Mutagénèse

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La mutagénèse ou mutagenèse[1] est le processus d'apparition d'une mutation, il peut être naturel ou artificiel (par exposition de l'ADN à un « agent mutagène »). Dans la nature, ce processus peut être à l'origine du cancer, de maladies héréditaires ou d'innovations évolutives et est le principal responsable de la biodiversité des espèces[2]. Charlotte Auerbach, J. M. Robson et Hermann Joseph Muller contribuent à la découverte et au développement de la mutagénèse comme génie génétique[3].

La mutagénèse dirigée ou aléatoire est aussi une approche utilisée par le génie génétique et la biologie pour comprendre la fonction des gènes ; elle consiste en l'introduction volontaire de mutations par l'action d'agents mutagènes chimiques ou physiques dans une séquence ADN[4] afin de déduire des informations sur le rôle des gènes, à partir de l'analyse des effets de ces mutations. La modification in vitro de la séquence en acides aminés d'une protéine permet d'évaluer l'importance de ces acides aminés dans la fonction de la protéine. Le but est donc de muter le gène et de produire la protéine[5]. Cette technique est aussi utilisée en production de variétés nouvelles[6].

Détection des mutations[modifier | modifier le code]

Une mutation était autrefois détectée par des anomalies congénitales reproductibles (si elle n'affectent pas le système de reproduction, ou par des changements de certains fonctions de l'organisme, génétiquement plus ou moins transmissible aux générations suivantes (caractère récessif ou non). Depuis les années 1970, des tests simplifiés ou plus précis permettent de détecter les produits mutagènes et certains de leurs effets[7].

Principe de la mutagénèse dirigée[modifier | modifier le code]

L'observation des mutants est une des méthodologies de bases de la génétique. Cependant, la fréquence d'apparition de mutants dans une population d'organismes est relativement basse, la probabilité d'obtenir de manière naturelle un mutant pour une fonction ou un processus biologique particulier est donc particulièrement faible. Pour augmenter cette probabilité, les organismes sont traités par un agent mutagène, puis les mutants obtenus sont sélectionnés en fonction d'un crible[8]

Deux méthodes sont possibles, la mutagénèse aléatoire et la mutagénèse dirigée. La première consiste à utiliser un agent mutagène, qui induira de manière aléatoire des mutations dans le génome de l'organisme étudié. L'endroit et la nature des mutations ne sont pas prévisibles et ne peuvent pas être contrôlés. La seconde utilisera des méthodes de biologie moléculaire pour induire une mutation précise dans le gène ciblé.

Les différentes méthodes[9][modifier | modifier le code]

Les mutagènes induisent l'apparition de mutations par 3 mécanismes différents au moins. Ils peuvent remplacer, modifier ou endommager des parties de la séquence d'ADN.

- Délétion : disparition d'une ou plusieurs bases

Lors de la délétion, une partie du séquence d'ADN est perdue ou supprimée. Lorsque le nombre de bases ajoutées ou supprimées n'est pas multiple de 3, un changement du cadre de lecture de la séquence d'ADN est provoqué.

- Insertion : ajout d'une ou plusieurs bases

Remplacement de bases[modifier | modifier le code]

- Substitution : remplacement d'une base par une autre
  • incorporation d'analogues de bases:

Certains composés chimiques ressemblent suffisamment aux bases azotées pour être incorporés à leurs places dans l'ADN. Ce sont des analogues de bases qui pourront se lier à n'importe quelle base du brin complémentaire contrairement à la règle d'appariement des bases dans l'ADN. Ils peuvent donc provoquer l'insertion face à eux de nucléotides incorrects. Par exemple, le 5-bromouracile (ou 5-BU) est un analogue de la thymine et le 2-aminopurine (ou 2-AP) est un analogue de l'adénine.

Mutagénèse avec le 5-BU

Modification de la séquence d'ADN[modifier | modifier le code]

  • mésappariement spécifique:

Certains mutagènes modifient une base pour qu'elle ne suive plus le principe d'appariement (A-T, G-C). Parmi ces mutagènes, on trouve des agents alkylants qui ajoutent des groupements alkyles sur les bases. D'autres agents chimiques peuvent provoquer la désamination (enlève un -NH2) des bases.

  • agents intercalants : Ce sont des molécules capables de se glisser entre les bases azotées. Elles peuvent provoquer une inhibition du procédé de réplication de l'ADN. On trouve par exemple la proflavine et l'acridine orange.
gauche:structure normale, droite:intercalation (rouge)
  • PCR (Réaction en chaîne par polymérase) : On utilise une amorce mutée qui permet de provoquer, à une position précise, la mutation voulue. Le gène ainsi modifié sera ensuite cloné un grand nombre de fois grâce à la réplication de l'ADN[10].
  • par « cassettes » : On synthétise chimiquement des oligonucléotides complémentaires de façon à obtenir une petite séquence ADN double-brin appelée cassette, qui contient la mutation souhaitée. Cette cassette est ensuite insérée dans le gène cible[11] .

Endommagement[modifier | modifier le code]

Il existe un grand nombre de mutagènes qui endommagent une ou plusieurs bases, il n'y a alors plus d'appariement spécifique et cela entraîne un blocage de la réplication.

mutation après exposition aux rayons UV
  • radiations ionisantes : Elles forment des molécules excitées et ionisées qui peuvent endommager l'ADN, soit indirectement par l'intermédiaire d'espèces d'oxygène actif (OH, O2, H2O2), soit directement en provoquant la rupture de la liaison entre le sucre et la base (liaison N-glycosidique).

Statut et réglementation[modifier | modifier le code]

La biologie moléculaire permet maintenant, dans une certaine mesure de s'affranchir d'une part du caractère aléatoire des mutations induites par des agents mutagènes, et d'autre part de la valeur adaptative de la mutation.
Ceci amène des questions nouvelles en termes de bioéthique, et en termes de gestion du risque biotechnologique et de dissémination volontaire et involontaire.

Un nombre croissant d'animaux de laboratoire modifiés par « mutagenèse dirigée » apparaissent, par exemple dans le cadre l'utilisation du modèle murin[13], de même pour les plantes et microbes nouvellement créé ou modifiés, dont certains sont destinés à être commercialisés et utilisés à échelle industrielle.

Concernant les plantes, il existe en Europe un catalogue commun des variétés des espèces de plantes agricoles (qui doit spécifier celles qui sont des OGM), ainsi qu'une base mondiale des variétés végétales obtenues par mutagénèse (gérée conjointement par la FAO et par l'AIEA). Cette base mondiale dénombre en 2016 plus 3 200 variétés obtenues de cette manière[14]. Par exemple, l'ensemble des variétés de tournesols riches en acide oléique (oméga-9) inscrites en France a été obtenu par cette méthode[15].

Dissémination de souches ou organismes issus de la mutagenèse dirigée[modifier | modifier le code]

Le droit européen[16],[17] et de la plupart des États encadrent la dissémination volontaire d'organismes génétiquement modifiés dans l’environnement. À ce titre, la législation européenne liste la mutagénèse parmi les techniques « qui ont été traditionnellement utilisées pour diverses applications et dont la sécurité est avérée depuis longtemps »[17].

Ainsi en France les plantes issues de mutagénèse ne sont actuellement pas soumises à la réglementation sur les OGM en raison de l'article D531-2 du Code de l'Environnement. C'est notamment le cas d'organismes créés par « mutagénèse dirigée par oligonucléotide (ODM), ou la mutagénèse par nucléase dirigée (SDN1), qui utilise différents types de protéines (nucléase à doigt de zinc, TALEN, CRISPR-Cas9, etc.) »[réf. nécessaire], ils sont donc exemptés des mesures de précaution, d’évaluation des incidences environnementales et de traçabilité prévus par la directive.

En France, cette exclusion est contestée par des scientifiques, des associations environnementales et des syndicats agricoles[18]. Dans l'Union européenne, seule la République tchèque considère, à ce jour, qu'elles sont des OGM [19], puis qui, faute de réponse, ont demandé au Premier ministre d'abroger cet article et ont saisi le Conseil d'État à ce sujet. Ce dernier estime que « le litige qui lui est soumis pose plusieurs questions sérieuses d’interprétation du droit européen ». Il a donc posé quatre questions à la Cour de justice de l'Union européenne[20] :

  1. Les organismes produits par mutagenèse dirigée constituent-ils des OGMs selon la directive, et doivent ils être soumis aux règles posées par la directive du 12 mars 2001[20] ?
  2. Doivent-ils être inscrits comme « variétés génétiquement modifiées » dans le catalogue commun des espèces de plantes agricoles[20] ?
  3. « Si la directive du 12 mars 2001 exclut de son champ d’application les organismes obtenus par mutagénèse, cela signifie-t-il que les Etats membres ont l’interdiction de soumettre ces organismes obtenus par mutagénèse à tout ou partie des obligations prévues par la directive ou à tout autre obligation ou disposent-ils, au contraire, d’une marge d’appréciation pour définir le régime susceptible d’être appliqué aux organismes obtenus par mutagénèse ? »
  4. Si la directive du 12 mars 2001 exempte les organismes obtenus par mutagénèse des mesures de précaution, d’évaluation des incidences et de traçabilité, sa validité au regard du principe de précaution (garanti par l’article 191-2 du traité sur le fonctionnement de l'Union européenne) peut-elle être remise en cause ?
    Et, faut-il tenir compte, à cet égard, de l’évolution des procédés de génie génétique, de l’apparition de variétés de plantes obtenues grâce à ces techniques et des incertitudes scientifiques actuelles sur leurs incidences et sur les risques potentiels en résultant pour l’environnement et la santé humaine et animale ? (santé environnementale)[20]

Dans l'attente d'une réponse, le Conseil d’État a sursis à statuer. Lorsque la Cour de justice de l'Union européenne fera connaître sa décision, il se prononcera sur la légalité de l’article contesté (D. 531-2) du code de l'environnement[20],[21],[22].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. La commission générale de terminologie et de néologie française retient l’orthographe mutagénèse de préférence à celle mutagenèse, France terme : mutagénèse dirigée et au CNRTL.
  2. TPE mutagénèse dirigée
  3. T.A.Brown, "Génomes", Flammarion Médecine-Sciences, 2004
  4. Denis Tagu et Christian Moussard, Principes des techniques de biologie moléculaire, vol. 1, Paris:Institut national de la recherche agronomique, 176 p. (ISBN 978-2-7380-1067-4, lire en ligne).
  5. Commercialisation de plantes mutées <http://www.infogm.org/5646-Canada-deux-plantes-modifiees-par-mutagenese-dirigee-autorisees-commercialement au Canada>
  6. Green MHL, Muriel WJ and Bridges BA (1976). Use of simplified fluctuation test to detect low levels of mutagens. Mutat. Res. 38, 33-42
  7. (en) Errol C Friedberg, Graham C Walker, Wolfram Siede, Richard D. Wood, Roger A. Schultz et Tom Ellenberger, DNA repair and mutagenesis, vol. 1, Washington, D.C. : ASM Press, , 1118 p. (ISBN 978-1555813192, lire en ligne).
  8. Griffiths (2010) "Introduction à l'analyse génétique", 5e édition, De Boeck
  9. R.H.Garrett, "Biochimie", De Boeck Université, 2000
  10. D. Voet, "Biochimie - 2e édition", de boeck, 2004
  11. Génétique moléculaire des plantes, Frank Samouelian, Valérie Gaudin, Martine Boccara, Éditions Quae, 2009, (ISBN 2-7592-0977-6 et 978-2-7592-0977-4)
  12. Meunier, M., & Park, S. (2016). Modèles murins de syndromes myélodysplasiques par xénogreffe. Innovations & Thérapeutiques en Oncologie, 2(1), 49-52.
  13. Index de la Mutant variety database, juillet 2016
  14. P. Mollier, Historique des biotechnologies à l’Inra et ailleurs, site de l'INRA, le 21 avril 2016
  15. Directive 2002/53/CE du Conseil de l'union européenne concernant le catalogue commun des variétés des espèces de plantes agricoles, du 13 juin 2002, consulté le 7 mars 2017
  16. a et b Directive 2001/18/CE du Parlement européen et du Conseil relative à la dissémination volontaire d'organismes génétiquement modifiés dans l'environnement, le 12 mars 2001, consulté le 7 mars 2017
  17. Un OGM peut en cacher un autre (Journal de l'environnement)
  18. UE - Cibus cherche parcelles pour mutagénèse dirigée, Inf'OGM, avril 2015
  19. a, b, c, d et e Environnement magazine (2016) http://www.environnement-magazine.fr/article/48234-ogm-le-conseil-d-etat-demande-l-interpretation-de-la-cour-de-justice-de-l-union-europeenne/ OGM : le Conseil d’État demande l'interprétation de la Cour de justice de l’Union européenne], publié le 04/10/2016
  20. Communiqué du Conseil d'État du 3 octobre 2016.
  21. Décision du Conseil d'État, CE, Confédération paysanne et autres, 3 octobre 2016 N° 388649.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Hachiya N (1987) Evaluation of chemical genotoxicity by a series of short-term tests ; Akita J. Med. 14, 269-292