Applications et implications de la transgenèse
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Mise à jour : 16/02/2002

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Organismes modèles

Toxines Bt

Hormone de croissance

 

Les organismes modèles
Rédigé par Vincent Thizeau, Lycée Louis Bascan, Rambouillet

Les multiples applications de la transgenèse utilisent des organismes dits " modèles ".
Le recourt à ces espèces est justifié en raison, d'une part de l'universalité de la molécule d'ADN, d'autre part de l'unité cellulaire du vivant et de son unicité structurale et fonctionnelle.
Aussi, ces espèces ont été retenues car elles partagent plusieurs caractéristiques intéressantes du point vue génétique, expérimental et économique :
- génome bien caractérisé, souvent de faible taille, outils de biologie moléculaire disponibles pour son séquençage et sa manipulation à l'aide de diverses techniques ;
- temps de génération relativement faible, descendance nombreuse ;
- facilité d'élevage ou de culture, faible encombrement.

Caractéristiques des génomes 
 
Bactérie Ascomycète Nématode Angiosperme Insecte Mammifère

Comparaison de quelques caractéristiques génétiques d'organismes modèles avec celles de l'espèce humaine 
Organisme
Position systématique
Nombre de chromosomes par jeu haploïde
Taille du génome
(en Mb)
Nombre de gènes
Escherichia coli Bactérie circulaire unique 4,7 4 288
Saccharomyces cerevisiae Ascomycète 16 14 6 200
Caenorhabditis elegans Nématode 6 100 19 100
Arabidopsis thaliana Angiosperme 5 130 25 000
Drosophila melanogaster Insecte 4 170 15 000
Mus musculus Mammifère 20 3 000 30 000
Homo sapiens sapiens Mammifère 23 3 000 30 000


 
Escherichia coli
La bactérie Escherichia coli est un modèle unicellulaire procaryote utilisé depuis de nombreuses années par les généticiens, les biologistes moléculaires et microbiologistes. C'est aussi une espèce économiquement importante, puisqu'elle est utilisée par les industries agroalimentaires.
Dans le domaine pharmaceutique E. coli recombinée est utilisée pour la production d'insuline et d'hormone de croissance, strictement identiques aux protéines humaines.
Inconvénients : d'une part, les protéines recombinées produites sont souvent stockées sous forme d'inclusions insolubles, d'où la difficulté d'extraction et de purification. D'autre part, les protéines obtenues n'ont pas toujours leur conformation biologiquement active.


 
Saccharomyces cerevisiae
La levure Saccharomyces cerevisiae est un modèle unicellulaire eucaryote utilisée depuis de nombreuses années par les généticiens, les biologistes moléculaires et microbiologistes. C'est aussi une espèce économiquement importante, puisqu'elle est utilisée par les industries agroalimentaires.
Avantages (par rapport à E. coli) : les levures recombinées ne forment pas d'inclusions ; les modifications des protéines recombinées sont possibles.
Inconvénients : les protéines recombinées à partir de S. cerevisiae présentent une conformation qui n'est pas toujours correcte ; elles peuvent déclencher des réactions de défense.



 
Caenorhabditis elegans
Le nématode Caenorhabditis elegans est un modèle animal pluricellulaire très prisé des embryologistes et des neurobiologistes. Cet animal présente l'avantage d'être totalement transparent, ce qui permet de suivre le devenir de chaque cellule tout au long se son développement. Les chercheurs ont pu ainsi déterminer la filiation exacte de chacune des cellules de cet organisme depuis la fécondation jusque chez l'adulte (959 cellules). On connaît aussi exactement l'ensemble des jonctions synaptiques établies par chacun des 302 neurones. De ce point de vue, nul autre organisme n'est aussi bien connu.
Les expériences de transgenèse sur C. elegans ont permis d'élucider le fonctionnement de certains gènes du développement pour d'autres animaux, y compris l'Homme. 


Arabidopsis thaliana (l'arabette de Thalien)
La brassicacée (anciennement appelée crucifère) Arabidopsis thaliana, longtemps considérée comme une "mauvaise herbe", est le modèle de référence des biologistes moléculaires travaillant sur les végétaux supérieurs.
 Haute de quelques dizaines de centimètres, elle peut boucler son cycle végétatif et reproducteur en moins de deux mois d'où la possibilité de suivre génétiquement de 5 à 6 générations par an.
Son génome réparti sur 10 chromosomes à l'état diploïde est le plus petit génome connu chez les angiospermes. Il est sept fois plus grand que celui d'une levure. C'est la raison pour laquelle cette plante a été choisie pour un programme de séquençage intégral. On connaît aujourd'hui un grand nombre de mutants affectés dans des fonctions physiologiques ou dans l'édification de certains organes et, en particulier, de la fleur.
Les travaux de transgenèse chez A. thaliana ont permis, notammant, de mieux comprendre le rôle des gènes homéotiques chez les végétaux.


Drosophila melanogaster
Le diptère Drosophila melanogaster est un modèle très étudié, et ceci depuis les études pionnières effectuées au début du XXe siècle par Morgan sur cette mouche, dans le domaine de la génétique.
Une caractéristique particulièrement intéressante de cet animal est l'existence de chromosomes polytènes dans certains de ses tissus. Ces chromosomes comprennent jusqu'à un millier de molécules d'ADN identiques, qui sont le produit de multiples réplications de l'ADN chromosomique sans qu'il y ait séparation des brins. Ces brins demeurent parallèles et unis, ce qui leur confère une structure facilement observable, très utile pour la cartographie physique de ce génome. On peut ainsi reconnaître environ 5 100 bandes par simple coloration et observation microscopique de ces chromosomes, et la résolution obtenue est de l'ordre de quelques dizaines de kilobases.
L'utilisation de la drosophile dans des expériences de transgenèse a permis de comprendre le fonctionnement des gènes du développement (gènes homéotiques) responsables de l'organisation antéro-postérieure du corps.


Mus musculus
La souris Mus musculus ne possède pas un génome plus réduit que celui de l'espèce humaine, mais, en tant que mammifère, c'est le modèle animal qui en est le plus proche. La possibilité de conduire tous les croisements désirés, l'existence de lignées pures et d'un grand nombre de mutations identifiées (dont certaines apparentées à des maladies génétiques humaines), en font un modèle irremplaçable pour les études de génétique et de biologie moléculaire chez les mammifères.
Grâce à la transgenèse,
- l'inactivation de gènes (plus de 1000, à ce jour) par recombinaison homologue permet de déterminer leur rôle, avec l'obtention de souris recombinées dites "knock out" ;
- la surexpression d'un gène d'intérêt  (hormone de croissance : gigantisme ; oncogène : modèles de carcinogenèse ; formes mutées de la beta-amyloid protéine : maladie d'Alzheimer) permet d'en étudier le rôle ;
- le transfert de gène rapporteur est utilisé pour étudier la régulation de l'expression de gènes endogènes.

Remarque :
D'autres mammifères sont utilisés pour créer par transgenèse des modèles de maladies humaines. Contrairement à la souris, certains d'entre eux constituent des modèles spécifiques : par exemple, le rat est le meilleur animal pour l'étude de l'hypertension, le lapin et le porc pour l'étude de l'athérosclérose.


Institut national de recherche pédagogique