chapitre 20 La biotechnologie
477
ConCept
20.3
Le clonage d’organismes peut mener
à la production de cellules souches
pour la recherche et d’autres applications
Parallèlement aux progrès réalisés en biotechnologie, les scientifiques ont mis au point et amélioré les méthodes de clonage
d’organismes multicellulaires entiers à partir de cellules
uniques. Dans ce contexte, le clonage produit un ou plusieurs organismes génétiquement identiques au « parent » qui
a fourni la cellule unique. On qualifie souvent cette méthode
de clonage d’organisme afin de la distinguer clairement du clonage moléculaire et, ce qui est encore plus important, du
clonage cellulaire, qui se définit comme la division d’une
cellule se reproduisant de façon asexuée en un ensemble de
cellules génétiquement identiques. (Le thème commun pour
tous les types de clonage est que le produit est génétiquement iden tique au parent. En fait, le mot clone vient du grec
klôn, qui signifie « pousse ».) L’intérêt actuel à l’égard du clonage d’organismes vient principalement de son potentiel à
générer des cellules souches, qui peuvent à leur tour donner
naissance à de nombreux types de tissus.
Le clonage de Végétaux et d’Animaux a été tenté la première fois il y a plus de 50 ans au cours d’expériences destinées
à répondre à des questions biologiques fondamentales. Par
exemple, les chercheurs se sont demandé si toutes les cel lules
d’un organisme contenaient les mêmes gènes (un concept
appelé équivalence génomique) ou si les cellules perdent des
gènes au cours du processus de la différenciation (voir le
chapitre 18). Une façon de répondre à cette question consiste
à vérifier si une cellule différenciée est en mesure de former
un organisme entier ou, autrement dit, s’il est possible de cloner un organisme entier. Discutons de ces premières expériences avant d’examiner les progrès les plus récents dans le
clonage d’organismes et les procédures pour produire des
cellules souches.
Le clonage des Végétaux :
les cultures monocellulaires
Au cours des années 1950, F. C. Steward et ses étudiants de la
Cornell University ont réussi à cloner des Végétaux entiers à
partir d’une cellule différenciée (figure 20.17). En travaillant
sur la carotte (Daucus carotta), ils ont établi que des cellules
différenciées extraites de la racine et incubées dans un milieu
de culture peuvent donner des plantes adultes normales,
génétiquement identiques à la plante « mère ». Ces résultats
ont montré que la différenciation n’entraîne pas toujours des
modifications irréversibles de l’ADN. Chez les Végétaux du
moins, une cellule adulte peut donc se « dédifférencier » et
donner naissance à tous les types de cellules spécialisées d’un
organisme adulte. Les cellules qui possèdent cette capacité
sont dites totipotentes.
Le clonage des Végétaux est aujourd’hui abondamment utilisé en agriculture. Pour certains Végétaux, comme les orchidées, le clonage est le seul moyen commercialement pratique
de reproduire les plantes. Dans d’autres cas, on se sert du clonage pour reproduire une plante ayant des caractéristiques
intéressantes, comme la capacité à résister à un agent
pathogène. En fait, vous avez probablement effectué vousmême du clonage de Végétaux si vous avez déjà fait pousser
une nouvelle plante à partir d’une bouture !
Le clonage des animaux :
la transplantation de noyaux
Généralement, les cellules animales différenciées mises en
culture ne se divisent pas, et elles ne produisent pas les nombreux types de cellules d’un nouvel organisme. Par conséquent,
les chercheurs dans ce domaine ont abordé différemment la
question de savoir si les cellules animales différenciées peuvent
être totipotentes. Ils ont remplacé le noyau d’un ovocyte de
deuxième ordre ou d’un zygote par le noyau d’une cellule
différenciée en faisant appel à une méthode appelée transplantation de noyaux. S’il conserve sa pleine capacité génétique,
un noyau tiré d’une cellule donneuse différenciée peut alors
commander le développement de tous les tissus et organes
d’un organisme à partir de la cellule receveuse, encore au
stade indifférencié.
De telles expériences ont été effectuées sur des grenouilles
par Robert Briggs et Thomas King pendant les années 1950.
Elles ont été poursuivies sur une autre espèce (Xenopus laevis)
par John Gurdon dans les années 1970. Ces chercheurs transplantaient un noyau d’une cellule d’embryon de têtard dans
l’œuf énucléé (privé de son noyau) de la même espèce. Dans
l’expérience de Gurdon, le noyau transplanté assurait le
développement normal de l’œuf en têtard (figure 20.18),
mais avec certaines limites. Il est apparu en effet que le
Plante
adulte
Coupe transversale
de la racine d’une carotte
Fragments
de 2 mg
Fragments mis
en culture dans
un milieu nutritif ;
le brassage cause
la séparation
des cellules isolées.
Formation
d’un embryon
végétal à partir
d’une cellule isolée
mise en culture.
Plantule cultivée
sur de l’agar
et mise en terre
par la suite.
Début
de la division
des cellules
isolées
en suspension
dans le liquide.
m Figure 20.17 Le clonage
d’une carotte entière à partir
d’une cellule de carotte.
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ConCept
20.3
Le clonage d’organismes peut mener
à la production de cellules souches
pour la recherche et d’autres applications
Parallèlement aux progrès réalisés en biotechnologie, les scientifiques ont mis au point et amélioré les méthodes de clonage
d’organismes multicellulaires entiers à partir de cellules
uniques. Dans ce contexte, le clonage produit un ou plusieurs organismes génétiquement identiques au « parent » qui
a fourni la cellule unique. On qualifie souvent cette méthode
de clonage d’organisme afin de la distinguer clairement du clonage moléculaire et, ce qui est encore plus important, du
clonage cellulaire, qui se définit comme la division d’une
cellule se reproduisant de façon asexuée en un ensemble de
cellules génétiquement identiques. (Le thème commun pour
tous les types de clonage est que le produit est génétiquement iden tique au parent. En fait, le mot clone vient du grec
klôn, qui signifie « pousse ».) L’intérêt actuel à l’égard du clonage d’organismes vient principalement de son potentiel à
générer des cellules souches, qui peuvent à leur tour donner
naissance à de nombreux types de tissus.
Le clonage de Végétaux et d’Animaux a été tenté la première fois il y a plus de 50 ans au cours d’expériences destinées
à répondre à des questions biologiques fondamentales. Par
exemple, les chercheurs se sont demandé si toutes les cel lules
d’un organisme contenaient les mêmes gènes (un concept
appelé équivalence génomique) ou si les cellules perdent des
gènes au cours du processus de la différenciation (voir le
chapitre 18). Une façon de répondre à cette question consiste
à vérifier si une cellule différenciée est en mesure de former
un organisme entier ou, autrement dit, s’il est possible de cloner un organisme entier. Discutons de ces premières expériences avant d’examiner les progrès les plus récents dans le
clonage d’organismes et les procédures pour produire des
cellules souches.
Le clonage des Végétaux :
les cultures monocellulaires
Au cours des années 1950, F. C. Steward et ses étudiants de la
Cornell University ont réussi à cloner des Végétaux entiers à
partir d’une cellule différenciée (figure 20.17). En travaillant
sur la carotte (Daucus carotta), ils ont établi que des cellules
différenciées extraites de la racine et incubées dans un milieu
de culture peuvent donner des plantes adultes normales,
génétiquement identiques à la plante « mère ». Ces résultats
ont montré que la différenciation n’entraîne pas toujours des
modifications irréversibles de l’ADN. Chez les Végétaux du
moins, une cellule adulte peut donc se « dédifférencier » et
donner naissance à tous les types de cellules spécialisées d’un
organisme adulte. Les cellules qui possèdent cette capacité
sont dites totipotentes.
Le clonage des Végétaux est aujourd’hui abondamment utilisé en agriculture. Pour certains Végétaux, comme les orchidées, le clonage est le seul moyen commercialement pratique
de reproduire les plantes. Dans d’autres cas, on se sert du clonage pour reproduire une plante ayant des caractéristiques
intéressantes, comme la capacité à résister à un agent
pathogène. En fait, vous avez probablement effectué vousmême du clonage de Végétaux si vous avez déjà fait pousser
une nouvelle plante à partir d’une bouture !
Le clonage des animaux :
la transplantation de noyaux
Généralement, les cellules animales différenciées mises en
culture ne se divisent pas, et elles ne produisent pas les nombreux types de cellules d’un nouvel organisme. Par conséquent,
les chercheurs dans ce domaine ont abordé différemment la
question de savoir si les cellules animales différenciées peuvent
être totipotentes. Ils ont remplacé le noyau d’un ovocyte de
deuxième ordre ou d’un zygote par le noyau d’une cellule
différenciée en faisant appel à une méthode appelée transplantation de noyaux. S’il conserve sa pleine capacité génétique,
un noyau tiré d’une cellule donneuse différenciée peut alors
commander le développement de tous les tissus et organes
d’un organisme à partir de la cellule receveuse, encore au
stade indifférencié.
De telles expériences ont été effectuées sur des grenouilles
par Robert Briggs et Thomas King pendant les années 1950.
Elles ont été poursuivies sur une autre espèce (Xenopus laevis)
par John Gurdon dans les années 1970. Ces chercheurs transplantaient un noyau d’une cellule d’embryon de têtard dans
l’œuf énucléé (privé de son noyau) de la même espèce. Dans
l’expérience de Gurdon, le noyau transplanté assurait le
développement normal de l’œuf en têtard (figure 20.18),
mais avec certaines limites. Il est apparu en effet que le
Plante
adulte
Coupe transversale
de la racine d’une carotte
Fragments
de 2 mg
Fragments mis
en culture dans
un milieu nutritif ;
le brassage cause
la séparation
des cellules isolées.
Formation
d’un embryon
végétal à partir
d’une cellule isolée
mise en culture.
Plantule cultivée
sur de l’agar
et mise en terre
par la suite.
Début
de la division
des cellules
isolées
en suspension
dans le liquide.
m Figure 20.17 Le clonage
d’une carotte entière à partir
d’une cellule de carotte.