ADN recombinant

Définition

L'ADN recombinant (ADN recombiné) est une molécule d'ADN artificiel formée délibérément in vitro (par des méthodes de laboratoire de recombinaison génétique) par la liaison de séquences d'ADN de deux organismes différents qui ne se trouvent normalement pas ensemble. Cette réunion du matériel génétique provenant de sources multiples crée ainsi des séquences qui ne seraient pas autrement trouvées dans le génome.

Schéma d'une recombinaison donnant de l'ADN recombiné :

Dans ce diagramme d'ADN recombinant, la recombinaison aboutit à une nouvelle séquence. Cette séquence appartient à un gène de l'hémoglobine humaine.

Explications

Lorsque l'acide désoxyribonucléique recombinant est introduit dans un organisme, une modification génétique intervient. Elle permet d'ajouter une nouvelle séquence d'ADN à l'organisme, ce qui conduit à la modification de traits existants ou à l'expression de nouveaux caractères.

⛔ Ne pas confondre l'ADNr (ADN ribosomique ou ADN ribosomal) avec l'ADN recombinant. L'abréviation est parfois trompeuse.

✅ La production d'une protéine non présente dans un organisme donné et produite à partir d'ADN recombinant s'appelle des protéines recombinantes.

L'ADN recombinant dans un organisme vivant a été créé pour la première fois en 1973 par Herbert Boyer, de l'Université de Californie à San Francisco, et par Stanley Cohen, de l'Université de Stanford, qui utilisaient les enzymes de restriction d'E. coli pour insérer de l'ADN étranger dans des plasmides.

⭐ L'ADN recombiné est le résultat de l'utilisation de diverses techniques utilisées par les biologistes moléculaires pour manipuler les molécules d'ADN et diffère de la recombinaison génétique qui existe sans intervention dans la cellule. Le processus consiste à prélever une molécule d'ADN d'un organisme, qu'il s'agisse d'un virus, d'une plante ou d'une bactérie, puis de la manipuler en laboratoire et de la remettre dans un autre organisme. Cela peut être fait pour étudier l'expression d'un gène, pour produire des protéines dans le traitement d'une maladie génétique, pour des vaccins ou à des fins économiques et scientifiques.

Procédure

Le processus de production d'un ADN recombinant commence par l'identification à partir d'un organisme d'une séquence d'ADN d'intérêt afin de le propager dans un autre organisme dépourvu de la séquence et donc du produit protéique de cette séquence d'ADN. Ainsi, des quantités illimitées de la protéine codée par le gène susmentionné peuvent être produites. En termes simples, la procédure consiste à:

• Localisation des gènes et leurs fonctions.
• clonage de l'ADN et stockage ultérieur dans des gènes.
• Réaction en chaîne de la polymérase (PCR).
• Utilisation de vecteurs d'expression.

L'ADN recombiné est une molécule d'ADN artificielle réarrangée in vitro par génie génétique (restriction et ligature). L'ADN peut être dérivé de divers organismes ou synthétisé in vitro, soit chimiquement par synthèse d'oligonucléotides, soit enzymatiquement par réaction en chaîne par polymérase (PCR). Une protéine recombinante est produite à partir d'ADN recombinant, mais chaque ADN recombinant ne code pas automatiquement pour une protéine.

Un exemple d'ADN recombinant sont les plasmides qui sont d'abord isolés de cellules bactériennes et dans lesquels on incorpore ensuite un transgène d'organismes étrangers ou d'une synthèse de gène artificielle. Voir aussi les vecteurs en génie génétique.

Applications

Le vecteur utilisé contient des séquences d'ADN qui, une fois répliquées, confèrent une résistance à des antibiotiques spécifiques. Cette technique a été largement utilisée dans le domaine de la médecine et a permis le développement d'importantes avancées thérapeutiques telles que la production d'insuline recombinante.

Il offre également la possibilité d'utiliser des plantes et des aliments transgéniques, ainsi que des microorganismes génétiquement modifiés, pour produire des médicaments ou d'autres produits utiles pour l'homme, parmi lesquels on peut citer : insuline humaine, hormone de croissance, interférons, obtention de nouveaux médicaments vaccins ou le clonage d'animaux.

Grâce à l'utilisation de l'ADN recombinant, il a été possible d'obtenir des plantes transgéniques résistantes aux insectes, champignons, bactéries et herbicides (comme certains maïs ou sojas résistants au glyphosate), offrant de meilleures caractéristiques de qualité après la récolte et un contenu nutritionnel élevé. Il a également permis le clonage, l'expression et la production par cette technique de divers antigènes, par exemple le vaccin contre l'hépatite B et le vaccin contre le papillomavirus humain.

Par exemple, l'érythropoïétine (EPO) est maintenant produite par la technologie de l'ADN recombinant.

Production et thérapie avec des protéines recombinantes

Les protéines recombinantes sont celles qui sont produites par la technique de l'ADN recombinant, c'est-à-dire par l'expression d'un gène d'un organisme dans un autre organisme. Pour que ces protéines soient utiles d'un point de vue thérapeutique, elles doivent préserver leur activité. En outre, il faut empêcher leur immunogénicité chez l'homme. Pour cela, il est important de choisir pour chaque protéine recombinante l'organisme d'expression le mieux adapté.

Production dans les bactéries

Ces protéines recombinantes ont essayé de s'exprimer dans des bactéries telles que E. coli, car elles sont faciles à maintenir, elles se développent rapidement et leur génome est bien connu. Cependant, le principal problème de la production bactérienne est l'absence de glycosylation des protéines. Certaines protéines produites par les bactéries perdent donc complètement leur fonction. Malgré cela, certaines protéines recombinantes ont été produites avec succès dans des bactéries.

La première protéine recombinante produite dans E. coli était la somatostatine, une hormone anti-croissance de 14 acides aminés. Cependant, bien que cela ait été un succès du point de vue scientifique, il a été un échec du point de vue économique puisque son utilité a été réduite aux personnes confrontées à des problèmes de gigantisme et autres, qui sont rares. Par la suite, un grand succès a été obtenu dans ce domaine grâce à la production d'insuline chez les bactéries. L'insuline a l'avantage de ne pas nécessiter de modifications post-traductionnelles, ce qui évite ce problème de production de bactéries. En outre, le diabète est une maladie très répandue dans la société, avec environ 347 millions de diabétiques. Aux États-Unis, 6 % de la population (20 millions d'habitants) est diabétique et cette maladie est la 6^ème cause de décès. Avant cette production de bactéries, l'insuline porcine était utilisée.

Production dans les levures

Les cellules eucaryotes, donc plus proches des humains que des bactéries, sont très faciles à utiliser de manière industrielle; les levures constituent un autre groupe d'organismes capables de produire des protéines recombinantes à usage humain. Cependant, bien qu'elles aient une glycosylation de protéines, contrairement aux bactéries, c'est complètement différent de l'être humain, ces protéines ont donc des problèmes, voire immunogènes dans de nombreux cas.

Production dans des cellules d'insectes

Celles plus proches des cellules humaines que celles des levures sont celles de l'insecte, telles que celles de Spodoptera frugiperda (un papillon parasite du maïs et du coton), qui se cultivent facilement in vitro, bien que le milieu de culture soit coûteux. De plus, ledit milieu ne contient pas de sérum, ce qui facilite le traitement de la protéine. Une autre proposition a été l'utilisation non pas de cellules d'insectes, mais d'insectes complets pour la production de ces protéines.

Pour ce faire, les insectes sont infectés par des baculovirus modifiés (qui n'infectent pas non plus les humains) afin d'exprimer la protéine recombinante. Cependant, ce système pose exactement le même problème que la levure : le fait que les cellules d'insecte aient une glycosylation, mais est totalement différent de celui des mammifères.

Production dans les cellules de mammifères

Comme les cellules animales ressemblent davantage aux cellules humaines, le traitement des protéines recombinantes produites dans les cellules de mammifères est également plus similaire, de sorte que leur fonction est préservée (bien que de légers changements puissent apparaître dans le schéma de glycosylation). Les inconvénients de cette méthode sont que la croissance cellulaire est plus lente, il faut 6 à 24 heures pour dupliquer les cellules, que les cultures peuvent être contaminées par des bactéries ou des champignons et que le produit peut être contaminé par des virus qui infectent les humains. Pour la production chez les mammifères, des cellules CHO provenant d'ovaires de souris chinois sont utilisées, ce qui présente l'avantage de bien se développer et de contenir un grand nombre de mutants de glycosylation. De plus, les animaux tentent de sécréter ces protéines dans l'urine, le lait, etc.

Historique

L'idée de l'ADN recombinant et la méthode de sa production ont été faites par un étudiant diplômé Peter Lobban de l'Université de Stanford. Avec son professeur, Dale Kaiser, les deux ont publié leurs hypothèses dans la revue Enzymatic end-to-end-joining of DNA molecules (1973) et ont expliqué la méthode de séparation et d'amplification des gènes et de leur insertion dans une nouvelle cellule hôte.

En 1974, l'Université de Stanford a déposé une demande de brevet (avec Stanley Cohen et Herbert Boyer comme inventeurs) et a été récompensée en 1980. Trois ans plus tard, de nouvelles avancées technologiques sont apparues, comme la création de l'insuline humaine biosynthétique par Herbert Boyer.

En rapport avec "ADN recombinant"

• chromosome recombinant

  

  Un chromosome recombinant résulte d'inversions péricentriques parentales.

• protéine recombinante

  

  Une protéine recombinante est une protéine codée par de l'ADN recombinant qui a été cloné dans un vecteur d'expression qui prend en charge l'expression du gène...

• ADN antisens

  

  L'ADN antisens distingue un ADN complémentaire synthétisé à partir d'un ARNm qui code pour une protéine.

• ADN génomique

  

  L'ADN génomique constitue l'information génétique totale d'un organisme.