Biotechnologie et génie génétique: un aperçu

Biotechnologie est un domaine des sciences de la vie qui utilise des organismes vivants et des systèmes biologiques pour créer des organismes modifiés ou nouveaux ou des produits utiles. Une composante majeure de la biotechnologie est ingénierie génétique.

Le concept populaire de biotechnologie est l'une des expériences qui se déroulent dans les laboratoires et de pointe avancées industrielles, mais la biotechnologie est beaucoup plus intégrée dans la vie quotidienne de la plupart des gens qu'elle semble.

Les vaccins que vous recevez, la sauce soja, le fromage et le pain que vous achetez à l'épicerie, les plastiques dans votre quotidien l'environnement, vos vêtements en coton infroissables, le nettoyage après les nouvelles de déversements de pétrole et plus sont tous des exemples de biotechnologie. Ils « emploient » tous des microbes vivants pour créer un produit.

Même un test sanguin de la maladie de Lyme, un traitement de chimiothérapie contre le cancer du sein ou une injection d'insuline pourraient être le résultat de la biotechnologie.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

La biotechnologie repose sur le domaine du génie génétique, qui modifie l'ADN pour altérer la fonction ou d'autres caractéristiques des organismes vivants.

Les premiers exemples en sont la reproduction sélective de plantes et d'animaux il y a des milliers d'années. Aujourd'hui, les scientifiques modifient ou transfèrent l'ADN d'une espèce à une autre. La biotechnologie exploite ces processus pour une grande variété d'industries, notamment la médecine, l'alimentation et l'agriculture, la fabrication et les biocarburants.

La biotechnologie ne serait pas possible sans ingénierie génétique. En termes modernes, ce processus manipule l'information génétique des cellules à l'aide de techniques de laboratoire afin de modifier les caractéristiques des organismes vivants.

Les scientifiques peuvent utiliser le génie génétique afin de changer l'apparence, le comportement, les fonctions ou les interactions d'un organisme avec des matériaux ou des stimuli spécifiques dans son environnement. Le génie génétique est possible dans toutes les cellules vivantes; cela inclut les micro-organismes tels que les bactéries et les cellules individuelles d'organismes multicellulaires, tels que les plantes et les animaux. Même le génome humain peuvent être modifiés à l'aide de ces techniques.

Parfois, les scientifiques modifient l'information génétique d'une cellule en modifiant directement ses gènes. Dans d'autres cas, des morceaux d'ADN d'un organisme sont implantés dans les cellules d'un autre organisme. Les nouvelles cellules hybrides sont appelées transgénique.

Le génie génétique peut sembler une avancée technologique ultramoderne, mais il est utilisé depuis des décennies, dans de nombreux domaines. En fait, le génie génétique moderne a ses racines dans les pratiques humaines anciennes qui ont d'abord été définies par Charles Darwin comme selection artificielle.

La sélection artificielle, également appelée élevage sélectif, est une méthode pour choisir délibérément des couples d'accouplement pour les plantes, les animaux ou d'autres organismes en fonction des caractéristiques souhaitées. La raison de le faire est de créer une progéniture avec ces traits et de répéter le processus avec les générations futures pour renforcer progressivement les traits dans la population.

Bien que la sélection artificielle ne nécessite pas de microscopie ou d'autres équipements de laboratoire avancés, il s'agit d'une forme efficace de génie génétique. Bien qu'elle ait commencé comme une technique ancienne, les humains l'utilisent encore aujourd'hui.

Les exemples courants incluent :

• Élevage de bétail.
• Création de variétés de fleurs.
• Animaux reproducteurs, tels que les rongeurs ou les primates, avec des traits spécifiques souhaités comme la sensibilité aux maladies pour les études de recherche.

Le premier exemple connu d'humains s'engageant dans la sélection artificielle d'un organisme est la montée de Canis lupus familiaris, ou comme on l'appelle plus communément, le chien. Il y a environ 32 000 ans, les humains dans une région de l'Asie de l'Est qui est maintenant la Chine, vivaient en groupes de chasseurs-cueilleurs. Les loups sauvages suivaient les groupes humains et fouillaient les carcasses laissées par les chasseurs.

Les scientifiques pensent qu'il est très probable que les humains n'aient laissé vivre que les loups dociles qui ne constituaient pas une menace. De cette façon, la séparation des chiens des loups a commencé par l'auto-sélection, car les individus avec le trait qui leur permettaient de tolérer la présence des humains sont devenus les compagnons domestiqués de la chasseurs-cueilleurs.

Finalement, les humains ont commencé à domestiquer intentionnellement, puis à élever des générations de chiens pour les traits souhaités, en particulier la docilité. Les chiens sont devenus des compagnons loyaux et protecteurs des humains. Au cours de milliers d'années, les humains les ont élevés de manière sélective pour des traits spécifiques tels que la longueur et la couleur du pelage, la taille des yeux et la longueur du museau, la taille du corps, la disposition et plus encore.

Les loups sauvages de l'Asie de l'Est d'il y a 32 000 ans qui se sont séparés il y a 32 000 ans en chiens comprennent près de 350 races de chiens différentes. Ces premiers chiens sont génétiquement plus étroitement liés aux chiens modernes appelés chiens indigènes chinois.

La sélection artificielle s'est également manifestée d'autres manières dans les anciennes cultures humaines. Au fur et à mesure que les humains se dirigeaient vers les sociétés agricoles, ils ont utilisé la sélection artificielle avec un nombre croissant d'espèces végétales et animales.

Ils ont domestiqué les animaux en les élevant génération après génération, n'accouplant que la progéniture qui présentait les traits souhaités. Ces traits dépendaient du but de l'animal. Par exemple, les chevaux domestiqués modernes sont couramment utilisés dans de nombreuses cultures comme moyen de transport et comme animaux de bât, faisant partie d'un groupe d'animaux communément appelé bêtes de somme.

Par conséquent, les caractéristiques que les éleveurs de chevaux auraient pu rechercher sont la docilité et la force, ainsi que la robustesse au froid ou à la chaleur, et une capacité à se reproduire en captivité.

Les sociétés anciennes utilisaient également le génie génétique autrement que par la sélection artificielle. Il y a 6 000 ans, les Égyptiens utilisaient la levure pour faire lever le pain et la levure fermentée pour faire du vin et de la bière.

Le génie génétique moderne se produit en laboratoire plutôt que par reproduction sélective, car les gènes sont copié et déplacé d'un morceau d'ADN à un autre, ou d'une cellule d'un organisme à celle d'un autre organisme ADN. Cela repose sur un anneau d'ADN appelé plasmide.

Plasmides sont présents dans les cellules bactériennes et de levure, et sont séparés des chromosomes. Bien que les deux contiennent de l'ADN, les plasmides ne sont généralement pas nécessaires à la survie de la cellule. Alors que les chromosomes bactériens contiennent des milliers de gènes, les plasmides ne contiennent que le nombre de gènes que vous compteriez sur une seule main. Cela les rend beaucoup plus simples à manipuler et à analyser.

La découverte dans les années 60 de endonucléases de restriction, aussi connu sous le nom les enzymes de restriction, a conduit à une percée dans l'édition de gènes. Ces enzymes coupent l'ADN à des endroits spécifiques de la chaîne de paires de bases.

Les paires de bases sont les collées nucléotides qui forment le brin d'ADN. Selon les espèces de bactéries, l'enzyme de restriction sera spécialisée pour reconnaître et couper différentes séquences de paires de bases.

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Les scientifiques ont découvert qu'ils étaient capables d'utiliser les enzymes de restriction pour découper des morceaux des anneaux plasmidiques. Ils ont ensuite pu introduire de l'ADN d'une source différente.

Une autre enzyme appelée ADN ligase attache l'ADN étranger au plasmide d'origine dans l'espace vide laissé par la séquence d'ADN manquante. Le résultat final de ce processus est un plasmide avec un segment de gène étranger, appelé un vecteur.

Si la source d'ADN était une espèce différente, le nouveau plasmide est appelé ADN recombiné, ou un chimère. Une fois le plasmide réintroduit dans la cellule bactérienne, les nouveaux gènes sont exprimés comme si la bactérie avait toujours possédé cette constitution génétique. Au fur et à mesure que la bactérie se réplique et se multiplie, le gène sera également copié.

Si l'objectif est d'introduire le nouvel ADN dans la cellule d'un organisme qui n'est pas une bactérie, différentes techniques sont nécessaires. L'un d'eux est un pistolet à gènes, qui projette de très minuscules particules d'éléments de métaux lourds recouvertes d'ADN recombinant sur des tissus végétaux ou animaux.

Deux autres techniques nécessitent d'exploiter la puissance des processus de maladies infectieuses. Une souche bactérienne appelée Agrobacterium tumefaciens infecte les plantes, provoquant la croissance de tumeurs dans la plante. Les scientifiques retirent les gènes pathogènes du plasmide responsable des tumeurs, appelé le Ti, ou plasmide inducteur de tumeur. Ils remplacent ces gènes par les gènes qu'ils souhaitent transférer dans la plante afin que la plante devienne « infectée » avec l'ADN souhaité.

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Les virus envahissent souvent d'autres cellules, des bactéries aux cellules humaines, et insèrent leur propre ADN. UNE vecteur viral est utilisé par les scientifiques pour transférer l'ADN dans une cellule végétale ou animale. Les gènes responsables de la maladie sont supprimés et remplacés par les gènes souhaités, qui peuvent inclure des gènes marqueurs pour signaler que le transfert a eu lieu.

Le premier exemple de modification génétique moderne remonte à 1973, lorsque Herbert Boyer et Stanley Cohen ont transféré un gène d'une souche de bactérie à une autre. Le gène codé pour la résistance aux antibiotiques.

L'année suivante, les scientifiques ont créé la première instance d'un animal génétiquement modifié, lorsque Rudolf Jaenisch et Beatrice Mintz ont réussi à insérer de l'ADN étranger dans des embryons de souris.

Les scientifiques ont commencé à appliquer le génie génétique à un vaste domaine d'organismes, pour un nombre croissant de nouvelles technologies. Par exemple, ils ont développé des plantes résistantes aux herbicides afin que les agriculteurs puissent pulvériser les mauvaises herbes sans endommager leurs cultures.

Ils ont également modifié les aliments, en particulier les légumes et les fruits, afin qu'ils deviennent beaucoup plus gros et durent plus longtemps que leurs cousins ​​non modifiés.

Le génie génétique est le fondement de la biotechnologie, car l'industrie de la biotechnologie est, de manière générale, un vaste domaine qui consiste à utiliser d'autres espèces vivantes pour les besoins de l'homme.

Vos ancêtres d'il y a des milliers d'années qui élevaient sélectivement des chiens ou certaines cultures utilisaient la biotechnologie. Il en va de même pour les agriculteurs et les éleveurs de chiens d'aujourd'hui, de même que pour toute boulangerie ou cave.

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La biotechnologie industrielle est utilisée pour les sources de carburant; c'est de là que vient le terme « biocarburants ». Les micro-organismes consomment les graisses et les transforment en éthanol, qui est une source de carburant consommable.

Les enzymes sont utilisées pour produire des produits chimiques avec moins de déchets et de coûts que les méthodes traditionnelles, ou pour nettoyer les processus de fabrication en décomposant les sous-produits chimiques.

Des traitements par cellules souches aux tests sanguins améliorés en passant par une variété de produits pharmaceutiques, le visage des soins de santé a été modifié par la biotechnologie. Les entreprises de biotechnologie médicale utilisent des microbes pour créer de nouveaux médicaments, tels que des anticorps monoclonaux (ces médicaments sont utilisés pour traiter une variété de conditions, y compris le cancer), des antibiotiques, des vaccins et des hormones.

Une avancée médicale importante a été le développement d'un procédé pour créer de l'insuline synthétique à l'aide du génie génétique et des microbes. L'ADN de l'insuline humaine est inséré dans des bactéries, qui se répliquent, se développent et produisent l'insuline, jusqu'à ce que l'insuline puisse être collectée et purifiée.

En 1991, Ingo Potrykus a utilisé la recherche en biotechnologie agricole pour développer une sorte de riz enrichi en bêta-carotène, que le corps se convertit en vitamine A, et est idéal pour être cultivé dans les pays asiatiques, où la cécité infantile due à une carence en vitamine A est un problème particulier. problème.

Le manque de communication entre la communauté scientifique et le public a conduit à une grande controverse sur les organismes génétiquement modifiés, ou OGM. Il y avait une telle peur et un tel tollé au sujet d'un produit alimentaire génétiquement modifié tel que le riz doré, comme on l'appelle, que bien que les plantes soient prêtes à être distribuées aux agriculteurs asiatiques en 1999, cette distribution n'a pas encore eu lieu.