Introduction
Le génie génétique est un ensemble de techniques permettant de modifier l’information génétique (ADN) d’un organisme en supprimant, en introduisant ou en remplaçant de l’ADN.
- Quelles sont les techniques utilisées dans la modification des êtres vivants.
I – La transgénèse naturelle par la bactérie At
La galle du collet est une maladie qui affecte les plantes. Elle se manifeste par la formation des tumeurs au niveau des racines et du collet, à cause de la multiplication désordonnée des cellules.
1 – La cause de la galle du collet
Pour connaître la cause de la prolifération désordonnée des cellules, on propose l’étude des résultats expérimentaux suivants :
Expérience 1 : l’analyse de la tumeur de la galle à révéler la présence d’une bactérie nommée Agrobacterium tumefaciens. La plantation de plantes saines avec ces bactéries provoque chez ces plantes la formation de la galle du collet.
Expérience 2 : Si on cultive de cellules végétales isolées de la tumeur (sans bactérie (At)), on observe la multiplication désordonnée de ces cellules.
Expérience 3 : La figure suivante présente les résultats de l’exposition de la bactérie (At) à une température élevée (37 C).
Q – En vous basant sur l’analyse de ces résultats, déterminez la cause de la galle du collet.
R –
Expérience 1 : cette expérience montre que c’est la bactérie (At) qui est responsable de la galle du collet.
Expérience 2 : on constate que les cellules végétales se multiplient d’une façon désordonnée même en absence de la bactérie (At). Donc elles ont acquis un nouveau caractère (la multiplication désordonnée) à cause de leur contact avec la bactérie At.
Expérience 3 : on constate que la bactérie At perd son plasmide Ti lorsqu’elle est exposée à une température élevée (37 C), et cette bactérie (sans plasmide) ne provoque pas la formation de la galle du collet chez les plantes saines.
Donc, c’est le plasmide Ti qui est responsable de la formation de la galle du collet chez les plantes.
2 – Mécanisme de la formation de la galle du collet
La figure suivante présente la structure du plasmide Ti (le plasmide de la bactérie At).
La figure suivante présente un schéma qui illustre le mécanisme de formation de la galle du collet.
Q – À l’aide de ces figures, expliquez le mécanisme de la formation de la galle du collet.
R – La formation de la galle du collet se fait selon les étapes suivantes :
- La bactérie At injecte dans la cellule végétale le fragment d’ADN T.
- L’ADN T s’introduit dans le génome de la cellule végétale, ce qui provoque sa modification génétique.
- L’expression des gènes transférés par l’ADN T, tel que :
- L’expression de l'OPS : conduit à la synthèse des opines utilisées par la bactérie.
- L'expression de l’ONC : conduit à la multiplication désordonnée des cellules végétales, et ainsi la formation de la galle du collet.
II – Étapes de la transgénèse
1 – Isolement du gène à transférer
La première étape de la transgénèse (transfert de gènes) est l’isolement du gène à transférer, la figure suivante présente deux techniques qui permettent l’isolement du gène :
Q – Décrivez ces deux méthodes.
R – Transcription inverse : ou rétrotranscription permet d’obtenir de l’ADN à partir d’ARN. Premièrement, l’ARN est inversement transcrit en un seul brin d’ADN par la transcriptase inverse, puis le brin complémentaire est synthétisé par l’ADN polymérase.
Restriction de l’ADN : l’ADN qui contient le gène à transférer est coupé en plusieurs fragments par une enzyme de restriction, puis on isole le fragment à transférer.
2 – Intégration du gène dans un vecteur (plasmide)
La figure suivante représente les étapes d’incorporation du gène d’intérêt dans le plasmide.
Q – Décrivez les étapes d’intégration du gène dans le plasmide.
R – Pour incorporer le gène dans le plasmide, on réalise les manipulations suivantes :
- Extraction et coupage du plasmide par un enzyme de restriction.
- Isolement du gène d’intérêt.
- Mettre le plasmide avec le gène dans une solution contenant des enzymes de liaison (ADN ligases). Ces dernières vont lier le gène avec le plasmide pour obtenir un plasmide recombiné.
3 – Introduction du plasmide recombiné dans la bactérie.
Ceci est réalisé par la mise de la bactérie dans une solution qui contient le plasmide recombiné, et dans des conditions optimales.
Mais, pour être sûr que la bactérie a introduit le plasmide recombiné, il faut les isoler. La figure suivante présente comment se fait l’isolement des bactéries recombinées grâce aux antibiotiques.
Q – Déterminez la (ou les) colonie (s) qui a (ont) introduit le plasmide recombiné.
R – L’intégration du gène dans le plasmide se fait à la place du gène responsable de la résistance à l’antibiotique A. Après mettre les bactéries dans une solution avec les plasmides. On les cultive dans des milieux différents :
- Milieu sans antibiotique.
- Milieu contenant L’antibiotique A.
- Milieu contenant L’antibiotique B.
La bactérie qui a introduit le plasmide est la bactérie qui croît dans le milieu qui contient l’antibiotique B, et ne croît pas dans le milieu qui contient l’antibiotique A.
4 – Expression du gène d’intérêt
Si la bactérie transgénique est utilisée pour l’expression du gène (production d’hormones humaines) elle est mise dans des bioréacteurs dans des conditions optimales pour sa croissance et l’expression du gène.
Si la bactérie va être utilisée pour la modification génétique d’une cellule (cellule végétale)’ elle est mise en contact avec cette cellule pour la modifier.
III – Les applications du génie génétique
1 – Dans le domaine agricole
Le génie génétique est largement utilisé dans le domaine agricole, il permet une sélection plus rapide et précise, un meilleur rendement des cultures, la mise au point d’aliments plus nutritifs et une diminution du recours aux herbicides et pesticides.
La figure suivante présente les étapes de la modification d’une plante pour la rendre résistante à la pyrale.
Q – complétez la figure.
R – Les étapes de la figure :
1 : Extraction du plasmide Ti.
2 : Coupure du plasmide et élimination de l’ADN T.
3 : Isolement du gène responsable de la résistance à la pyrale.
4 : Intégration du gène dans le plasmide Ti.
5 : Introduction du plasmide dans la bactérie At.
6 : Isolement de cellules végétales.
7 : mettre les cellules végétales en contact avec les bactéries transgéniques. Les bactéries vont passer le gène de la résistance aux cellules végétales.
8 – 9 – 10 : Culture des cellules végétales, qui vont croître pour donner des plantes génétiquement modifiées.
2 – Dans le domaine sanitaire
Le génie génétique est utilisé dans le domaine sanitaire pour la production des hormones, vaccins…
La figure suivante présente les étapes de la modification de la bactérie E.coli pour lui rendre capable de produire l’insuline.
Q – complétez la figure.
R – Les étapes de la figure :
1 : Plasmide.
2 : Coupure du plasmide.
3 : Extraction du gène responsable de la production de l’insuline.
4 : Intégration du gène dans le plasmide.
5 : Introduction de plasmide dans la bactérie.
6 : Culture de la bactérie transgénique dans des conditions optimales pour sa multiplication et la production de l’insuline.
Finalement : Extraction de l’insuline du milieu.