Organisme génétiquement modifié

Un organisme génétiquement modifié ( OGM ) est tout organisme dont le matériel génétique a été altéré à l' aide de techniques de génie génétique . La définition exacte d'un organisme génétiquement modifié et de ce qui constitue le génie génétique varie, le plus courant étant un organisme modifié d'une manière qui « ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle ». Une grande variété d'organismes ont été génétiquement modifiés (GM), des animaux aux plantes et aux micro-organismes. Les gènes ont été transférés au sein de la même espèce , à travers les espèces (création d' organismes transgéniques), et même à travers les royaumes. De nouveaux gènes peuvent être introduits, ou des gènes endogènes peuvent être améliorés, modifiés ou désactivés .

La création d'un organisme génétiquement modifié est un processus en plusieurs étapes. Les ingénieurs en génétique doivent isoler le gène qu'ils souhaitent insérer dans l'organisme hôte et le combiner avec d'autres éléments génétiques, y compris une région de promoteur et de terminateur et souvent un marqueur sélectionnable . Un certain nombre de techniques sont disponibles pour insérer le gène isolé dans le génome hôte . Des avancées récentes utilisant des techniques d' édition du génome , notamment CRISPR , ont rendu la production d'OGM beaucoup plus simple. Herbert Boyer et Stanley Cohen ont créé le premier organisme génétiquement modifié en 1973, une bactérie résistante à l'antibiotique kanamycine . Le premier animal génétiquement modifié , une souris, a été créé en 1974 par Rudolf Jaenisch , et la première plante a été produite en 1983. En 1994, la tomate Flavr Savr a été lancée, le premier aliment génétiquement modifié commercialisé . Le premier animal génétiquement modifié à être commercialisé était le GloFish (2003) et le premier animal génétiquement modifié à être approuvé pour un usage alimentaire était le saumon AquAdvantage en 2015.

Les bactéries sont les organismes les plus faciles à concevoir et ont été utilisées pour la recherche, la production alimentaire, la purification industrielle des protéines (y compris les médicaments), l'agriculture et l'art. Il est possible de les utiliser à des fins environnementales ou comme médicament. Les champignons ont été conçus avec à peu près les mêmes objectifs. Les virus jouent un rôle important en tant que vecteurs d'insertion d'informations génétiques dans d'autres organismes. Cette utilisation est particulièrement pertinente pour la thérapie génique humaine . Il existe des propositions pour éliminer les gènes virulents des virus pour créer des vaccins. Les plantes ont été conçues pour la recherche scientifique, pour créer de nouvelles couleurs dans les plantes, administrer des vaccins et créer des cultures améliorées. Les cultures génétiquement modifiées sont publiquement les OGM les plus controversés. La plupart sont conçus pour la tolérance aux herbicides ou la résistance aux insectes. Le riz doré a été conçu avec trois gènes qui augmentent sa valeur nutritionnelle . D'autres perspectives pour les cultures GM sont en tant que bioréacteurs pour la production de produits biopharmaceutiques , de biocarburants ou de médicaments.

Les animaux sont généralement beaucoup plus difficiles à transformer et la grande majorité en sont encore au stade de la recherche. Les mammifères sont les meilleurs organismes modèles pour les humains, ce qui en fait des êtres génétiquement modifiés pour ressembler à des maladies humaines graves importantes pour la découverte et le développement de traitements. Les protéines humaines exprimées chez les mammifères sont plus susceptibles d'être similaires à leurs homologues naturelles que celles exprimées dans les plantes ou les micro-organismes. Le bétail est modifié dans le but d'améliorer des caractéristiques économiquement importantes telles que le taux de croissance, la qualité de la viande, la composition du lait, la résistance aux maladies et la survie. Les poissons génétiquement modifiés sont utilisés pour la recherche scientifique, comme animaux de compagnie et comme source de nourriture. Le génie génétique a été proposé comme moyen de lutter contre les moustiques, vecteurs de nombreuses maladies mortelles. Bien que la thérapie génique humaine soit encore relativement nouvelle, elle a été utilisée pour traiter des troubles génétiques tels que l' immunodéficience combinée sévère et l'amaurose congénitale de Leber .

De nombreuses objections ont été soulevées sur le développement des OGM, notamment leur commercialisation. Beaucoup d'entre eux impliquent des cultures GM et si les aliments produits à partir de celles-ci sont sûrs et quel impact leur culture aura sur l'environnement. D'autres préoccupations sont l'objectivité et la rigueur des autorités réglementaires, la contamination des aliments non génétiquement modifiés, le contrôle de l' approvisionnement alimentaire , le brevetage du vivant et l'utilisation des droits de propriété intellectuelle . Bien qu'il existe un consensus scientifique sur le fait que les aliments actuellement disponibles dérivés de cultures GM ne présentent pas de plus grand risque pour la santé humaine que les aliments conventionnels, la sécurité des aliments GM est un problème majeur avec les critiques. Le flux de gènes , l'impact sur les organismes non ciblés et les fuites sont les principales préoccupations environnementales. Les pays ont adopté des mesures réglementaires pour répondre à ces préoccupations. Il existe des différences dans la réglementation de la dissémination des OGM entre les pays, certaines des différences les plus marquées se produisant entre les États-Unis et l'Europe. Les questions clés concernant les régulateurs incluent si les aliments GM doivent être étiquetés et le statut des organismes génétiquement modifiés.

Ce qui constitue un organisme génétiquement modifié (OGM) n'est pas toujours clair et peut varier considérablement. Au sens le plus large, il peut inclure tout ce dont les gènes ont été modifiés, y compris par la nature. [1] [2] En prenant une vue moins large, il peut englober tous les organismes dont les gènes ont été modifiés par les humains, ce qui inclurait toutes les cultures et le bétail. En 1993, l' Encyclopedia Britannica définissait le génie génétique comme "toute une large gamme de techniques... parmi lesquelles l' insémination artificielle , la fécondation in vitro ( par exemple , les bébés "éprouvettes"), les banques de sperme , le clonage et la manipulation génétique. [3] L' Union européenne (UE) a inclus une définition tout aussi large dans les premiers examens, mentionnant spécifiquement les OGM produits par « l'élevage sélectif et d'autres moyens de sélection artificielle ». [4] Ils ont ensuite exclu les techniques traditionnelles de reproduction, de fécondation in vitro, d'induction de polyploïdie , de mutagenèse et de fusion cellulaire qui n'utilisent pas d'acides nucléiques recombinants ou d'organisme génétiquement modifié dans le processus. [5]

Une définition plus étroite fournie par l' Organisation des Nations Unies pour l' alimentation et l'agriculture , l' Organisation mondiale de la santé et la Commission européenne indique que les organismes doivent être modifiés d'une manière qui « ne se produit pas naturellement par accouplement et/ou recombinaison naturelle ». [6] [7] [8] Il existe des exemples de cultures qui correspondent à cette définition, mais ne sont normalement pas considérées comme des OGM. [9] Par exemple, le triticale céréalier a été entièrement développé dans un laboratoire en 1930 en utilisant diverses techniques pour modifier son génome. [10] Le Protocole de Cartagena sur la prévention des risques biotechnologiques de 2000 utilisait le synonyme organisme vivant modifié ( OVM ) et le définissait comme « tout organisme vivant qui possède une nouvelle combinaison de matériel génétique obtenue grâce à l'utilisation de la biotechnologie moderne ». [11] La biotechnologie moderne est en outre définie comme "les techniques d'acide nucléique in vitro, y compris l'acide désoxyribonucléique recombinant (ADN) et l'injection directe d'acide nucléique dans des cellules ou des organites, ou la fusion de cellules au-delà de la famille taxonomique". [12]

Les organismes génétiquement modifiés (GEO) peuvent être considérés comme un terme plus précis par rapport aux OGM pour décrire les génomes d'organismes qui ont été directement manipulés avec la biotechnologie. [13] À l'origine, le terme OGM n'était généralement pas utilisé par les scientifiques pour décrire les organismes génétiquement modifiés jusqu'à ce que l'utilisation des OGM soit devenue courante dans les médias populaires. [14] Le Département de l'agriculture des États-Unis (USDA) considère les OGM comme des plantes ou des animaux présentant des modifications héréditaires introduites par génie génétique ou des méthodes traditionnelles, tandis que GEO fait spécifiquement référence aux organismes dont les gènes ont été introduits, éliminés ou réarrangés à l'aide de la biologie moléculaire, en particulier les Les techniques de l' ADN , telles que la transgénèse . [15]

Les définitions se concentrent davantage sur le processus que sur le produit, ce qui signifie qu'il pourrait y avoir des OGM et des non-OGM avec des génotypes et des phénotypes très similaires. [16] [17] Cela a conduit les scientifiques à l'étiqueter comme une catégorie scientifiquement dépourvue de sens, [18] disant qu'il est impossible de regrouper tous les différents types d'OGM sous une définition commune. [19] Cela a également causé des problèmes aux institutions et groupes biologiques cherchant à interdire les OGM. [20] [21] Cela pose également des problèmes au fur et à mesure que de nouveaux procédés sont développés. Les définitions actuelles sont arrivées avant que l'édition du génome ne devienne populaire et il existe une certaine confusion quant à savoir s'il s'agit d'OGM. L'UE a déclaré qu'elle [22] modifie sa définition des OGM pour inclure les « organismes obtenus par mutagenèse ». [23] En revanche, l'USDA a statué que les organismes modifiés génétiquement ne sont pas considérés comme des OGM. [24]

Un pistolet à gènes utilise la biolistique pour insérer de l'ADN dans les tissus végétaux.

La création d'un organisme génétiquement modifié (OGM) est un processus en plusieurs étapes. Les ingénieurs génétiques doivent isoler le gène qu'ils souhaitent insérer dans l'organisme hôte. Ce gène peut être prélevé dans une cellule [25] ou synthétisé artificiellement . [26] Si le gène choisi ou le génome de l'organisme donneur a été bien étudié, il peut déjà être accessible à partir d'une bibliothèque génétique . Le gène est ensuite combiné avec d'autres éléments génétiques, y compris une région promoteur et terminateur et un marqueur sélectionnable . [27]

Un certain nombre de techniques sont disponibles pour insérer le gène isolé dans le génome hôte . Les bactéries peuvent être amenées à absorber de l'ADN étranger, généralement par un choc thermique exposé ou une électroporation . [28] L' ADN est généralement inséré dans des cellules animales par microinjection , où il peut être injecté à travers l' enveloppe nucléaire de la cellule directement dans le noyau , ou à l'aide de vecteurs viraux . [29] Dans les plantes, l'ADN est souvent inséré en utilisant la recombinaison médiée par Agrobacterium , [30] [31] la biolistique [32] ou l'électroporation.

Comme une seule cellule est transformée avec du matériel génétique, l'organisme doit être régénéré à partir de cette seule cellule. Chez les plantes, cela est accompli par la culture de tissus . [33] [34] Chez les animaux, il est nécessaire de s'assurer que l'ADN inséré est présent dans les cellules souches embryonnaires . [30] D'autres tests utilisant la PCR , l'hybridation Southern et le séquençage de l'ADN sont effectués pour confirmer qu'un organisme contient le nouveau gène. [35]

Traditionnellement, le nouveau matériel génétique était inséré au hasard dans le génome de l'hôte. Des techniques de ciblage génique , qui créent des cassures double brin et tirent parti des systèmes de réparation par recombinaison homologue naturelle des cellules , ont été développées pour cibler l'insertion à des emplacements exacts . L'édition du génome utilise des nucléases artificiellement conçues qui créent des ruptures à des points spécifiques. Il existe quatre familles de nucléases modifiées : les méganucléases , [36] [37] les nucléases à doigt de zinc , [38] [39] les transcription activator-like effector nucleases (TALENs), [40] [41] et le système Cas9-guideRNA (adapté du CRISPR). [42] [43] TALEN et CRISPR sont les deux plus couramment utilisés et chacun a ses propres avantages. [44] Les TALEN ont une plus grande spécificité de cible, tandis que CRISPR est plus facile à concevoir et plus efficace. [44]

Herbert Boyer (photo) et Stanley Cohen ont créé le premier organisme génétiquement modifié en 1973.

Les humains ont domestiqué les plantes et les animaux depuis environ 12 000 avant notre ère, en utilisant la reproduction sélective ou la sélection artificielle (par opposition à la sélection naturelle ). [45] : 25 Le processus de reproduction sélective , dans lequel les organismes avec les traits souhaités (et donc avec les gènes souhaités ) sont utilisés pour reproduire la prochaine génération et les organismes dépourvus du trait ne sont pas reproduits, est un précurseur du concept moderne de génétique. modification. [46] : 1 [47] : 1 Diverses avancées en génétique ont permis aux humains de modifier directement l'ADN et donc les gènes des organismes. En 1972, Paul Berg créa la première molécule d' ADN recombinant en combinant l'ADN d'un virus du singe avec celui du virus lambda . [48] [49]

Herbert Boyer et Stanley Cohen ont créé le premier organisme génétiquement modifié en 1973. [50] Ils ont pris un gène d'une bactérie qui offrait une résistance à l'antibiotique kanamycine , l'ont inséré dans un plasmide , puis ont incité d'autres bactéries à incorporer le plasmide. La bactérie qui avait réussi à incorporer le plasmide était alors capable de survivre en présence de kanamycine. [51] Boyer et Cohen ont exprimé d'autres gènes dans des bactéries. Cela comprenait des gènes du crapaud Xenopus laevis en 1974, créant le premier OGM exprimant un gène d'un organisme d'un royaume différent . [52]

En 1974, Rudolf Jaenisch créa le premier animal génétiquement modifié.

En 1974, Rudolf Jaenisch a créé une souris transgénique en introduisant de l'ADN étranger dans son embryon, ce qui en fait le premier animal transgénique au monde. [53] [54] Cependant, il a fallu encore huit ans avant que des souris transgéniques ne soient développées pour transmettre le transgène à leur progéniture. [55] [56] Des souris génétiquement modifiées ont été créées en 1984 qui portaient des oncogènes clonés , les prédisposant au développement d'un cancer. [57] Des souris dont les gènes ont été supprimés (appelées souris knock - out ) ont été créées en 1989. Le premier bétail transgénique a été produit en 1985 [58] et le premier animal à synthétiser des protéines transgéniques dans son lait était la souris en 1987. [59] Les souris ont été conçus pour produire l'activateur tissulaire du plasminogène humain , une protéine impliquée dans la décomposition des caillots sanguins . [60]

En 1983, la première plante génétiquement modifiée a été développée par Michael W. Bevan , Richard B. Flavell et Mary-Dell Chilton . Ils ont infecté du tabac avec Agrobacterium transformé avec un gène de résistance aux antibiotiques et, grâce à des techniques de culture tissulaire, ont pu faire pousser une nouvelle plante contenant le gène de résistance. [61] Le canon à gènes a été inventé en 1987, permettant la transformation de plantes non sensibles à l' infection par Agrobacterium . [62] En 2000, le riz doré enrichi en vitamine A a été la première plante développée avec une valeur nutritive accrue. [63]

En 1976, Genentech , la première société de génie génétique a été fondée par Herbert Boyer et Robert Swanson ; un an plus tard, la société a produit une protéine humaine ( la somatostatine ) dans E. coli . Genentech a annoncé la production d' insuline humaine génétiquement modifiée en 1978. [64] L'insuline produite par une bactérie, appelée humuline , a été approuvée pour libération par la Food and Drug Administration en 1982. [65] En 1988, les premiers anticorps humains ont été produits dans des plantes. . [66] En 1987, une souche de Pseudomonas syringae est devenue le premier organisme génétiquement modifié à être libéré dans l'environnement [67] lorsqu'un champ de fraises et de pommes de terre en Californie en a été pulvérisé. [68]

La première culture génétiquement modifiée , une plante de tabac résistante aux antibiotiques, a été produite en 1982. [69] La Chine a été le premier pays à commercialiser des plantes transgéniques, introduisant un tabac résistant aux virus en 1992. [70] En 1994, Calgene a obtenu l'approbation de commercialiser sortir la tomate Flavr Savr , le premier aliment génétiquement modifié . [71] Également en 1994, l'Union européenne a approuvé le tabac conçu pour être résistant à l'herbicide bromoxynil , ce qui en fait la première culture génétiquement modifiée commercialisée en Europe. [72] Une pomme de terre résistante aux insectes a été approuvée pour être diffusée aux États-Unis en 1995, [73] et en 1996, l'approbation avait été accordée pour la culture commerciale de 8 cultures transgéniques et d'une culture de fleurs (œillet) dans 6 pays plus l'UE. [74]

En 2010, des scientifiques de l' Institut J. Craig Venter ont annoncé avoir créé le premier génome bactérien synthétique . Ils l'ont nommé Synthia et c'était la première forme de vie synthétique au monde . [75] [76]

Le premier animal génétiquement modifié à être commercialisé était le GloFish , un poisson zèbre auquel a été ajouté un gène fluorescent qui lui permet de briller dans le noir sous une lumière ultraviolette . [77] Il a été mis sur le marché américain en 2003. [78] En 2015, le saumon AquAdvantage est devenu le premier animal génétiquement modifié à être approuvé pour un usage alimentaire. [79] L'approbation concerne les poissons élevés au Panama et vendus aux États-Unis. [79] Les saumons ont été transformés avec un gène régulateur de l' hormone de croissance d'un saumon quinnat du Pacifique et un promoteur d'un tacaud océanique lui permettant de croître toute l'année au lieu de seulement au printemps et en été. [80]

Gauche : Bactéries transformées avec pGLO sous lumière ambiante
Droite : Bactéries transformées avec pGLO visualisées sous lumière ultraviolette

Les bactéries ont été les premiers organismes à être génétiquement modifiés en laboratoire, en raison de la relative facilité de modification de leurs chromosomes. [81] Cette facilité en a fait des outils importants pour la création d'autres OGM. Des gènes et d'autres informations génétiques provenant d'un large éventail d'organismes peuvent être ajoutés à un plasmide et insérés dans des bactéries pour le stockage et la modification. Les bactéries sont bon marché, faciles à cultiver, clonales , se multiplient rapidement et peuvent être stockées à -80 °C presque indéfiniment. Une fois qu'un gène est isolé, il peut être stocké à l'intérieur de la bactérie, fournissant un approvisionnement illimité pour la recherche. [82] Un grand nombre de plasmides personnalisés rendent la manipulation de l'ADN extrait des bactéries relativement facile. [83]

Leur facilité d'utilisation en a fait d'excellents outils pour les scientifiques qui cherchent à étudier la fonction et l' évolution des gènes . Les organismes modèles les plus simples proviennent de bactéries, la majeure partie de notre compréhension initiale de la biologie moléculaire provenant de l'étude d' Escherichia coli . [84] Les scientifiques peuvent facilement manipuler et combiner des gènes au sein des bactéries pour créer des protéines nouvelles ou perturbées et observer l'effet que cela a sur divers systèmes moléculaires. Les chercheurs ont combiné les gènes des bactéries et des archées , ce qui a permis de mieux comprendre comment ces deux ont divergé dans le passé. [85] Dans le domaine de la biologie synthétique , ils ont été utilisés pour tester diverses approches synthétiques, de la synthèse de génomes à la création de nouveaux nucléotides . [86] [87] [88]

Les bactéries sont utilisées depuis longtemps dans la production alimentaire et des souches spécifiques ont été développées et sélectionnées pour ce travail à l' échelle industrielle . Ils peuvent être utilisés pour produire des enzymes , des acides aminés , des arômes et d'autres composés utilisés dans la production alimentaire. Avec l'avènement du génie génétique, de nouveaux changements génétiques peuvent facilement être introduits dans ces bactéries. La plupart des bactéries productrices d'aliments sont des bactéries lactiques , et c'est là que la majorité des recherches sur les bactéries productrices d'aliments par génie génétique sont allées. Les bactéries peuvent être modifiées pour fonctionner plus efficacement, réduire la production de sous-produits toxiques, augmenter la production, créer des composés améliorés et éliminer les voies inutiles . [89] Les produits alimentaires issus de bactéries génétiquement modifiées comprennent l' alpha-amylase , qui convertit l'amidon en sucres simples, la chymosine , qui coagule les protéines du lait pour la fabrication du fromage, et la pectinestérase , qui améliore la clarté des jus de fruits. [90] La majorité est produite aux États-Unis et même si des réglementations sont en place pour autoriser la production en Europe, depuis 2015, aucun produit alimentaire dérivé de bactéries n'y est actuellement disponible. [91]

Les bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour produire de grandes quantités de protéines à usage industriel. Généralement, les bactéries sont cultivées à un grand volume avant que le gène codant pour la protéine ne soit activé. Les bactéries sont ensuite récoltées et la protéine désirée purifiée à partir d'elles. [92] Le coût élevé de l'extraction et de la purification signifie que seuls des produits de grande valeur ont été produits à l'échelle industrielle. [93] La majorité de ces produits sont des protéines humaines à usage médical. [94] Beaucoup de ces protéines sont impossibles ou difficiles à obtenir par des méthodes naturelles et elles sont moins susceptibles d'être contaminées par des agents pathogènes, ce qui les rend plus sûres. [92] La première utilisation médicinale des bactéries GM était de produire la protéine insuline pour traiter le diabète . [95] D'autres médicaments produits incluent des facteurs de coagulation pour traiter l' hémophilie , [96] l'hormone de croissance humaine pour traiter diverses formes de nanisme , [97] [98] l' interféron pour traiter certains cancers, l' érythropoïétine pour les patients anémiques et l'activateur tissulaire du plasminogène qui dissout le sang caillots. [92] En dehors de la médecine, ils ont été utilisés pour produire des biocarburants . [99] Il existe un intérêt à développer un système d'expression extracellulaire au sein des bactéries pour réduire les coûts et rendre la production de plus de produits économique. [93]

Avec une meilleure compréhension du rôle que joue le microbiome dans la santé humaine, il existe un potentiel pour traiter les maladies en modifiant génétiquement les bactéries pour qu'elles deviennent elles-mêmes des agents thérapeutiques. Les idées incluent la modification des bactéries intestinales afin qu'elles détruisent les bactéries nocives, ou l'utilisation de bactéries pour remplacer ou augmenter les enzymes ou les protéines déficientes . L'un des objectifs de la recherche est de modifier les Lactobacillus , des bactéries qui offrent naturellement une certaine protection contre le VIH , avec des gènes qui renforceront encore cette protection. Si les bactéries ne forment pas de colonies à l'intérieur du patient, la personne doit ingérer à plusieurs reprises les bactéries modifiées afin d'obtenir les doses requises. Permettre aux bactéries de former une colonie pourrait fournir une solution à plus long terme, mais pourrait également soulever des problèmes de sécurité car les interactions entre les bactéries et le corps humain sont moins bien comprises qu'avec les médicaments traditionnels. Certains craignent que le transfert horizontal de gènes à d'autres bactéries n'ait des effets inconnus. Depuis 2018, des essais cliniques sont en cours pour tester l' efficacité et l'innocuité de ces traitements. [100]

Depuis plus d'un siècle, les bactéries sont utilisées en agriculture. Des cultures ont été inoculées avec Rhizobia (et plus récemment Azospirillum ) pour augmenter leur production ou pour permettre leur croissance en dehors de leur habitat d' origine . L'application de Bacillus thuringiensis (Bt) et d'autres bactéries peut aider à protéger les cultures contre les infestations d'insectes et les maladies des plantes. Avec les progrès du génie génétique, ces bactéries ont été manipulées pour une efficacité accrue et une gamme d'hôtes élargie. Des marqueurs ont également été ajoutés pour aider à retracer la propagation de la bactérie. Les bactéries qui colonisent naturellement certaines cultures ont également été modifiées, dans certains cas pour exprimer les gènes Bt responsables de la résistance aux ravageurs. Les souches de bactéries Pseudomonas causent des dommages dus au gel en nucléant l' eau en cristaux de glace autour d'elles. Cela a conduit au développement de bactéries sans glace , dont les gènes formant la glace ont été supprimés. Appliqués aux cultures, ils peuvent entrer en compétition avec les bactéries non modifiées et conférer une certaine résistance au gel. [101]

Cette oeuvre est réalisée avec des bactéries modifiées pour exprimer 8 couleurs différentes de protéines fluorescentes .

D'autres utilisations des bactéries génétiquement modifiées incluent la bioremédiation , où les bactéries sont utilisées pour convertir les polluants en une forme moins toxique. Le génie génétique peut augmenter les niveaux des enzymes utilisées pour dégrader une toxine ou pour rendre les bactéries plus stables dans des conditions environnementales. [102] Bioart a également été créé en utilisant des bactéries génétiquement modifiées. Dans les années 1980, l'artiste Jon Davis et la généticienne Dana Boyd ont converti le symbole germanique de la féminité (ᛉ) en code binaire puis en séquence d'ADN, qui a ensuite été exprimée dans Escherichia coli . [103] Cela a été franchi un pas de plus en 2012, lorsqu'un livre entier a été encodé sur l'ADN. [104] Des peintures ont également été réalisées en utilisant des bactéries transformées avec des protéines fluorescentes. [103]

Les virus sont souvent modifiés afin de pouvoir être utilisés comme vecteurs d'insertion d'informations génétiques dans d'autres organismes. Ce processus est appelé transduction et en cas de succès, le destinataire de l'ADN introduit devient un OGM. Différents virus ont des efficacités et des capacités différentes. Les chercheurs peuvent l'utiliser pour contrôler divers facteurs; y compris l'emplacement cible, la taille de l'insert et la durée de l'expression du gène. Toutes les séquences dangereuses inhérentes au virus doivent être supprimées, tandis que celles qui permettent au gène d'être délivré efficacement sont conservées. [105]

Alors que les vecteurs viraux peuvent être utilisés pour insérer de l'ADN dans presque n'importe quel organisme, il est particulièrement pertinent pour son potentiel dans le traitement des maladies humaines. Bien que principalement encore au stade des essais, [106] il y a eu quelques succès en utilisant la thérapie génique pour remplacer les gènes défectueux. Ceci est particulièrement évident dans la guérison des patients atteints d' une immunodéficience combinée sévère résultant d'un déficit en adénosine désaminase (ADA-SCID), [107] bien que le développement de la leucémie chez certains patients ADA-SCID [108] ainsi que la mort de Jesse Gelsinger dans un essai de 1999 retardé le développement de cette approche pendant de nombreuses années. [109] En 2009, une autre percée a été réalisée lorsqu'un garçon de huit ans atteint d'amaurose congénitale de Leber a retrouvé une vue normale [109] et en 2016, GlaxoSmithKline a obtenu l'autorisation de commercialiser un traitement de thérapie génique pour l'ADA-SCID. [107] En 2018, il y a un nombre important d' essais cliniques en cours, y compris des traitements pour l' hémophilie , le glioblastome , la maladie granulomateuse chronique , la mucoviscidose et divers cancers . [108]

Le virus le plus couramment utilisé pour la délivrance de gènes provient des adénovirus car ils peuvent transporter jusqu'à 7,5 kb d'ADN étranger et infecter une gamme relativement large de cellules hôtes, bien qu'ils soient connus pour provoquer des réponses immunitaires chez l'hôte et ne fournir qu'une expression à court terme. . D'autres vecteurs courants sont les virus adéno-associés , qui ont une toxicité plus faible et une expression à plus long terme, mais ne peuvent transporter qu'environ 4 kb d'ADN. [108] Les virus de l'herpès simplex constituent des vecteurs prometteurs, ayant une capacité de charge de plus de 30 kb et fournissant une expression à long terme, bien qu'ils soient moins efficaces pour la délivrance de gènes que les autres vecteurs. [110] Les meilleurs vecteurs pour l'intégration à long terme du gène dans le génome de l'hôte sont les rétrovirus , mais leur propension à l'intégration aléatoire est problématique. Les lentivirus font partie de la même famille que les rétrovirus avec l'avantage d'infecter à la fois les cellules en division et non en division, alors que les rétrovirus ne ciblent que les cellules en division. D'autres virus qui ont été utilisés comme vecteurs comprennent les alphavirus , les flavivirus , les virus de la rougeole , les rhabdovirus , le virus de la maladie de Newcastle , les poxvirus et les picornavirus . [108]

La plupart des vaccins sont constitués de virus qui ont été atténués , désactivés, affaiblis ou tués d'une manière ou d'une autre, de sorte que leurs propriétés virulentes ne sont plus efficaces. Le génie génétique pourrait théoriquement être utilisé pour créer des virus dont les gènes virulents ont été supprimés. Cela n'affecte pas l' infectiosité des virus , invoque une réponse immunitaire naturelle et il n'y a aucune chance qu'ils retrouvent leur fonction de virulence, ce qui peut se produire avec d'autres vaccins. En tant que tels, ils sont généralement considérés comme plus sûrs et plus efficaces que les vaccins conventionnels, bien que des inquiétudes subsistent concernant les infections non ciblées, les effets secondaires potentiels et le transfert horizontal de gènes vers d'autres virus. [111] Une autre approche potentielle consiste à utiliser des vecteurs pour créer de nouveaux vaccins contre les maladies pour lesquelles aucun vaccin n'est disponible ou les vaccins qui ne fonctionnent pas efficacement, comme le SIDA , le paludisme et la tuberculose . [112] Le vaccin le plus efficace contre la tuberculose, le vaccin Bacillus Calmette-Guérin (BCG) , n'offre qu'une protection partielle. Un vaccin modifié exprimant un antigène M tuberculosis est capable d'améliorer la protection par le BCG. [113] Il s'est avéré sûr à utiliser lors des essais de phase II , bien qu'il ne soit pas aussi efficace qu'on l'espérait initialement. [114] D'autres vaccins à base de vecteurs ont déjà été approuvés et bien d'autres sont en cours de développement. [112]

Une autre utilisation potentielle des virus génétiquement modifiés est de les modifier afin qu'ils puissent traiter directement les maladies. Cela peut se faire par l'expression de protéines protectrices ou en ciblant directement les cellules infectées. En 2004, des chercheurs ont signalé qu'un virus génétiquement modifié qui exploite le comportement égoïste des cellules cancéreuses pourrait offrir un moyen alternatif de tuer les tumeurs. [115] [116] Depuis lors, plusieurs chercheurs ont développé des virus oncolytiques génétiquement modifiés qui sont prometteurs comme traitements pour divers types de cancer . [117] [118] [119] [120] [121] En 2017, des chercheurs ont génétiquement modifié un virus pour exprimer des protéines de défensine d' épinard . Le virus a été injecté dans des orangers pour lutter contre la maladie du greening des agrumes qui avait réduit la production d'oranges de 70 % depuis 2005. [122]

Les maladies virales naturelles, telles que la myxomatose et la maladie hémorragique du lapin , ont été utilisées pour aider à contrôler les populations de ravageurs. Au fil du temps, les ravageurs survivants deviennent résistants, ce qui amène les chercheurs à rechercher des méthodes alternatives. Des virus génétiquement modifiés qui rendent les animaux cibles infertiles par immunocontraception ont été créés en laboratoire [123] ainsi que d'autres qui ciblent le stade de développement de l'animal. [124] L' utilisation de cette approche suscite des inquiétudes concernant le confinement du virus [123] et l'infection inter-espèces. [125] Parfois, le même virus peut être modifié à des fins contrastées. Une modification génétique du virus du myxome a été proposée pour conserver les lapins sauvages européens dans la péninsule ibérique et pour aider à les réguler en Australie. Pour protéger l'espèce ibérique des maladies virales, le virus du myxome a été génétiquement modifié pour immuniser les lapins, tandis qu'en Australie, le même virus du myxome a été génétiquement modifié pour réduire la fertilité de la population de lapins australiens. [126]

En dehors de la biologie, des scientifiques ont utilisé un virus génétiquement modifié pour construire une batterie lithium-ion et d'autres matériaux nanostructurés . Il est possible de concevoir des bactériophages pour exprimer des protéines modifiées à leur surface et les joindre dans des motifs spécifiques (une technique appelée phage display ). Ces structures ont des utilisations potentielles pour le stockage et la production d'énergie, la biodétection et la régénération des tissus avec certains nouveaux matériaux actuellement produits, notamment les points quantiques , les cristaux liquides , les nanoanneaux et les nanofibres . [127] La batterie a été fabriquée en concevant des bactériophages M13 afin qu'ils s'enrobent de phosphate de fer , puis s'assemblent le long d'un nanotube de carbone . Cela a créé un milieu hautement conducteur pour une utilisation dans une cathode, permettant à l'énergie d'être transférée rapidement. Ils pourraient être construits à des températures plus basses avec des produits chimiques non toxiques, ce qui les rend plus respectueux de l'environnement. [128]

Les champignons peuvent être utilisés pour plusieurs des mêmes processus que les bactéries. Pour les applications industrielles, les levures combinent les avantages bactériens d'être un organisme unicellulaire facile à manipuler et à cultiver avec les modifications protéiques avancées trouvées chez les eucaryotes . Ils peuvent être utilisés pour produire de grandes molécules complexes à utiliser dans les aliments, les produits pharmaceutiques, les hormones et les stéroïdes. [129] La levure est importante pour la production de vin et depuis 2016, deux levures génétiquement modifiées impliquées dans la fermentation du vin ont été commercialisées aux États-Unis et au Canada. L'un a augmenté l' efficacité de la fermentation malolactique , tandis que l'autre empêche la production de composés dangereux de carbamate d'éthyle pendant la fermentation. [89] Il y a également eu des progrès dans la production de biocarburant à partir de champignons génétiquement modifiés. [130]

Les champignons, étant les agents pathogènes les plus courants des insectes, font des biopesticides attrayants . Contrairement aux bactéries et aux virus, ils ont l'avantage d'infecter les insectes par contact seul, bien qu'ils soient surpassés en efficacité par les pesticides chimiques . Le génie génétique peut améliorer la virulence, généralement en ajoutant des protéines plus virulentes, [131] augmentant le taux d'infection ou augmentant la persistance des spores . [132] De nombreux vecteurs porteurs de maladies sont sensibles aux champignons entomopathogènes . Une cible de choix pour la lutte biologique sont les moustiques , vecteurs pour une gamme de maladies mortelles, y compris le paludisme , la fièvre jaune et la dengue . Les moustiques peuvent évoluer rapidement, il devient donc difficile de les tuer avant que le Plasmodium qu'ils transportent ne devienne la maladie infectieuse, mais pas si rapidement qu'ils deviennent résistants aux champignons. En manipulant génétiquement des champignons comme Metarhizium anisopliae et Beauveria bassiana pour retarder le développement de l'infectiosité des moustiques, la pression de sélection pour développer une résistance est réduite. [133] Une autre stratégie consiste à ajouter des protéines aux champignons qui bloquent la transmission du paludisme [133] ou à éliminer complètement le Plasmodium . [134]

Un champignon a été modifié génétiquement pour résister au brunissement, ce qui lui donne une durée de conservation plus longue . Le processus a utilisé CRISPR pour éliminer un gène qui code pour la polyphénol oxydase . Comme il n'a pas introduit d'ADN étranger dans l'organisme, il n'a pas été considéré comme étant réglementé par les cadres OGM existants et, en tant que tel, il s'agit du premier organisme édité par CRISPR à être approuvé pour la libération. [135] Cela a intensifié les débats quant à savoir si les organismes génétiquement modifiés devraient être considérés comme des organismes génétiquement modifiés [136] et comment ils devraient être réglementés. [137]

Culture de tissus utilisée pour régénérer Arabidopsis thaliana

Les plantes ont été conçues pour la recherche scientifique, pour afficher de nouvelles couleurs de fleurs, administrer des vaccins et créer des cultures améliorées. De nombreuses plantes sont pluripotentes , ce qui signifie qu'une seule cellule d'une plante mature peut être récoltée et, dans les bonnes conditions, peut se développer en une nouvelle plante. Cette capacité peut être mise à profit par les ingénieurs génétiques ; en sélectionnant des cellules qui ont été transformées avec succès dans une plante adulte, une nouvelle plante peut ensuite être cultivée qui contient le transgène dans chaque cellule grâce à un processus connu sous le nom de culture tissulaire . [138]

Une grande partie des avancées dans le domaine du génie génétique est venue de l'expérimentation du tabac . Des avancées majeures dans la culture tissulaire et les mécanismes cellulaires végétaux pour un large éventail de plantes ont pour origine les systèmes développés dans le tabac. [139] C'était la première plante à être modifiée à l'aide du génie génétique et est considérée comme un organisme modèle non seulement pour le génie génétique, mais aussi pour une gamme d'autres domaines. [140] En tant que tels, les outils et procédures transgéniques sont bien établis, faisant du tabac l'une des plantes les plus faciles à transformer. [141] Un autre organisme modèle majeur pertinent pour le génie génétique est Arabidopsis thaliana . Son petit génome et son cycle de vie court le rendent facile à manipuler et il contient de nombreux homologues d'espèces cultivées importantes. [142] C'était la première plante séquencée , elle dispose d'une multitude de ressources en ligne et peut être transformée en trempant simplement une fleur dans une solution d' Agrobacterium transformée . [143]

Dans la recherche, les plantes sont conçues pour aider à découvrir les fonctions de certains gènes. La façon la plus simple de le faire est de retirer le gène et de voir quel phénotype se développe par rapport à la forme de type sauvage . Toute différence est peut-être le résultat du gène manquant. Contrairement à la mutagénèse , le génie génétique permet une élimination ciblée sans perturber les autres gènes de l'organisme. [138] Certains gènes ne sont exprimés que dans certains tissus, de sorte que les gènes rapporteurs, comme GUS , peuvent être attachés au gène d'intérêt permettant la visualisation de l'emplacement. [144] D'autres façons de tester un gène consistent à le modifier légèrement, puis à le renvoyer à la plante et à voir s'il a toujours le même effet sur le phénotype. D'autres stratégies consistent à attacher le gène à un promoteur puissant et à voir ce qui se passe lorsqu'il est surexprimé, forçant un gène à s'exprimer à un endroit différent ou à différents stades de développement . [138]

Rose "bleue" de Suntory

Certaines plantes génétiquement modifiées sont purement ornementales . Ils sont modifiés pour la couleur des fleurs, le parfum, la forme des fleurs et l'architecture des plantes. [145] Les premières plantes ornementales génétiquement modifiées ont commercialisé une couleur altérée. [146] Les œillets ont été lancés en 1997, avec l'organisme génétiquement modifié le plus populaire, une rose bleue (en réalité lavande ou mauve ) créée en 2004. [147] Les roses sont vendues au Japon, aux États-Unis et au Canada. [148] [149] D'autres plantes ornementales génétiquement modifiées incluent Chrysanthemum et Petunia . [145] En plus d'augmenter la valeur esthétique, il est prévu de développer des plantes ornementales moins consommatrices d'eau ou résistantes au froid, ce qui permettrait de les cultiver en dehors de leur milieu naturel. [150]

Il a été proposé de modifier génétiquement certaines espèces végétales menacées d'extinction pour qu'elles soient résistantes aux plantes et aux maladies envahissantes, comme l' agrile du frêne en Amérique du Nord et la maladie fongique, Ceratocystis platani , chez les platanes européens . [151] Le virus de la tache annulaire de la papaye a dévasté les papayers à Hawaï au XXe siècle jusqu'à ce que les papayes transgéniques reçoivent une résistance dérivée des agents pathogènes. [152] Cependant, la modification génétique pour la conservation des plantes reste principalement spéculative. Une préoccupation unique est qu'une espèce transgénique peut ne plus avoir assez de ressemblance avec l'espèce d'origine pour prétendre vraiment que l'espèce d'origine est conservée. Au lieu de cela, l'espèce transgénique peut être génétiquement suffisamment différente pour être considérée comme une nouvelle espèce, diminuant ainsi la valeur de conservation de la modification génétique. [151]

Récoltes

Arachide de type sauvage ( en haut ) et arachide transgénique avec le gène Bacillus thuringiensis ajouté ( en bas ) exposées à la larve du foreur de la tige de maïs .

Les cultures génétiquement modifiées sont des plantes génétiquement modifiées qui sont utilisées en agriculture . Les premières cultures développées ont été utilisées pour l'alimentation animale ou humaine et offrent une résistance à certains ravageurs, maladies, conditions environnementales, altérations ou traitements chimiques (par exemple résistance à un herbicide ). La deuxième génération de cultures visait à améliorer la qualité, souvent en modifiant le profil nutritionnel . Les cultures génétiquement modifiées de troisième génération pourraient être utilisées à des fins non alimentaires, y compris la production d' agents pharmaceutiques , de biocarburants et d'autres biens industriellement utiles, ainsi que pour la bioremédiation . [153]

Des Kenyans examinent du maïs transgénique Bacillus thuringiensis (Bt) résistant aux insectes

Il y a trois objectifs principaux à l'avancement agricole; augmentation de la production, amélioration des conditions pour les travailleurs agricoles et durabilité . Les cultures GM contribuent en améliorant les récoltes en réduisant la pression des insectes, en augmentant la valeur nutritive et en tolérant différents stress abiotiques . Malgré ce potentiel, à partir de 2018, les cultures commercialisées se limitent principalement aux cultures de rente comme le coton, le soja, le maïs et le canola et la grande majorité des caractères introduits offrent soit une tolérance aux herbicides, soit une résistance aux insectes. [153] Le soja représentait la moitié de toutes les cultures génétiquement modifiées plantées en 2014. [154] L'adoption par les agriculteurs a été rapide, entre 1996 et 2013, la superficie totale des terres cultivées avec des cultures GM a été multipliée par 100. [155 ] Géographiquement, la propagation a été inégale, avec une forte croissance dans les Amériques et certaines parties de l'Asie et peu en Europe et en Afrique. [153] Sa propagation socio-économique a été plus uniforme, avec environ 54 % des cultures GM dans le monde cultivées dans les pays en développement en 2013. [155] Bien que des doutes aient été soulevés, [156] la plupart des études ont montré que la culture de cultures GM était bénéfique pour les agriculteurs. par une diminution de l'utilisation de pesticides ainsi qu'une augmentation du rendement des cultures et des bénéfices agricoles. [157] [158] [159]

La majorité des cultures GM ont été modifiées pour être résistantes à certains herbicides, généralement à base de glyphosate ou de glufosinate . Les cultures génétiquement modifiées conçues pour résister aux herbicides sont désormais plus disponibles que les variétés résistantes sélectionnées de manière conventionnelle ; [160] aux États-Unis, 93 % du soja et la plupart du maïs GM cultivé sont tolérants au glyphosate. [161] La plupart des gènes actuellement disponibles utilisés pour concevoir la résistance des insectes proviennent de la bactérie Bacillus thuringiensis et codent pour les endotoxines delta . Quelques-uns utilisent les gènes qui codent pour les protéines insecticides végétatives . [162] Le seul gène commercialement utilisé pour fournir une protection contre les insectes qui ne provient pas de B. thuringiensis est l' inhibiteur de trypsine de niébé (CpTI). Le CpTI a été approuvé pour la première fois pour le coton en 1999 et est actuellement en cours d'essai sur le riz. [163] [164] Moins d'un pour cent des cultures GM contenaient d'autres caractéristiques, notamment la résistance aux virus, le retard de la sénescence et la modification de la composition des plantes. [154]

Riz doré comparé au riz blanc

Le riz doré est la culture GM la plus connue qui vise à augmenter la valeur nutritive. Il a été conçu avec trois gènes qui biosynthétisent le bêta-carotène , un précurseur de la vitamine A , dans les parties comestibles du riz. [63] Il est destiné à produire un aliment enrichi destiné à être cultivé et consommé dans des zones présentant un déficit en vitamine A alimentaire , [165] une carence qui, selon les estimations, tue chaque année 670 000 enfants de moins de 5 ans [166] et cause 500 000 cas supplémentaires de cécité infantile irréversible. [167] Le riz doré d'origine produisait 1,6 μg/g de caroténoïdes , le développement ultérieur augmentant ce nombre 23 fois. [168] En 2018, il a obtenu ses premières autorisations d'utilisation comme aliment. [169]

Les plantes et les cellules végétales ont été génétiquement modifiées pour la production de produits biopharmaceutiques dans des bioréacteurs , un processus connu sous le nom de pharming . Le travail a été fait avec lentille d'eau Lemna minor , [170] les algues Chlamydomonas reinhardtii [171] et la mousse Physcomitrella patens . [172] [173] Les produits biopharmaceutiques produits comprennent des cytokines , des hormones , des anticorps , des enzymes et des vaccins, dont la plupart sont accumulés dans les graines des plantes. De nombreux médicaments contiennent également des ingrédients végétaux naturels et les voies qui mènent à leur production ont été génétiquement modifiées ou transférées à d'autres espèces végétales pour produire un plus grand volume. [174] D'autres options pour les bioréacteurs sont les biopolymères [175] et les biocarburants . [176] Contrairement aux bactéries, les plantes peuvent modifier les protéines après la traduction , leur permettant de fabriquer des molécules plus complexes. Ils présentent également moins de risques d'être contaminés. [177] Des produits thérapeutiques ont été cultivés dans des cellules transgéniques de carotte et de tabac, [178] y compris un traitement médicamenteux pour la maladie de Gaucher . [179]

La production et le stockage de vaccins ont un grand potentiel dans les plantes transgéniques. Les vaccins sont chers à produire, à transporter et à administrer, donc avoir un système qui pourrait les produire localement permettrait un meilleur accès aux zones les plus pauvres et en développement. [174] En plus de purifier les vaccins exprimés dans les plantes, il est également possible de produire des vaccins comestibles dans les plantes. Les vaccins comestibles stimulent le système immunitaire lorsqu'ils sont ingérés pour se protéger contre certaines maladies. Le stockage dans des plantes réduit le coût à long terme car ils peuvent être disséminés sans avoir besoin de stockage au froid, n'ont pas besoin d'être purifiés et ont une stabilité à long terme. Le fait d'être également logé dans des cellules végétales offre une certaine protection contre les acides intestinaux lors de la digestion. Cependant, le coût de développement, de réglementation et de confinement des plantes transgéniques est élevé, ce qui conduit à l'application de la plupart des vaccins à base de plantes actuels à la médecine vétérinaire , où les contrôles ne sont pas aussi stricts. [180]

Les cultures génétiquement modifiées ont été proposées comme l'un des moyens de réduire les émissions de CO2 liées à l'agriculture en raison d'un rendement plus élevé, d'une utilisation réduite de pesticides, d'une utilisation réduite de carburant de tracteur et de l'absence de labour. Selon une étude de 2021, dans la seule UE, l'adoption généralisée des cultures génétiquement modifiées réduirait les émissions de gaz à effet de serre de 33 millions de tonnes d'équivalent CO2, soit 7,5% des émissions totales liées à l'agriculture. [181]

La grande majorité des animaux génétiquement modifiés sont au stade de la recherche et le nombre sur le point d'entrer sur le marché reste faible. [182] En 2018, seuls trois animaux génétiquement modifiés ont été approuvés, tous aux États-Unis. Une chèvre et un poulet ont été conçus pour produire des médicaments et un saumon a augmenté sa propre croissance. [183] Malgré les différences et les difficultés à les modifier, les finalités sont sensiblement les mêmes que pour les plantes. Les animaux GM sont créés à des fins de recherche, de production de produits industriels ou thérapeutiques, d'utilisations agricoles ou d'amélioration de leur santé. Il existe également un marché pour la création d'animaux de compagnie génétiquement modifiés. [184]

Mammifères

Certaines chimères , comme la souris tachetée illustrée, sont créées par des techniques de modification génétique comme le ciblage génique .

Le processus de génie génétique des mammifères est lent, fastidieux et coûteux. Cependant, les nouvelles technologies rendent les modifications génétiques plus faciles et plus précises. [185] Les premiers mammifères transgéniques ont été produits en injectant de l'ADN viral dans des embryons puis en implantant les embryons dans des femelles. [186] L'embryon se développerait et on espère qu'une partie du matériel génétique sera incorporée dans les cellules reproductrices. Ensuite, les chercheurs devraient attendre que l'animal atteigne l'âge de reproduction, puis la progéniture serait dépistée pour la présence du gène dans chaque cellule. Le développement du système d' édition de gènes CRISPR-Cas9 comme moyen peu coûteux et rapide de modifier directement les cellules germinales , réduisant ainsi de moitié le temps nécessaire pour développer des mammifères génétiquement modifiés. [187]

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Un modèle porcin d' hémophilie A .

Les mammifères sont les meilleurs modèles pour les maladies humaines, ce qui rend les mammifères génétiques essentiels à la découverte et au développement de remèdes et de traitements pour de nombreuses maladies graves. L'élimination des gènes responsables de troubles génétiques humains permet aux chercheurs d'étudier le mécanisme de la maladie et de tester des remèdes possibles. Les souris génétiquement modifiées ont été les mammifères les plus couramment utilisés dans la recherche biomédicale , car elles sont bon marché et faciles à manipuler. Les porcs sont également une bonne cible car ils ont une taille corporelle et des caractéristiques anatomiques, une physiologie , une réponse physiopathologique et un régime similaires . [188] Les primates non humains sont les organismes modèles les plus similaires aux humains, mais le public accepte moins de les utiliser comme animaux de recherche. [189] En 2009, les scientifiques ont annoncé qu'ils avaient transféré avec succès un gène dans une espèce de primate ( ouistitis ) pour la première fois. [190] [191] Leur première cible de recherche pour ces ouistitis était la maladie de Parkinson , mais ils envisageaient également la sclérose latérale amyotrophique et la maladie de Huntington . [192]

Les protéines humaines exprimées chez les mammifères sont plus susceptibles d'être similaires à leurs homologues naturelles que celles exprimées dans les plantes ou les micro-organismes. Une expression stable a été obtenue chez des moutons, des porcs, des rats et d'autres animaux. En 2009, le premier médicament biologique humain produit à partir d'un tel animal, une chèvre , a été approuvé. Le médicament, ATryn , est un anticoagulant qui réduit la probabilité de caillots sanguins pendant la chirurgie ou l' accouchement et est extrait du lait de chèvre. [193] L' alpha-1-antitrypsine humaine est une autre protéine produite à partir de chèvres et utilisée pour traiter les humains atteints de cette déficience. [194] Un autre domaine médicinal est la création de porcs avec une plus grande capacité de transplantation d'organes humains ( xénotransplantation ). Les porcs ont été génétiquement modifiés afin que leurs organes ne puissent plus porter de rétrovirus [195] ou avoir des modifications pour réduire le risque de rejet. [196] [197] Des poumons de porc provenant de porcs génétiquement modifiés sont envisagés pour une transplantation chez l'homme. [198] [199] Il est même possible de créer des porcs chimériques pouvant porter des organes humains. [188] [200]

Le bétail est modifié dans le but d'améliorer des caractéristiques économiquement importantes telles que le taux de croissance, la qualité de la viande, la composition du lait, la résistance aux maladies et la survie. Les animaux ont été conçus pour grandir plus vite, être en meilleure santé [201] et résister aux maladies. [202] Des modifications ont également amélioré la production de laine des moutons et la santé du pis des vaches. [182] Les chèvres ont été génétiquement modifiées pour produire du lait avec de fortes protéines de soie ressemblant à des toiles d'araignée dans leur lait. [203] Un porc GM appelé Enviropig a été créé avec la capacité de digérer le phosphore végétal plus efficacement que les porcs conventionnels. [204] [205] Ils pourraient réduire la pollution de l'eau puisqu'ils excrètent 30 à 70 % moins de phosphore dans le fumier. [204] [206] Les vaches laitières ont été génétiquement modifiées pour produire du lait qui serait le même que le lait maternel humain. [207] Cela pourrait potentiellement bénéficier aux mères qui ne peuvent pas produire de lait maternel mais qui souhaitent que leurs enfants aient du lait maternel plutôt que du lait maternisé. [208] [209] Les chercheurs ont également développé une vache génétiquement modifiée qui produit du lait sans allergie. [210]

Souris exprimant la protéine fluorescente verte

Les scientifiques ont génétiquement modifié plusieurs organismes, dont certains mammifères, pour inclure la protéine fluorescente verte (GFP), à des fins de recherche. [211] La GFP et d'autres gènes rapporteurs similaires permettent une visualisation et une localisation faciles des produits de la modification génétique. [212] Les porcs fluorescents ont été élevés pour étudier les greffes d'organes humains, la régénération des cellules photoréceptrices oculaires et d'autres sujets. [213] En 2011, des chats fluorescents verts ont été créés pour aider à trouver des thérapies contre le VIH/sida et d'autres maladies [214], car le virus de l'immunodéficience féline est lié au VIH . [215]

Il a été suggéré que le génie génétique pourrait être utilisé pour ramener les animaux de l'extinction . Il s'agit de changer le génome d'un parent vivant proche pour ressembler à celui éteint et est actuellement tenté avec le pigeon voyageur . [216] Des gènes associés au mammouth laineux ont été ajoutés au génome d'un éléphant d'Afrique , bien que le chercheur principal affirme qu'il n'a pas l'intention de créer des éléphants vivants et de transférer tous les gènes et d'inverser des années d'évolution génétique est loin d'être réalisable. [217] [218] Il est plus probable que les scientifiques pourraient utiliser cette technologie pour conserver les animaux en voie de disparition en ramenant la diversité perdue ou en transférant les avantages génétiques évolués des organismes adaptés à ceux qui luttent. [219]

Humains

La thérapie génique [220] utilise des virus génétiquement modifiés pour délivrer des gènes qui peuvent guérir des maladies chez l'homme. Bien que la thérapie génique soit encore relativement nouvelle, elle a connu quelques succès. Il a été utilisé pour traiter les troubles génétiques tels que Déficit immunitaire combiné sévère , [221] et l' amaurose congénitale de Leber . [222] Des traitements sont également en cours de développement pour une gamme d'autres maladies actuellement incurables, telles que la mucoviscidose , [223] la drépanocytose , [224] la maladie de Parkinson , [225] [226] le cancer , [227] [228] [ 229] diabète , [230] maladie cardiaque [231] et dystrophie musculaire . [232] Ces traitements n'affectent que les cellules somatiques , ce qui signifie que tout changement ne serait pas héréditaire. La thérapie génique germinale rend tout changement héréditaire, ce qui a soulevé des inquiétudes au sein de la communauté scientifique. [233] [234]

En 2015, CRISPR a été utilisé pour modifier l'ADN d' embryons humains non viables . [235] [236] En novembre 2018, He Jiankui a annoncé qu'il avait modifié les génomes de deux embryons humains, dans le but de désactiver le gène CCR5 , qui code pour un récepteur que le VIH utilise pour pénétrer dans les cellules. Il a déclaré que des jumelles, Lulu et Nana , étaient nées quelques semaines plus tôt et qu'elles portaient des copies fonctionnelles de CCR5 avec un CCR5 handicapé ( mosaïcisme ) et qu'elles étaient toujours vulnérables au VIH. Le travail a été largement condamné comme contraire à l'éthique, dangereux et prématuré. [237]

Poisson

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Lorsqu'il est exposé à de l'eau à 13 °C, le poisson zèbre modifié pour exprimer une créatine kinase de carpedroite ) maintient son comportement de nage, contrairement au poisson zèbre de type sauvage (à gauche ). [238]

Les poissons génétiquement modifiés sont utilisés pour la recherche scientifique, comme animaux de compagnie et comme source de nourriture. L'aquaculture est une industrie en pleine croissance, fournissant actuellement plus de la moitié du poisson consommé dans le monde. [239] Grâce au génie génétique, il est possible d'augmenter les taux de croissance, de réduire la prise alimentaire, d'éliminer les propriétés allergènes, d'augmenter la tolérance au froid et de fournir une résistance aux maladies. Les poissons peuvent également être utilisés pour détecter la pollution aquatique ou fonctionner comme des bioréacteurs. [240]

Plusieurs groupes ont développé le poisson zèbre pour détecter la pollution en attachant des protéines fluorescentes à des gènes activés par la présence de polluants. Le poisson brillera alors et pourra être utilisé comme capteur environnemental. [241] [242] Le GloFish est une marque de poisson zèbre fluorescent génétiquement modifié avec une couleur fluorescente rouge vif, verte et orange. Il a été développé à l'origine par l'un des groupes pour détecter la pollution, mais fait maintenant partie du commerce des poissons d'ornement, devenant le premier animal génétiquement modifié à devenir accessible au public comme animal de compagnie lorsqu'en 2003, il a été introduit à la vente aux États-Unis. [243]

Les poissons GM sont largement utilisés dans la recherche fondamentale en génétique et développement. Deux espèces de poissons, le poisson zèbre et le médaka , sont le plus souvent modifiées car elles ont des chorions optiquement clairs (membranes dans l'œuf), se développent rapidement et l'embryon à une cellule est facile à voir et à micro-injecter avec de l'ADN transgénique. [244] Le poisson zèbre est un organisme modèle pour les processus de développement, la régénération , la génétique, le comportement, les mécanismes de la maladie et les tests de toxicité. [245] Leur transparence permet aux chercheurs d'observer les stades de développement, les fonctions intestinales et la croissance tumorale. [246] [247] La génération de protocoles transgéniques (organisme entier, cellule ou tissu spécifique, étiqueté avec des gènes rapporteurs) a augmenté le niveau d'information obtenu en étudiant ces poissons. [248]

Les poissons GM ont été développés avec des promoteurs entraînant une surproduction d' hormone de croissance à utiliser dans l' industrie aquacole pour augmenter la vitesse de développement et potentiellement réduire la pression de pêche sur les stocks sauvages. Cela a donné lieu à l' amélioration de la croissance spectaculaire de plusieurs espèces, dont le saumon , [249] truites [250] et tilapia . [251] AquaBounty Technologies , une entreprise de biotechnologie, a produit un saumon (appelé saumon AquAdvantage ) qui peut mûrir en moitié moins de temps que le saumon sauvage. [252] Il a obtenu l'approbation réglementaire en 2015, le premier aliment OGM non végétal à être commercialisé. [253] Depuis août 2017, le saumon OGM est vendu au Canada. [254] Les ventes aux États-Unis devraient démarrer au second semestre 2019. [255]

Insectes

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La surexpression de la protéine de liaison méthyl-CpG 2 chez la drosophile altère la capacité d'escalade (à droite ) par rapport au groupe témoin (à gauche ). [256]

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