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Une mystérieuse technologie d’insertion de gènes : comment les scientifiques modifient-ils précisément l’ADN ?
Le développement de la technologie du génie génétique a permis de modifier les génomes des animaux et des plantes, permettant aux scientifiques d’insérer, de supprimer et de modifier des gènes de diverses manières. Derrière cette capacité se cachent des années de recherche sur la fonction des gènes et leur manipulation. Avec le développement rapide de la technologie génétique, les scientifiques sont capables d’effectuer des opérations de modification avec précision, offrant un espace d’imagination illimité pour le développement scientifique et agricole futur.
La création d’un organisme transgénique ou modifié nécessite l’exécution minutieuse de plusieurs étapes, depuis la sélection du gène jusqu’à son isolement et son incorporation dans un vecteur approprié, qui est ensuite utilisé pour insérer le gène dans le génome de l’hôte.
Le génie génétique repose sur plusieurs découvertes scientifiques, notamment les enzymes de restriction, les ADN ligases et le développement des technologies de réaction en chaîne par polymérase (PCR) et de séquençage. Ces outils permettent de manipuler les gènes non seulement efficacement mais aussi avec précision. Par rapport à l’ancienne technologie d’insertion aléatoire, la technologie moderne peut localiser plus précisément le point d’insertion et réduire les effets secondaires inutiles.
Traditionnellement, les scientifiques s’appuient sur des techniques telles que les endonucléases méiotiques et les nucléases à doigt de zinc, qui rendent le processus d’insertion des gènes complexe et difficile à contrôler. Depuis 2009, la précision offerte par les systèmes Cas9 basés sur TALEN et CRISPR a grandement amélioré tout cela, augmentant considérablement la précision et l'efficacité de l'édition génétique.
Histoire du génie génétique
La manipulation humaine des gènes remonte à la sélection artificielle dans l’agriculture ancienne. Dès 12 000 av. J.-C., les hommes utilisaient la sélection artificielle pour provoquer des changements génétiques chez les plantes et les animaux. Au fil du temps, notre compréhension du fonctionnement des gènes a évolué, notamment avec les premiers travaux de Mendel sur les lois de l’hérédité et la découverte historique en 1944 de l’ADN comme matériel génétique.
Datant de 1865, les premiers résultats expérimentaux publiés de Mendel ont révélé les lois de l'hérédité génétique et ont inauguré l'ère de la génétique moderne.
Les progrès scientifiques et technologiques du XXe siècle ont encore favorisé le développement de la génétique. Par exemple, la découverte des endonucléases de restriction et des ADN ligases a ouvert la voie à la technologie de l'ADN recombinant, qui permet non seulement d'épisser des gènes, mais aussi de former de nouvelles combinaisons de gènes. . Plus tard, Kary Mullis a développé la technologie PCR en 1983, qui a permis aux scientifiques d'amplifier rapidement et efficacement des fragments d'ADN spécifiques et de les filtrer et de les modifier davantage.
Sélectionner le gène cible
Avant de procéder à l’édition génétique, vous devez d’abord déterminer le gène cible à insérer. Ce processus est souvent motivé par les besoins spécifiques des scientifiques en matière d’organismes cibles. Cela peut impliquer seulement un ou deux gènes, ou une voie biosynthétique plus complexe. Une fois les gènes identifiés, les scientifiques peuvent insérer des gènes de différents organismes dans des bactéries pour les stocker et les modifier.
Les chercheurs identifient les meilleurs gènes candidats grâce au criblage et à la comparaison des gènes, ce qui favorise l’analyse et l’exploration des gènes, fournissant ainsi un soutien aux expériences ultérieures.
Par exemple, pour les organismes qui ne sont normalement pas sujets à la mutation, les scientifiques pourraient sélectionner des individus qui ont muté naturellement pour une exploration plus approfondie. Le criblage des gènes cibles permettra de déterminer en outre leur similarité avec des gènes connus en fonction de leurs fonctions, sélectionnant ainsi les gènes à insérer. Grâce aux progrès de la génomique, les microarrays et le séquençage du génome ont rendu le dépistage beaucoup plus efficace et plus facile.
Technologie de manipulation génétique
Chaque processus de génie génétique implique une modification précise de l’ADN. Tout d’abord, les scientifiques doivent extraire l’ADN des cellules, un processus qui repose généralement sur des méthodes chimiques pour décomposer les cellules et séparer l’ADN des autres composants cellulaires à l’aide de méthodes telles que la centrifugation. Après l'extraction, le gène cible doit être séparé, généralement par clivage progressif en petits fragments à l'aide d'endonucléases de restriction.
Lors de l'extraction et de la modification des gènes, les chercheurs utilisent des enzymes telles que la RNase pour effectuer des opérations continues et précises afin de garantir que les fragments d'ADN obtenus sont complets et intacts, puis effectuent plusieurs criblages et clonages.
Dans ce processus, afin de permettre au gène inséré d'être exprimé efficacement, il est généralement nécessaire d'ajouter des régions promotrices et terminatrices au gène construit. Ces éléments supplémentaires aident à réguler la manière dont les gènes sont exprimés et leur fonctionnement. Une fois le gène construit, il doit être inséré dans le génome de l’hôte, un processus réalisé à l’aide de différentes techniques, selon l’organisme ciblé.
Perspectives d'avenir
Le développement dans le domaine du génie génétique a ouvert un nouveau chapitre dans la biotechnologie. Des plantes transgéniques à l’établissement de modèles animaux, la technologie d’édition génétique a été largement utilisée dans de nombreux domaines tels que l’agriculture, la médecine et les sciences de l’environnement. À mesure que la technologie s’améliore, pouvons-nous nous attendre à voir de nouvelles avancées dans le domaine du génie génétique à l’avenir ?
