SVT génie génétique Préparation Concours Médecine Résumés des cours et schémas bilan_SVT_Terminales_Génie génétique/Jamal Piro_juillet 2020 Page 1 A- La Transfert naturel de gènes de l’Agrobacterium tumefaciens à une plante : La gale du collet est une maladie qui développe une excroissance tumorale au niveau du collet de certaines arbres des régions à hiver très froid. L’excroissance peut aussi apparaitre au niveau des racines. Cette excroissance est causée par la présence d'une bactérie nommée ‘’Agrobacterium tumefaciens‘’ dans le sol. Cette dernière est en forme de bâtonnet et possède en plus de son chromosome un ADN circulaire appelé plasmide Ti. Suite aux blessures de certaines plantes causées par le froid des hivers, l’Agrobacterium tumefaciens infecte les tissus végétaux près du sol et injecte naturellement son plasmide dans les cellules végétales et entraine l’intégration du fragment ADN-T du plasmide dans leur patrimoine génétique ou génome. Ce fragment d’ADN-T comporte un gène responsable de la synthèse d’opines (substance essentiel à la multiplication des bactéries Agrobacterium tumefaciens) et aussi de la production d’un certain nombres de facteurs de croissance cellulaires. Ce qu’il faut retenir & schéma bilan Programme SVT terminales Unité II « Information génétique » Chap.3 : le génie génétique ou la modification génétique L e s o r g a n i s m e s g é n é t i q u e m e n t m o d i f i é s a p p e l é e communément OGM sont des êtres vivants dont le patrimoine génétique a été modifié par l’homme. L’objectif de cette opération est de faire acquérir à ces êtres vivants (plantes, bactéries, animaux) de nouveaux caractères héréditaires comme la résistance aux insectes ravageurs, la résistance aux maladies, amélioration de la qualité, production d’une protéine importante pour l’Homme ...etc. Résumés des cours et schémas bilan_SVT_Terminales_Génie génétique/Jamal Piro_juillet 2020 Page 2 Les cellules végétales infectées deviennent donc génétiquement modifiés et acquièrent un nouveau caractère héréditaire représenté par la multiplication anarchique et rapide des cellules due aux facteurs de croissance entraînant ainsi l'apparition de l'excroissance tumorale ‘’ la gale du collet ‘’. B- Techniques et étapes de transfert d’un gène à une bactérie : La modification génétique d'une plante se réalise en plusieurs étapes : 1- Identification du gène d'intérêt : identification et isolement du gène d’intérêt à partir d'une cellule d'un organisme vivant donneur en utilisant des enzymes appelées enzymes de restriction. 2- Fabrication du plasmide : incorporation du gène d’intérêt dans un plasmide d'une bactérie en utilisant des enzymes appelées ligases. 3- Incorporation du plasmide génétiquement modifiés dans la bactérie (sans ADN-T) qui devient elle-même génétiquement modifiée. 4- Transfert des plasmides recombinés : en cultivant en même temps des cellules végétales (à qui on veut faire acquérir un nouveau caractère héréditaire) avec les bactéries préalablement modifiées génétiquement, ces dernières vont injecter d'une manière naturelle leur plasmide génétiquement modifiés dans les cellules végétales. 5- Insertion du gène d'intérêt dans le génome des cellules végétales : en utilisant les mêmes enzymes de restriction et les mêmes ligases, le gène d'intérêt va être inséré naturellement dans le matériel génétique des cellules végétales. 6- Culture de cellules végétales génétiquement modifiés : après avoir sélectionné les cellules végétales ayant insérées le gène d’intérêt, on les met en culture pour obtenir une plante génétiquement modifiée. B- Quelques exemples d'applications des principes du génie génétique : 1- Production industrielle de l’insuline humaine : Le génie génétique permet de modifier une bactérie de manière à ce qu'elle produise un médicament, par exemple l'insuline humaine. L'insuline, une hormone Résumés des cours et schémas bilan_SVT_Terminales_Génie génétique/Jamal Piro_juillet 2020 Page 3 produite dans certaines cellules du pancréas de tout être humain sain (cellules des îlots de Langerhans), est responsable de la stabilité du taux de sucre sanguin qui est une constante biologique de 1g/l. Certains individus ne produisent pas assez d'insuline et ont par conséquent un taux de sucre trop élevé. On parle alors de diabète. Les personnes atteintes d'un diabète grave doivent s'injecter de l'insuline quotidiennement pour mener une vie normale. Autrefois, l'insuline provenait d'un pancréas de bœuf ou de porc. Depuis les années 80, elle est également produite grâce au génie génétique. Voici une description simplifiée du procédé : On isole le matériel génétique (ADN) de quelques cellules humaines. A l'aide des enzymes de restriction appropriées, on sépare le gène de l'insuline qui sera plus tard introduit dans une bactérie. On prélève alors sur la bactérie le plasmide, que l'on sectionne à l'aide des mêmes enzymes de restriction à un endroit précis. Le plasmide bactérien et le gène de l'insuline sont alors mis dans une éprouvette, où ils sont « recollés » par des ligases qui soudent les deux morceaux d'ADN ensemble. Finalement, le nouveau plasmide génétiquement modifié est réintroduit dans la bactérie où il se multiplie. En cas de transfert réussi, la bactérie produit de la protéine sous forme d'insuline humaine grâce au gène supplémentaire de l'insuline. Pour la production de grandes quantités, la multiplication des bactéries se fait dans de grandes cuves appelées fermenteurs. Or, insuline mise à part, nombre d'autres protéines se trouvent à l'intérieur de la bactérie. De cette « soupe protéique », on doit repêcher l'insuline et l'épurer. Après plusieurs étapes de purification, l'insuline est suffisamment propre pour être utilisée dans le traitement du diabète. 3- Production industrielle de protéines toxiques pour lutter contre les insectes nuisibles : De la même manière que la production de l’insuline humaine par le génie génétique, on peut produire des protéines toxiques de certaines bactéries comme "Bacillus thuringiensis" pour lutter presque naturellement contre des insectes nuisibles comme la chenille de la pyrale : ce sont des insecticides naturels. 2- Production industrielle de plante résistante à un insecte ravageur : Une plante devient résistante à un insecte donné par l'introduction dans son génome, d'un gène codant une protéine toxique pour ce ravageur. la bactérie "Bacillus thuringiensis" est reconnue depuis longtemps pour ses propriétés insecticides. Certains de ses gènes permettent aux plantes de produire elles-mêmes des protéines toxiques (toxines) pour les insectes ravageurs comme la pyrale. L’une des toxine protège spécifiquement le maïs des insectes visés, sans nuisance pour les autres êtres vivant. Résumés des cours et schémas bilan_SVT_Terminales_Génie génétique/Jamal Piro_juillet 2020 Page 4 Transfert naturel du gène ADNT-T de l’Agrobacterium tumefaciens aux cellules des plantes inféctées Enzyme de restriction pour couper et enzyme d’épissage (ligase) pour coller les gènes d’intérêt Modification génétique naturelle par l’Agrobacterium tumefaciens Résumés des cours et schémas bilan_SVT_Terminales_Génie génétique/Jamal Piro_juillet 2020 Page 5 Schéma bilan Technique et étapes de transfert d’un gène d’intérêt à une bactérie puis à une plante Etapes de transfert d’un gène d’intérêt à une bactérie via son plasmide