Un aperçu du génie génétique

Genetics

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Summary

Génie génétique – le processus de modifier délibérément ADN un organisme – a été utilisé pour créer des outils de recherche puissants et des organismes modèles et a également vu de nombreuses applications agricoles. Toutefois, afin de l’ingénieur des traits pour s’attaquer à des problèmes complexes agricoles telles que soulignent tolérance ou restent nécessaires pour concrétiser les promesses de la thérapie génique pour le traitement de maladies humaines, nouvelles avancées dans le domaine. Considérations importantes incluent la livraison sûre et efficace des constructions génétiques dans des cellules ou organismes et la mise en place de la modification souhaitée dans le génome d’un organisme aux effets moins « hors cible ».

Aperçu du génie génétique de JoVE présentera une histoire du champ, soulignant les découvertes qu’il a confirmé l’ADN comme le matériel génétique et conduit à l’élaboration d’outils pour modifier l’ADN. Les questions clés auxquelles il faut répondre afin d’améliorer le processus de l’ingénierie génétique seront alors introduites, ainsi que divers outils utilisés par les ingénieurs en génétique. Enfin, nous feront enquête auprès de plusieurs applications démontrant les types de questions expérimentales et stratégies dans le domaine aujourd'hui.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Genetics. Un aperçu du génie génétique. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Le génie génétique est l’altération délibérée de l’ADN d’un organisme. Les avancées dans ce domaine ont permis aux scientifiques générer des cellules génétiquement modifiées et des organismes pour la recherche biomédicale et à des fins agricoles. Toutefois, l’application des technologies génétiques pour utilisation comme agents thérapeutiques chez l’homme, connu comme la thérapie génique, est encore un work in progress.

Dans cette vidéo, nous allons discuter de certaines des découvertes importantes dans l’histoire du génie génétique, les grandes questions à l’étude aujourd'hui, des outils importants pour modifier le génome d’un organisme et plusieurs applications de ces technologies.

Commençons par examiner l’histoire du génie génétique.

Capacité des scientifiques à manipuler directement les gènes articulés sur la résolution de l’identité du matériel génétique. En 1928, Frederick Griffith a fait observer que par injection d’un mélange de bactéries virulentes tuées par la chaleur et une souche direct, mais non virulentes, à des souris a entraîné la maladie, conduisant à l’hypothèse d’un « principe transformant » transféré à partir de la mort pour vivre des bactéries.

En 1944, Oswald Avery, Colin Macleod et Maclyn McCarty a identifié l’ADN de la bactérie responsable de cette transformation. Le résultat a été également validé en 1952, lorsque Alfred Hershey et Martha Chase utilisé bactériophage radioactivement marqué pour montrer que c’est l’ADN du virus et pas la protéine, ce qui a été transmise au cours de l’infection des cellules bactériennes.

En 1952, Joshua Lederberg hypothèse aussi faite l’existence des plasmides — petits morceaux circulaires d’ADN qui peut être transmis entre bactéries. Vers la même époque, il a également décrit la transduction, où les virus servent de vecteurs pour transmettre l’ADN entre les cellules.

Commençant dans les années 1970, des chercheurs comme Hamilton Smith a commencé à découvrir certains des « outils » pratiques du génie génétique, comme les endonucléases de restriction, qui « couper » l’ADN à des séquences spécifiques. Grâce à ces outils, en 1972, Paul Berg a généré la première molécule d’ADN « recombinante » en se joignant à l’ADN de deux virus différents, et en parallèle, Stanley Cohen et Herbert Boyer généré le premier organisme vivant recombinant en plaçant un gène de résistance aux antibiotiques sur un plasmide et transformer cette construction de la bactérie e. coli.

En 1973, Rudolf Jaenisch a créé le premier organisme multicellulaire transgénique, une souris contenant de l’ADN virale SV40, bien que ce n’était pas jusqu’en 1981, quand plusieurs autres laboratoires a créé la première souris transgénique capable de transmettre les gènes insérés à leur progéniture. Dans les années 1980, Mario Capecchi et Oliver Smithies tout d’abord établi que la recombinaison homologue pourrait être utilisée pour cibler spécifiquement les gènes et en 1989 utilisé cette méthode pour générer la première souris knock-out, où un gène est rendu non fonctionnel.

Ensuite, nous allons examiner certaines questions clés en génie génétique.

Une région intégrale de la recherche consiste à déterminer la meilleure méthode permettant de modifier le génome d’un organisme. Un certain nombre de facteurs ont besoin à prendre en considération, y compris l’efficacité du processus de modification, ainsi que la question de savoir si la modification doit être ciblé à des gènes spécifiques pour minimiser les risques d’altérations involontaires à l’ADN cellulaire.

Afin de modifier le génome de la cellule hôte, la séquence d’ADN artificiellement Assemblée pour apporter cette modification, appelée une « construction génétique », doit être remises dans cette cellule. Recherche dans ce domaine vise à maximiser l’efficacité tout en limitant la cytotoxicité. Au niveau organismique, les chercheurs étudient comment modifier les vecteurs tels que des particules rétrovirales ou nanoparticules pour améliorer construire livraison aux populations de cellules cibles.

Enfin, il y a beaucoup d’intérêt dans la question de savoir si le génie génétique peut être appliqué avec succès à agricole ou applications thérapeutiques. Ces technologies ont été utilisées pour générer des outils de recherche puissants tels que les souris avec gènes supprimés ou « knocked out », ou à insérer des traits simples, unique comme la résistance aux herbicides dans les cultures. Cependant, des problèmes complexes, telles que générer des cultures qui se développent dans des conditions défavorables nécessitera probablement modifier plusieurs voies simultanément. En outre, le développement de thérapies géniques pour traiter des maladies génétiques, ce qui a nécessité une livraison sûre et efficace des constructions génétiques aux cellules humaines, demeure une tâche difficile.

Nous allons maintenant jeter un regard sur les outils du génie génétique et les technologies utilisées par les chercheurs.

La méthode classique pour générer des constructions génétiques est axée sur les enzymes de restriction clonage, où les morceaux d’ADN est digérés et puis recombinées en ordre spécifique à l’aide de ligase d’ADN pour créer un nouveau plasmide. De nouvelles techniques incluent recombineering, qui utilise la recombinaison d’isoler et d’échanger des fragments d’ADN sans la nécessité pour les sites de digestion enzymes de restriction.

L’ADN peut être livré dans les cellules par un certain nombre de méthodes. Transformation ou transfection est le processus d’obtention de l’ADN nu dans des cellules bactériennes ou eucaryotes, respectivement. Des cations divalents, comme le calcium, peuvent rendre les membranes cellulaires plus poreux, qui augmente l’absorption de molécules d’ADN exogènes. Électroporation utilise un champ électrique pour accomplir la même tâche, tandis que les nanoparticules lipidiques qui entourent l’ADN peuvent se fusionnent avec la membrane cellulaire et libérer sa charge utile. Transduction désigne le transfert de l’ADN par un vecteur viral, par exemple un lentivirus.

Livraison des constructions génétiques à des organismes multicellulaires nécessite des considérations supplémentaires. Lorsque plusieurs types de cellules sont présentes, les vecteurs ciblés tels que virus ou nanoparticules augmentent la spécificité de la livraison de la cellule. Chez les plantes, les chercheurs ont co-opté agrobacterium, un phytopathogène capable de transférer l’ADN pour planter des cellules, comme un outil de livraison de gène. « Biolistique » se réfère à l’utilisation d’une arme à feu « gène » de livrer des perles or recouvertes d’ADN dans les cellules.

Enfin, les constructions d’ADN livrées devront apporter des modifications permanentes au génome hôte afin d’obtenir des effets à long terme. Cela peut se produire par intégration aléatoire de la construction de l’ADN livrée dans hôte ADN, qui peut être améliorée par le marquage de la construction avec des sites de reconnaissance pour les enzymes de « copier-coller » d’ADN appelés transposases. En revanche, les techniques telles que le ciblage par recombinaison homologue génique permettent une intégration dans des sites génomiques spécifiques. Progrès récents en appelée génome édition, qui utilise les nucléases sur-mesure pour générer des cassures double brin à des loci spécifiques, grandement améliorent efficacité de ciblage génique.

Maintenant, nous allons jeter un coup d’oeil à la façon dont les technologies de génie génétique sont appliquées aujourd'hui.

Fonctions cellulaires chez les eucaryotes sont compartimentées en organites et ciblage de l’expression de protéines transgéniques aux compartiments individuels peut-être permettre des effets biologiques plus spécifiques. Dans cette expérience, les chercheurs généré une journaliste GFP-étiquetée de construction en utilisant la technique d’assemblage de Gibson, où les régions homologues de chevauchement entre plusieurs produits PCR permettent la génération d’une construction complète sans l’utilisation d’enzymes de restriction. Biolistique transfection a été utilisée pour livrer ces constructions dans les cellules végétales et les chercheurs ont pu démontrer l’expression de la GFP ciblée le chloroplaste.

Cellules cancéreuses surexpriment souvent des récepteurs de surface, dont les chercheurs peuvent cibler à l’aide de la thérapie génique. Ici, les scientifiques a établi un modèle de cancer de la vessie humaine chez la souris. Il est suivi par voie topique d’un vecteur adénoviral pour les cellules cancéreuses de la vessie. Observation de l’expression de la luciférase dans les cellules cancéreuses ont indiqué mise en œuvre réussie de la gène rapporteur.

Enfin, des progrès sont réalisés en ingénierie complètes voies biologiques dans l’organisme cible. Ici, chaque gène de la biosynthèse de l’antibiotique érythromycine était isolé de ses bactéries Saccharopolyspora erythraea, par PCR et regroupé en opéron-comme des constructions, où une série de gènes sont placés sous contrôle par ces mêmes éléments réglementaires afin de permettre une expression optimale. Ces constructions ont été ensuite transformées en e. coli pour reconstituer la voie de synthèse et le produit de façon hétérologue produit alors pourrait être purifié et testé pour la fonctionnalité.

Vous avez regardé juste aperçu de JoVE du génie génétique. Dans cette vidéo, nous discute l’histoire du génie génétique, a examiné les questions majeures, outils dans le domaine et a présenté plusieurs exemples d’applications du génie génétique. Comme toujours, Merci pour regarder !

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