et donc induire seulement l’expression transitoire du gène d’intérêt du chercheur. Habituellement, un marqueur sélectionnable (p. ex., gène de résistance aux antibiotiques) ou un gène de journaliste (p. ex., GFP) sont inclus avec le gène d’intérêt, de sorte que les cellules ayant une intégration transgène réussie peuvent être identifiées.

Les transgènes peuvent être introduits dans les animaux et les plantes

Chez les animaux, le transgène est généralement inséré dans un ovule fécondé à un stade précoce par micro-injection. L’espoir est que le transgène s’intégrera dans les cellules germinales — cellules précurseurs de la reproduction qui deviennent des gamètes (c.-à-d. l’ovule ou le sperme) — afin qu’il s’exprime dans toutes les cellules de l’organisme en développement. En outre, l’intégration de la lignée germinale est héréditaire, ce qui signifie que le transgène peut être transmis à travers les générations par la reproduction. Les animaux transgéniques sont rétrocroisés — les descendants sont accouplés avec le parent — pour créer des lignées d’animaux homozygotes pour le transgène.

La transgenèse végétale utilise régulièrement une méthode biologique, comme la livraison de vecteurs bactériens, pour introduire l’ADN étranger dans les cellules. Rhizobium radiobacter (anciennement connu sous le nom d’Agrobacterium tumefaciens)est une bactérie pathogène qui peut infecter les plantes et intégrer son ADN plasmide dans le génome de la plante. Les scientifiques ont modifié R. radiobacter afin que l’ADN plasmide puisse transporter un transgène. Des échantillons de tissus végétaux sont cultivés avec R. radiobacter pour permettre l’infection et l’intégration du transgène. Ces tissus sont cultivés davantage sur des supports sélectifs qui induisent la pousse et la croissance des racines jusqu’à ce que la plante naissante puisse être transférée au sol. Ces plantes transgéniques sont croisées pour créer des lignées de plantes transgéniques à haut rendement.

Utilisations pratiques des organismes transgéniques

Les organismes transgéniques ont de nombreuses applications dans l’agriculture, la science, l’industrie et la médecine. Par exemple, des plantes transgéniques ont été produites qui sont résistantes aux insectes pour augmenter le rendement et réduire l’utilisation de pesticides (p. ex., maïs Bt); les bactéries ont été conçues pour être utilisées dans la recherche biomédicale et pour produire des biocarburants; et les animaux transgéniques ont été utilisés pour fabriquer des médicaments, comme les protéines humaines, et pour créer des modèles de maladies humaines. Les scientifiques tirent parti de la puissance des plantes, des bactéries et des animaux transgéniques pour rechercher l’expression des gènes, créer les produits génétiques désirés ou promouvoir des traits précieux.


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