GÉNIE GÉNÉTIQUE
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La découverte, dans les années 1950, du rôle de l'ADN (acide désoxyribonucléique) et des gènes qu'il contient a donné naissance à une discipline appliquée nouvelle : le génie génétique. Fondé sur un ensemble de techniques, il a pour but d'étudier et d'exploiter les gènes, essentiellement dans les domaines médical, pharmaceutique et agroalimentaire. L'exploitation des gènes suppose que l'on puisse les isoler, déterminer leur structure et les introduire dans des cellules ou des organismes entiers afin de modifier leurs propriétés biologiques.
Du gène à la protéine
Les gènes sont des messages codés dont le support moléculaire est l'ADN. Le décodage de ces messages se traduit par la synthèse de molécules, les protéines, dont chacune exerce une ou plusieurs fonctions précises dans les organismes vivants. Ces molécules qui sont de grande taille, sont toujours composées des mêmes éléments, les acides aminés (au nombre de vingt), dont l'ordre définit la structure de la protéine et son activité biologique. La succession des acides aminés est directement déterminée par la succession des bases nucléotidiques (A, C, G, T, pour, respectivement, adénine, cytosine, guanine et thymine) qui sont les constituants essentiels de l'ADN. Le code de correspondance entre les bases de l'ADN et les acides aminés, appelé le code génétique, est défini par la règle qui veut que trois bases successives (formant un codon) désignent un acide aminé précis des protéines (fig. 1 et 2). Il est important de noter que le code génétique est universel. Il a donc probablement été créé pour permettre le fonctionnement des premières bactéries et il s'est transmis sans modification jusqu'aux mammifères. C'est pour cette raison qu'il est possible de faire fonctionner un gène de bactérie dans une autre bactérie, une plante ou un animal et réciproquement.
Gènes et protéines
Dessin
La relation entre les gènes et les protéines. Après les repas, lorsque l'organisme doit abaisser le taux de glucose circulant dans le sang pour éviter ses effets délétères et pour le stocker sous forme de graisse, certaines cellules du pancréas reçoivent un signal pour synthétiser et...
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La synthèse de c [...]
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Écrit par :
- Louis-Marie HOUDEBINE : directeur de recherche, unité de biologie du développement et reproduction, Institut national de la recherche agronomique
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TECHNIQUES DU GÉNIE GÉNÉTIQUE - (repères chronologiques)
1962 Découverte, par Werner Arber, des enzymes de restriction, enzymes bactériennes capables de couper l'ADN.1971 Première utilisation, par Daniel Nathans, des enzymes de restriction c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/techniques-du-genie-genetique-reperes-chronologiques/#i_82580
ANIMAUX MODÈLES, biologie
Dans le chapitre « De l'animal expérimental à l'animal modèle » : […] Au sein de l'édifice de l'expérimentation en biologie qui vient d'être décrit, le glissement d'un très petit nombre d'espèces animales vers un statut plus particulier d'animal modèle défini comme tel est associé à – sinon provoqué par – une approche de plus en plus génétique de la biologie et de la médecine, qui va surtout s'affirmer au cours du dernier tiers du xx […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/animaux-modeles-biologie/#i_82580
ANTICORPS MONOCLONAUX
Dans le chapitre « Molécules thérapeutiques » : […] À l'origine, la grande majorité des essais cliniques ont donné des résultats décevants, à l'exception de l'anticorps OKT3, utilisé dans la prévention du rejet aigu des allogreffes. Plusieurs facteurs furent à l'origine de cette désillusion : choix hâtifs d'anticorps aux propriétés mal contrôlées (affinité médiocre, spécificité douteuse, faible capacité à recruter les cellules effectrices du systèm […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/anticorps-monoclonaux/#i_82580
ASILOMAR CONFÉRENCE D' (1975)
La rencontre qui s'est tenue du 24 au 27 février 1975 à Asilomar en Californie ne fut pas une conférence scientifique ordinaire du fait de la présence d’une quinzaine de journalistes. Elle était organisée par un petit groupe de scientifiques mené par Paul Berg, biochimiste de l’université Stanford (Californie). Quelque 150 scientifiques étaient invités, dont un peu moins des deux tiers étaient am […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/conference-d-asilomar/#i_82580
BACTÉRIOLOGIE
Dans le chapitre « Bactériologie appliquée à l'industrie pharmaceutique » : […] C'est la découverte de la pénicilline, un métabolite naturel du champignon microscopique Penicillium , qui déclencha la révolution microbiologique dans l'industrie pharmaceutique. Tant commercialement que cliniquement, les antibiotiques constituent encore l'essentiel des produits pharmaceutiques fabriqués par des techniques microbiologiques ; nous ne développerons pas ici leu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/bacteriologie/#i_82580
BERG PAUL (1926- )
Biologiste moléculaire américain né à New York. Paul Berg obtient en 1952 un doctorat en biochimie à la Western Reserve University (aujourd'hui, Case Western University) à Cleveland (Ohio). Il effectue ensuite un stage à l'institut de cytophysiologie à Copenhague, et un autre dans le département de microbiologie de l'université de Washington à Saint Louis ; il y restera, comme assistant puis comme […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/paul-berg/#i_82580
BIOÉTHIQUE ou ÉTHIQUE BIOMÉDICALE
Dans le chapitre « Des questions renouvelées » : […] La réactualisation des questions est le plus souvent le produit d’avancées techno-scientifiques. La mise au point d’une nouvelle technologie d’intervention dans le génome ( gene ou genome editing ) dénommée CRISPR, apparue en 2012, a ravivé une foule d’inquiétudes et d’espoirs. En 2016, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/bioethique-ethique-biomedicale/#i_82580
BIOLOGIE - Les pratiques interventionnelles
Depuis le dernier quart du xx e siècle, la biologie s'est dotée de nouveaux moyens techniques et de nouveaux protocoles expérimentaux qui lui donnent la possibilité d'intervenir sur les organismes vivants au niveau de leurs gènes : soit pour leur conférer de façon permanente et transmissible certaines propriétés physiologiques, métaboliques ou m […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/biologie-les-pratiques-interventionnelles/#i_82580
BIOLOGIE, en bref
La prise de conscience de la réalité biologique, c'est-à-dire de ce qui caractérise le vivant par rapport à l'inanimé, remonte sans doute aux premières tentatives des Anciens pour définir et expliquer cette différence. On pense ici à la philosophie naturaliste d'Aristote, aux idées d'Hippocrate, puis de Galien. Leur conception de la vie s'inscrit le plus souvent dans une dimension métaphysique ou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/biologie-vue-d-ensemble/#i_82580
BIOTECHNOLOGIES
Dans le chapitre « L'essor des biotechnologies » : […] Trois bouleversements sont à l'origine de l'essor des biotechnologies modernes : le développement d'outils moléculaires très performants ; l'explosion des connaissances dans le domaine de la génétique ; et, enfin, l'accumulation de données biologiques issues des vastes programmes internationaux de séquençage des génomes (génomique) . Les outils moléculaires du […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/biotechnologies/#i_82580
BREVET SUR UN O.G.M.
Au début des années 1970, le microbiologiste indien Ananda Chakrabarty invente, pour le compte de la General Electric Company, une bactérie génétiquement modifiée capable de dégrader les hydrocarbures. Le brevet qu'il demande lui est alors refusé, conformément à la jurisprudence (Plant Patent Act, 1930) excluant les êtres vivants – à l'exception des plantes à reproduction asexuée – de la protectio […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/brevet-sur-un-o-g-m/#i_82580
CHOLÉRA
Dans le chapitre « Traitement et prophylaxie » : […] La rapidité de l'évolution du choléra, de la déshydratation et de la déminéralisation, de la menace d'acidose et d'urémie fait que le traitement doit être entrepris d'extrême urgence afin de compenser au plus tôt et très exactement les pertes en eau et en électrolytes des malades. Il s'agit d'une lutte de vitesse fondée sur l'administration par voie intraveineuse de solutions diverses (salées, gl […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cholera/#i_82580
COLZA
Dans le chapitre « Le colza, produit du génie génétique » : […] Le colza figure parmi les plantes cultivées qui ont été les plus transformées par le génie génétique. Toutefois, la transgenèse – méthode permettant d’obtenir des organismes génétiquement modifiés ou O.G.M. – ne constitue qu’une des techniques utilisées par le génie génétique. Les plus importants programmes de recherche ont été conduits en Europe de l’Ouest (en particulier en France et en Allemagn […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/colza/#i_82580
COMMERCIALISATION DU PREMIER O.G.M.
Durant l'été de 1994, une tomate d'un genre nouveau apparaît sur les étals de Californie et du Midwest américain. Produite par la firme américaine Calgene, la tomate flavr savr (jeu sur les mots flavour parfum, et savour , goût) a été génétiquement modifiée pour rester ferme plus longtemps, ce qui lui permet d'être récoltée à matu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/commercialisation-du-premier-o-g-m/#i_82580
DÉVELOPPEMENT (biologie) - Le développement végétal
Dans le chapitre « Acquisition de la totipotence » : […] Les capacités de dédifférenciation des tissus végétaux sont connues depuis longtemps. L'un des exemples les plus frappants est la néoformation de racines adventives sur les boutures de tiges. L'initiation de la rhizogenèse intervient toujours au niveau de tissus internes, qui sont des parenchymes proches des tissus vasculaires, ou au niveau de tissus secondaires. Compte tenu de cette localisation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/developpement-biologie-le-developpement-vegetal/#i_82580
EMBRYOLOGIE
Dans le chapitre « Manipulations cytologiques : l'œuf de souris » : […] De plus en plus se développe l'étude de l'embryologie de la souris, qui, grâce à l'existence de nombreuses mutations, constitue un outil génétique essentiel. En effet, les différentes souches mutantes permettent des études comparatives entre le développement normal et l'embryogenèse aberrante, et, ainsi, l'élucidation des mécanismes morphogénétiques intervenant au cours du développement. Les pre […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/embryologie/#i_82580
ENZYMES DE RESTRICTION
Comment les bactéries, dépourvues de système immunitaire, se défendent-elles contre les virus (appelés aussi phages) qui les infectent ? C'est le Suisse Werner Arber (né en 1929), qui apporte le premier la réponse à cette question. En 1962, il découvre que des enzymes bactériennes sont capables de couper l'ADN du phage au niveau de zones bien déterminées (différentes en fonction des enzymes), app […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/enzymes-de-restriction/#i_82580
GÉNÉTIQUE
Dans le chapitre « La génétique moléculaire » : […] Grâce à la technologie de l'ADN recombinant, il est maintenant possible d'obtenir « à volonté », d'analyser et de manipuler n'importe quel gène de n'importe quel organisme vivant. Du fait de sa « puissance », le génie génétique devait bientôt quitter les laboratoires où il avait vu le jour pour pénétrer, et modifier, une très large gamme de secteurs d'activité : la quasi-totalité de la biologie, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/genetique/#i_82580
ÉDITION DES GÉNOMES
Dans le chapitre « Le ciblage de l’ADN : les méganucléases » : […] Les limitations de la recombinaison homologue ont poussé à chercher des méthodes plus efficaces. En effet, sur un autre front de la recherche, les techniques de séquençage de l’ADN, qui permettent de connaître l’ordre d’enchaînement des nucléotides, ont progressé d’une manière fulgurante, de sorte que l’on dispose de plusieurs milliers de génomes complets d’organismes différents, allant de l’hydr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/edition-des-genomes/#i_82580
GÉNOMIQUE - Théorie et applications
Avec la fin du xx e siècle, le génie génétique est entré dans sa maturité. Les techniques de base, définies dans le courant des années 1960, se sont perfectionnées, simplifiées et en partie automatisées. Les plus importantes sont : le clonage de gènes, l'amplification de gènes (PCR, pour Polymerase Chain Reaction), la détermination de la séquenc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/genomique-theorie-et-applications/#i_82580
GÉNOMIQUE - Les fusions cellulaires
Depuis le début des années 1960, il est possible de fusionner des cellules somatiques entre elles. Ce mode de croisement est bien distinct de celui qui s'opère lors de la reproduction sexuelle. Il constitue néanmoins une approche alternative et très fructueuse de la génétique moderne humaine. En 1960, Georges Barski et ses collaborateurs à l'institut Gustave-Roussy de Villejuif ont obtenu, dans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/genomique-les-fusions-cellulaires/#i_82580
GÉNOMIQUE - Génome artificiel
Le 20 mai 2010, des chercheurs du John Craig Venter Institute aux États-Unis ont publié en ligne, sur le site Internet de la revue américaine « Science », un article intitulé « Création d'une cellule bactérienne contrôlée par un génome synthétisé chimiquement ». Il ne s'agit pas de vie ou de cellule synthétique comme on l'a souvent lu dans les médias, mais de la synthèse d'un chromosome bactérien […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/genomique-genome-artificiel/#i_82580
HÉRÉDITÉ
Dans le chapitre « Les manipulations génétiques » : […] À partir de 1965, des enzymes particulières sont découvertes qui deviennent des outils au service des biologistes moléculaires : couper et recoller des segments d'ADN devient possible, d'où le projet d'insérer un ADN étranger au sein d'une bactérie comme Escherichia coli . Mais ces « manipulations génétiques » suscitent aussitôt de grandes inquiétudes. Sur la demande des che […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/heredite/#i_82580
MICROBIOLOGIE
Dans le chapitre « La microbiologie alimentaire » : […] La fabrication d'un grand nombre de produits alimentaires s'appuie sur le métabolisme de micro-organismes, que l'on peut regrouper sous le terme de microflore positive. Celle-ci intervient dans l'élaboration de certains aliments par fermentation et/ou contribution au processus d'affinage (fromage ou charcuterie). Ces organismes « utiles » jouent un rôle important, d'une part, dans la conservation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microbiologie/#i_82580
MULLIS KARY BANKS (1944-2019)
Biologiste moléculaire américain né le 28 décembre 1944 à Lenoir (Caroline du Nord). Kary Banks Mullis fait ses études à l'institut de technologie de Georgie et à l'université de Berkeley (Californie) où il obtient son doctorat en 1973. Après avoir effectué des recherches à l'école médicale de l'université du Kansas puis à l'université de Californie à San Francisco, il rejoint en 1979 une entrepri […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/kary-banks-mullis/#i_82580
NUCLÉIQUES ACIDES
Dans le chapitre « Biosynthèse des ARN dans les virus à ARN » : […] Comme nous l'avons vu, certains virus ont leur information génétique contenue dans une molécule monocaténaire d'ARN. La réplication de cet ARN se fait grâce à une enzyme, l'ARN-polymérase ARN dépendant, qui permet la synthèse de la chaîne complémentaire de l'ARN viral . Cette chaîne va à son tour servir de matrice pour la synthèse d'ARN complémentaire, donc identique à l'ARN viral. Ainsi le virus […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/acides-nucleiques/#i_82580
O.G.M. - Production et utilisation
Dans le chapitre « De la sélection génétique à la transgenèse » : […] La sélection génétique consiste à ne conserver que les organismes vivants qui ont les caractéristiques souhaitées par le sélectionneur. Une telle opération n'a de sens que parce que les caractères génétiques sont héréditaires et qu'ils peuvent varier spontanément d'une génération à l'autre. Les mécanismes induisant ces variations, appelés mutations, ont lieu chez toutes les espèces. Il s'agit de l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/o-g-m-production-et-utilisation/#i_82580
O.G.M. - Les risques
Les biotechnologies et notamment la possibilité de préparer des O.G.M. (organismes génétiquement modifiés) sont considérées par la majorité des biologistes comme une des grandes avancées du xx e siècle. En toute logique, les pays les plus démunis devraient en bénéficier en priorité. La Chine, mais aussi l'Inde, le Brésil, l'Afrique du Sud et, à u […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/o-g-m-les-risques/#i_82580
PCR (polymerase chain reaction) ou AMPLIFICATION EN CHAÎNE PAR POLYMÉRASE
La PCR ( polymerase chain reaction ou amplification en chaîne par polymérase, expression française rarement utilisée) est une suite de réactions enzymatiques qui permettent d'amplifier un fragment d'ADN spécifique (ADN cible), souvent présent au départ en très faible quantité, et parfois en mauvais état, parmi des millions d'autres fragments. On peut mesurer la puissance de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pcr-amplification-en-chaine-par-polymerase/#i_82580
PLANTES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES ET RÉSISTANCE
Dans le chapitre « P.G.M. résistantes aux insectes et aux herbicides » : […] La grande majorité des P.G.M. commercialisées possèdent – séparément ou de manière combinée – deux types de caractéristiques : une résistance aux insectes qui les ravagent et une résistance (on dit aussi tolérance) à divers herbicides, notamment le glyphosate, principe actif du Roundup. Pour résister à leurs ravageurs, les P.G.M. contiennent, dans leur génome, un ou plusieurs gènes qui ont été i […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/plantes-genetiquement-modifiees-et-resistance/#i_82580
PLASMIDES
Dans le chapitre « Outils pour génie génétique » : […] L'existence de plasmides de résistance n'a pas que des aspects néfastes en amputant l'arsenal thérapeutique. Ce sont des outils particulièrement efficaces dans les expériences de génie génétique. Un des champs d'application privilégiés du génie génétique est l'introduction de gènes codant pour des protéines animales ou humaines dans Escherichia coli pour transformer cette ba […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/plasmides/#i_82580
POLYMERASE CHAIN REACTION (PCR)
En 1983, Kary Mullis, chercheur de la jeune firme de biotechnologie californienne Cetus, invente la polymerase chain reaction (PCR), une technique qui permet d'amplifier plusieurs millions de fois tout fragment d'ADN, pour peu qu'on connaisse la séquence de ses extrémités. Véritable photocopieuse à gènes, la PCR utilise une combinaison astucieuse d'enzymes agissant sur l'ADN […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/polymerase-chain-reaction-pcr/#i_82580
PREMIÈRE TRANSGENÈSE
En 1972, l'Américain Paul Berg (né en 1926) et ses collaborateurs de l'université Stanford parviennent à insérer dans le génome de la bactérie Escherichia coli , rendue perméable par un traitement chimique à base de calcium, un fragment d'ADN du virus SV40. Ils réussissent ainsi pour la première fois ce qu'on appelle aujourd'hui le « clonage » d'un gène, à savoir sa multiplic […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/premiere-transgenese/#i_82580
PREMIÈRES SOURIS TRANSGÉNIQUES
L'obtention des souris transgéniques en 1980 par John W. Gordon et Frank H. Ruddle n'a eu d'écho qu'auprès de spécialistes. Ces expériences démontraient en effet qu'il était possible de transférer des gènes étrangers par micro-injection directe dans un des pronoyaux des embryons de souris au stade d'une cellule. Les expériences qui suivirent confirmèrent ces résultats. Il apparut alors que les tr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/premieres-souris-transgeniques/#i_82580
RÉSISTANCE D'UN INSECTE À UN PESTICIDE DE MAÏS O.G.M.
La chrysomèle du maïs ( Diabrotica virgifera virgifera ) est un coléoptère dont les larves s'attaquent aux racines de la graminée et sont particulièrement destructrices. L'insecte est certainement originaire d'Amérique centrale (comme le maïs) et est endémique dans toutes les zones d'Amérique du Nord où la culture du maïs est intensive. La méthode traditionnelle de lutte c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/resistance-d-un-insecte-a-un-pesticide-de-mais-o-g-m/#i_82580
R-MOLÉCULES ou PROTÉINES RECOMBINANTES
La recombinaison génétique consiste à introduire un gène étranger et à le faire exprimer chez un micro-organisme (bactéries, levure, champignons) dans des cellules d'insecte, de mammifère... ou dans un organisme (plantes, animaux transgéniques). L'expression du gène permet d'obtenir des molécules dites recombinantes, ou r−molécules, qui sont utilisées, dans le domaine de la santé, comme vaccins ou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/r-molecules-proteines-recombinantes/#i_82580
SMITH MICHAEL (1932-2000)
Biologiste moléculaire canadien d'origine britannique né à Blackpool (Grande-Bretagne). Michael Smith fait ses études de biochimie à l'université de Manchester (Grande-Bretagne) et y obtient un doctorat en 1956. Il est ensuite chercheur postdoctoral à l'université de Colombie-Britannique à Vancouver (Canada). En 1961, il accepte un poste au Centre de recherches des pêcheries canadiennes. En 1966, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/michael-smith/#i_82580
THÉRAPEUTIQUE - Thérapie génique
Dans le chapitre « Obtention de vecteurs viraux » : […] Une particule virale est composée d'une coque appelée capside, dont la taille peut varier entre 20 nm et près de 1 μm, et qui renferme des acides nucléiques (ADN ou ARN) à l'état compacté. Les virus reconnaissent à la surface des cellules des récepteurs (protéines, sucres ou lipides) qui permettent leur entrée et la libération de leur matériel génétique dans le cytosol. Le cheminement de ce génom […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/therapeutique-therapie-genique/#i_82580
VARIATION, biologie
Dans le chapitre « Création de variabilité » : […] L'amélioration des pratiques culturales et des méthodes d'élevage revient à augmenter la variabilité environnementale en créant de nouvelles conditions de milieu. Elle est pour beaucoup dans l'accroissement de la production. Cela ne va cependant pas sans risques, comme l'a montré, à la fin du xx e siècle, l'explosion de l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/variation-biologie/#i_82580
VIRUS
Dans le chapitre « Virus et médecine » : […] Contre les virus, la médecine est encore largement prophylactique. Elle est en mesure de décrire les modes de contamination pour éviter les actes contaminants et, dans un certain nombre de cas, de prévenir l'infection par des vaccins administrés préventivement ou sitôt reconnue la possibilité d'une contamination. Les médicaments antiviraux sont spécifiques mais peu nombreux. C'est contre une malad […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/virus/#i_82580
Voir aussi
Pour citer l’article
Louis-Marie HOUDEBINE, « GÉNIE GÉNÉTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/genie-genetique/