Mise
à jour : 16/02/2002
Glossaire
Histoire
Téléchargements
Réglementation
OGM
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
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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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