ÉDITION DES GÉNOMES

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Premières mutations ciblées

Il faut donc chercher à créer des mutations ciblées, c’est-à-dire non plus au hasard, mais à un endroit du génome choisi par l’expérimentateur. L’équation de départ est la suivante : un gène est une longue séquence issue de l’enchaînement des quatre nucléotides constitutifs de l’ADN (adénine, A ; thymine, T ; cytosine, C ; guanine, G) ; une mutation ciblée est un événement moléculaire, perte ou addition de nucléotides, affectant la séquence du gène (par exemple, la transformation de la séquence …AATCGGAT… en …AATAGGAT…). La construction de mutations ciblées s’est développée en deux temps. Au début des années 1970, on dispose d’outils efficaces issus de la chimie et surtout de l’enzymologie de l’ADN : ce dernier est en effet la cible de nombreuses enzymes, qui le modifient, le coupent, le réparent, ligaturent les fragments, etc. En combinant enzymologie et chimie, on a appris à isoler, manipuler, séquencer l’ADN des gènes in vitro (1970-1975). On a aussi appris à introduire ces gènes dans des cellules isolées cultivées in vitro pour qu’ils s’y expriment sous forme de protéines, et enfin dans des organismes animaux et végétaux selon un processus appelé transgenèse, lorsque le « nouveau » gène est transmis à la descendance. On obtient alors des organismes génétiquement modifiés (OGM). Cette démarche constitue la base de l’industrie biotechnologique fondée sur les OGM. De très nombreux animaux et plantes transgéniques ont été ainsi produits et continuent d’être utilisés à des fins de recherche ou de production. Le génome peut être modifié par addition d’un gène extérieur, mais ces interventions ne sont pas encore véritablement ciblées. D’une part, le morceau d’ADN qui porte le gène extérieur (le transgène) s’intègre au hasard dans un chromosome, alors même que l’environnement d’un gène sur un chromosome est très important pour son expression adaptée à la physiologie de la cellule. D’autre part, on est loin de savoir modifier précisément tel ou tel nucléotide dans la séquence.

La seconde phase a consisté à modifier précisément le gène existant, d’abord in vitro, puis in vivo, là où il se trouve sur le chromosome. Ce résultat est obtenu pour la première fois vers 1985, en utilisant un mécanisme appelé recombinaison homologue, qui permet un échange entre la molécule d’ADN du gène et de courtes séquences homologues d’ADN produites par synthèse chimique et dans lesquelles on a introduit la mutation désirée. Ce mécanisme appliqué aux cellules somatiques et aux cellules souches de tissus ou d’organes a ensuite été étendu à des animaux modèles de façon à produire des lignées génétiquement modifiées et stables. Chez la souris, du moins depuis 1987, la mutagenèse ciblée de gènes dans des cellules embryonnaires totipotentes (capables de donner tous les types cellulaires), ensuite réintroduites dans un embryon normal, a permis de créer des lignées de souris dans lesquelles le gène est manipulé, en fait inactivé, dans le cas le plus général. On parle alors de souris KO (knock-out) pour un gène donné. Mais plusieurs autres types de modifications ciblées sont possibles : correction d’un gène porteur d’une mutation délétère cause de maladie, insertion de séquences nouvelles, etc. L’opération prend du temps : un an au moins pour obtenir une souris porteuse d’une mutation ciblée. Il en est de même pour la thérapie génique s’appuyant sur des cellules souches isolées de l’organisme et « réparées » in vitro avant d’être réintroduites chez le sujet. En dépit de nombreuses améliorations techniques, les procédures d’intervention ciblée sur le génome sont restées essentiellement les mêmes jusqu’au début des années 2010. On savait modifier de manière ciblée le génome d’une cellule et de certains organismes, mais au prix d’un travail considérable. Les souris ainsi modifiées ont été et restent des outils puissants pour les recherches dans de nombreux domaines de la biologie, particulièrement en immunologie et en biologie du développement.

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Une méganucléase complexée à de l’ADN

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Modes d’action des outils d’édition du génome

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Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna

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Gilles SAUCLIÈRES, « ÉDITION DES GÉNOMES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 28 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/edition-des-genomes/