Les organismes transgéniques en production industrielle

Les organismes transgéniques
en
production industrielle
Le génie génétique permet d'introduire dans une cellule un gène qu'elle ne possède pas.
Le fonctionnement de ce gène se traduit habituellement par son expression, c'est-à-dire
par la synthèse de la protéine qu'il code. Le génie génétique permet également la
suppression ou la modification de l'expression d'un gène déjà présent dans le génome*
de la cellule hôte. Le génie génétique peut s'appliquer aux végétaux, aux animaux, aux
micro-organismes...
Une plante transgénique est une plante dont le génome a été modifié par l'introduction d'un
gène qui peut provenir d'une autre plante, d'une bactérie ou de tout autre organisme. Ce gène
peut coder une nouvelle protéine, par exemple un composé toxique pour les insectes
ravageurs, une enzyme* qui intervient dans la maturation des fruits, une substance qui bloque
la multiplication d'un virus...
Un OGM est un organisme (plante, animal) dans les chromosomes duquel on a inséré un gène
d'une autre espèce lui conférant une caractéristique inédite : par exemple, la capacité pour une plante
de sécréter un poison qui tue son parasite habituel.
Le génie génétique, apparu en 1973, est à l'origine des OGM grâce à ses techniques qui permettent
de modifier directement le patrimoine génétique d'une espèce. Cette pratique s'insère dans une
certaine continuité puisque depuis les débuts de l'agriculture, l'homme s'efforce d'améliorer les
performances des plantes et des animaux en procédant à des croisements et à des sélections. La
découverte des lois de la génétique à la fin du XIXè siècle a permis de mieux guider les pratiques
empiriques. Mais avec le génie génétique un pas considérable a été effectué puisque désormais on
peut modifier les propriétés de certaines espèces très rapidement en manipulant directement leur
génome au niveau moléculaire.
A quoi servent les OGM ?
Les applications du génie génétique sont nombreuses et intéressent aussi bien le secteur agricole que
le secteur pharmaceutique. Le génie génétique permet, par exemple, d'envisager la création de
plantes résistantes à certains herbicides, autorisant ainsi une utilisation plus réduite et plus efficace
des produits phytosanitaires. Il peut également être utilisé pour créer des plantes résistantes à
certaines maladies ou à certains insectes ravageurs, comme la pyrale qui est responsable chaque
année de 5 à 30% de pertes dans les récoltes de maïs. Il offre aussi la possibilité d'améliorer certains
paramètres agricoles (fertilité, robustesse, productivité…), d'accroître la résistance des plantes en
milieu extrême (salinité, sécheresse, inondation…), d'améliorer la valeur nutritive ou les
caractéristiques gustatives des aliments, d'allonger leur conservation. Enfin, le génie génétique
pourrait offrir à l'industrie des plantes capables de synthétiser des plastiques ou des carburants, et à
la recherche pharmaceutique, des plantes capables de produire des protéines animales ou humaines
utilisées comme médicaments.
Les produits dérivés des OGM, n'ayant aucune capacité de reproduction, ne sont pas des OGM,
même s'ils peuvent éventuellement contenir le gène introduit ou la protéine codée par ce gène.
Par exemple, des plants de colza transgénique résistant à un champignon pathogène sont des OGM,
leurs graines aussi. En revanche, l'huile de colza destinée à l'alimentation humaine, ou le tourteau de
colza destiné à l'alimentation animale, ne sont pas des OGM, mais des produits dérivés d'un OGM.
Compte tenu des procédés de fabrication et de purification, il est probable que la plupart des huiles
raffinées que nous consommons ne contiennnent pas de protéines ou d'ADN. Le tourteau, obtenu à
partir des résidus de fabrication de l'huile, contient des protéines et de l'ADN. Il peut donc contenir le
gène de résistance au champignon pathogène et la protéine codée par ce gène.
OGM : des aliments à risque ?
Face à un dossier technologique aussi complexe que celui des organismes génétiquement modifiés
(OGM), il est difficile au consommateur de se faire une opinion. Doit-il ou non redouter ces nouveaux
aliments ? Les risques invoqués par les opposants aux OGM sont écologiques et sanitaires. Le risque
écologique le plus souvent invoqué est "le flux de gènes", c'est-à-dire le transfert du gène ajouté à
l'OGM (appelé transgène) à d'autres plantes d'espèces voisines. Toute variété végétale, qu'elle soit
transgénique ou non, échange en effet du pollen, et donc des gènes, avec des variétés interfertiles.
L'important est donc d'apprécier les conséquences d'un tel échange. C'est pourquoi, en France, la
seule plante transgénique autorisée à être cultivée est le maïs car elle ne possède aucune cousine en
Europe à qui elle pourrait transmettre son nouveau gène. En revanche, la culture de colza
transgénique résistant à un herbicide est interdite car cette caractéristique pourrait être transmise à de
mauvaises herbes cousines, au risque de rendre l'herbicide inefficace ! Le développement massif de
la commercialisation d'OGM risque également d'avoir des répercussions sur la biodiversité : les OGM
ne risquent-ils pas de se développer aux dépends de variétés plus rustiques, propres aux pays en
développement ? L'exemple du riz le fait penser. Sur les 140 000 variétés existantes, les firmes
agrochimiques imposent la culture intensive des cinq variétés qu'elles essaient de modifier
génétiquement. Celles-ci couvrent déjà, dans certains pays d'Asie, 60 à 70% des terres semées en
riz.
Côté sanitaire, la présence, dans la plupart des OGM, d'un gène de résistance à un antibiotique a
longtemps été dénoncée. Si un transfert de ce gène vers des bactéries pathogènes de l'homme
pouvait avoir lieu, notre arsenal antibiotique s'en trouverait réduit. Or, un tel transfert est
théoriquement possible. Les OGM qui sont mis au point aujourd'hui ne contiennent plus ce gène de
résistance et c'est désormais un atout commercial ! Cependant, la première génération d'OGM est
encore présente sur le marché pour de nombreuses années. Relativisant le risque sanitaire lié aux
OGM, certains experts rappellent l'utilisation abusive des antibiotiques dans l'élevage intensif,
notamment celui des volailles.
développement ? L'exemple du riz le fait penser. Sur les 140 000 variétés existantes, les firmes
agrochimiques imposent la culture intensive des cinq variétés qu'elles essaient de modifier
génétiquement. Celles-ci couvrent déjà, dans certains pays d'Asie, 60 à 70% des terres semées en
riz.
Côté sanitaire, la présence, dans la plupart des OGM, d'un gène de résistance à un antibiotique a
longtemps été dénoncée. Si un transfert de ce gène vers des bactéries pathogènes de l'homme
pouvait avoir lieu, notre arsenal antibiotique s'en trouverait réduit. Or, un tel transfert est
théoriquement possible. Les OGM qui sont mis au point aujourd'hui ne contiennent plus ce gène de
résistance et c'est désormais un atout commercial ! Cependant, la première génération d'OGM est
encore présente sur le marché pour de nombreuses années. Relativisant le risque sanitaire lié aux
OGM, certains experts rappellent l'utilisation abusive des antibiotiques dans l'élevage intensif,
notamment celui des volailles.
Comment obtient-on une plante transgénique ?
1. Repérage d'un caractère intéressant dans un autre organisme vivant (plante, champignon,
bactérie...) et identification de la protéine responsable de ce caractère, par exemple un
composé toxique pour un insecte ravageur.
2. Identification et isolement du gène codant cette protéine.
3. Réalisation d'une "construction génique" qui contient le gène d'intérêt et des séquences
d'ADN (promoteur, terminateur) indispensables à son fonctionnement dans le génome d'une
cellule végétale. Ces séquences sont impliquées dans la régulation de l'expression du gène.
Elles permettent de cibler le lieu d'expression du gène dans la plante (graines, racines,
feuilles...), voire de faire en sorte qu'il ne s'exprime qu'au moment nécessaire, lors de l'attaque
d'un insecte ou de l'infection par un virus par exemple. Cette construction contient
éventuellement un gène marqueur de repérage des plantes transgéniques (par exemple un gène
de résistance à un antibiotique). Cette construction génique est ensuite insérée dans un
plasmide bactérien (mini-boucle d'ADN) pour être multipliée.
4. Introduction de la construction génique dans le génome de la cellule végétale par deux
méthodes principales :
- transfert biologique : au moyen d'un vecteur, la bactérie du sol Agrobacterium tumefaciens,
qui transfère naturellement une partie de son ADN (auquel on a donc ajouté la construction
génique à intégrer) dans le génome des plantes.
- transfert mécanique : les constructions géniques, portées par des microbilles de tungstène,
sont projetées dans la cellule végétale.
5. Sélection des cellules exprimant le gène ajouté.
6. Régénération de plantes entières à partir de ces cellules. Ces plantes sont testées en serre
puis en champ afin de vérifier la conformité de leur développement, la stabilité de l'expression
du gène ajouté, sa transmission à la descendance.
Applications agroalimentaires
Pour les plantes transgéniques, le problème se pose différemment selon que l'on consomme
des produits frais (légumes, fruits...), transformés (concentré de tomate par exemple), ou des
produits dérivés (farine, sucre, huile...).
Dans le premier cas, le gène introduit et sa protéine sont présents dans l'aliment et sont soumis
à la dégradation digestive. C'est ce qui se passe tous les jours lorsque nous consommons des
aliments traditionnels. Dans le cas des produits transformés ou dérivés, le procédé de
fabrication peut ou non entraîner une perte de fonctionnement de l'ADN et une dénaturation
des protéines, voire leur quasi-élimination (huile, sucre).
Ceci ne permet pas d'exclure tous les problèmes que peuvent poser ces nouveaux aliments. Le
gène introduit pourrait par exemple coder une protéine nouvelle potentiellement allergisante.
Il faut savoir reconnaître ce risque allergène. Les caractéristiques de la protéine (forme,
composition en acides aminés, digestibilité, sensibilité à la chaleur...) peuvent aider à la
détection de ce risque par comparaison avec toutes les données déjà disponibles sur les
protéines allergènes naturelles connues : celles du lait, de l'oeuf, des crustacés, de l'arachide,
de la noix du Brésil... Des plantes connues pour être allergènes ne devront pas être utilisées
comme source de gènes.
Un autre problème peut se poser si le gène introduit perturbe certaines fonctions de la plante,
entraînant par exemple la production d'une nouvelle substance toxique ou la production en
plus grande quantité de toxines naturelles déjà présentes (solanine de la pomme de terre,
psoralène du céleri, tomatine de la tomate). Ce problème de toxicité peut également apparaître
dans le cas où le gène introduit code une protéine qui rend la plante résistante à un herbicide :
la dégradation de l'herbicide pourrait générer des composés toxiques (le même problème peut
d'ailleurs se poser dans le cas d'une variété obtenue par croisements classiques ou dans le cas
d'une résistance naturelle à un herbicide). Ici, l'analyse de la composition des plantes
transgéniques et des aliments qui en sont issus, associée à des tests toxicologiques, permet
d'évaluer ce risque. Enfin, une perturbation du fonctionnement de la plante peut aussi
entraîner une modification du contenu nutritionnel de l'aliment. Là encore, l'analyse de
l'aliment s'impose. L'INRA développe des recherches sur ces différents aspects.
Enfin récemment, l'INRA a adapté une technique qui permet de détecter la présence de
matériel végétal génétiquement modifié dans des graines et des produits transformés, dans la
mesure où ces produits peuvent encore contenir de l'ADN fonctionnel. Sa première
application a porté sur du maïs et du "corn gluten feed" (sous produit de l'amidonnerie du
maïs, riche en protéines et utilisé en alimentation animale) obtenus à partir d'un mélange de
maïs transgénique résistant à la pyrale et de maïs classique.
Bactéries et levures
Des bactéries génétiquement modifiées sont déjà autorisées en France et utilisées pour
produire industriellement des enzymes à usage alimentaire (Bacillus subtilis pour produire de
l'alpha acétolactate décarboxylase, utilisée pour la fabrication de la bière et des alcools ...).
Comme dans le cas des médicaments, la substance produite est extraite et purifiée. Ainsi
l'OGM n'est pas présent dans l'aliment.
Plantes
Les modifications des plantes qui concernent directement les industries agroalimentaires, le
secteur de la distribution et les consommateurs, visent à améliorer les propriétés
nutritionnelles, organoleptiques (sensorielles) ou technologiques des aliments. Différents
projets visent :
•
•
la conservation prolongée des fruits ;
la modification des plantes pour les propriétés nutritionnelles :
- du riz transgénique pour les enfants d'Asie (La Recherche n°324, octobre 1999 p.22) ;
- des betteraves à sucre édulcorées (La Recherche n°314, novembre 1998).
Animaux
La transgenèse est notamment utilisée pour l'amélioration gustative des aliments (le goût des
viandes dépend de la composition en lipides) et la production d'aliments enrichis en
vitamines, antioxydants, lipides à effets anticholestérol ... : les alicaments.
Applications pharmaceutiques
Bactéries(ex : Escherichia coli)
Depuis une vingtaine d'années, des bactéries sont modifiées pour synthétiser certaines
molécules utiles, que l'industrie pharmaceutique ne sait pas produire. Ce procédé est utilisé
pour fabriquer, en grande quantité et à faible coût, des protéines que l'on devait auparavant
extraire de tissus humains ou animaux (avec tous les risques de transmission d'agents
pathogènes que comportait cette pratique).
La quasi totalité de l'insuline humaine est désormais produite par des bactéries
recombinantes, au lieu de l'extraire des pancréas de porc. Cette protéine a une composition
strictement identique à l'insuline humaine et elle est plus purifiée que celle provenant des
pancréas de porc.
L'hormone de croissance provient également en quasi totalité de bactéries recombinantes.
Ceci évite de collecter des hypophyses humaines mais permet surtout de ne plus prendre le
risque de transmettre la maladie de Creutzfeld-Jacob par le prion contaminant
Levures(ex : Saccharomyces cerevisae)
L'utilisation des bactéries présente toutefois des limites : leur métabolisme ne permet pas
certaines transformations des protéines qui interviennent après la synthèse et sont nécessaires
à leur passage sous une forme biologiquement active. D'où le recours aux levures,
champignons unicellulaires plus proches sur le plan métabolique des organismes
pluricellulaires.
Cellules d'organismes supérieurs (ex : cellules d'ovaire de hamster chinois)
Les protéines d'intérêt pharmaceutique sont souvent glycolysées, parfois gamma-carboxylées,
clivées et réassociées pour former des molécules comprenant plusieurs sous-unités. De ce fait,
elles possédent une structure trop complexe pour être produite à l'état biologiquement actif
par des bactéries, des levures ou sont trop difficiles à extraire.
D'où des recherches engagées ayant recourt à des lignées de cellules d'organismes supérieurs.
C'est l'exemple de cellules d'ovaire de hamster chinois cultivées dans des fermenteurs pour
produire de l'érythropoïétine (EPO) qui ne peut être obtenue par extraction, car trop rare, et
qui doit être glycolysée pour être active.
Des protéines recombinantes peuvent être également préparées à partir de :
- divers fluides biologiques d'animaux transgéniques : le lait, le blanc d'oeuf, l'urine, le sang,
le plasma séminal, la glande séricigène du ver à soie ;
- des plantes transgéniques.
Actuellement, le meilleur système est le lait. Des protéines variées ont été produites dans le
lait, dont certaines présentent un intérêt pharmaceutique : des facteurs sanguins, des
hormones, des facteurs de croissance, des antigènes vaccinants, des anticorps monoclonaux.
Les principaux obstacles sont situés au niveau de la production qui est trop peu fiable, et de
certaines protéines recombinantes (FSH et LH) inactives in vivo, actives in vitro.
Les risques chimiques alimentaires
Nos aliments peuvent être contaminés accidentellement par des composés chimiques toxiques,
produits notamment par les activités agricoles et industrielles : pesticides, métaux lourds (cadmium,
plomb), dioxines…La plupart des intoxications chimiques répertoriées résultent d'intoxications aiguës.
On manque encore de recul pour apprécier les effets à long terme de certains produits (comme les
pesticides).
Les dioxines
Le mot "dioxine" a été "popularisé" en 1999 lors de "l'affaire des poulets belges" : des poulets avaient
été contaminés à la dioxine à des taux 1 500 fois supérieurs à la norme autorisée. De l'huile de
vidange avait été introduite dans les graisses servant à l'alimentation des poulets… mais aussi
d'autres animaux comme les porcs ou les bœufs. Résultat : le 2 juin 1999, la Commission européenne
bloquait en Belgique plus de 400 élevages de poulets, 500 élevages de porcs et 150 de bovins dans
l'attente d'analyses complémentaires...
Par le terme "dioxines", on désigne une famille de composés aromatiques très solubles dans les
graisses et peu solubles dans l'eau. Sous-produits de certains composés chlorés (dont les PCB ou
polychlorobiphényles), elles se forment également lors de tout processus de combustion, de l'incendie
de forêts à l'incinération des déchets.
Selon l'OMS (Organisation mondiale de la santé), l'exposition humaine aux dioxines est presque
exclusivement alimentaire (90%) . Elles se retrouvent ensuite dans les tissus adipeux, le foie, les
muscles et les reins. L'analyse de cohortes humaines exposées accidentellement (ou
professionnellement) aux dioxines a montré qu'elles étaient responsables d'une maladie de peau
chronique appelée chloracné (contre laquelle les anti-acnéiques locaux sont inefficaces). D'autres
effets ont été observés, dont l'augmentation de la fréquence de certains cancers, mais sans qu'il soit
possible de les attribuer clairement aux dioxines.
Afin de limiter les rejets de dioxines lors de l'incinération des ordures ménagères,, les normes
européennes en vigueur depuis 1991 ont été renforcées en 1997 par la fixation d'une valeur limite
d'émission de dioxines de 0,1 nanogramme/mètre cube pour les nouveaux incinérateurs de déchets
ménagers. D'autre part, considérant, précaution oblige, que les dioxines sont des produits toxiques,
l'OMS a fixé une limite aux doses admissibles d'ingestion de ces produits : 0.028 µg/kg/semaine·
Les " métaux lourds "
- Le mercure
La majorité de la contamination humaine provient de certains poissons (comme le thon) et autres
produits de la mer. Les Japonais, gros consommateurs de poissons, ont connu un épisode grave.
Entre 1932 et 1968, la baie de Minamata a été fortement polluée au mercure (près de 27 tonnes ont
été déversées par l'industriel Chisso Corp). Résultat : plusieurs milliers de personnes empoisonnées
et des dizaines de morts. L'intoxication aiguë au mercure se caractérise par des diarrhées et des
vomissements sanglants, associés à des troubles nerveux pouvant conduire à un coma irréversible ;
l'intoxication chronique se manifeste par des troubles de la vision et une mauvaise coordination des
mouvements. Selon l'OMS, la dose tolérable en mercure est de 5µg/kg/semaine.
- Le cadmium
Engrais phosphatés, boues d'épandage, pollution industrielle sont responsables de la présence de
cadmium dans les sols. 95% de la contamination humaine est d'origine alimentaire : eau, denrées
végétales (fruits, légumes, céréales), mollusques et crustacés sont les principaux fournisseurs de
cadmium. Ce métal s'accumule dans nos reins et notre foie tout au long de la vie. Sa toxicité se
manifeste par des atteintes rénales graves. La dose tolérable de 7µg/kg/semaine est difficilement "
dépassable "… sauf peut-être pour les gros fumeurs (la cigarette contenant du cadmium).
- Le plomb
Les voies de contamination de l'homme par le plomb sont multiples : canalisations d'eau, carburants,
pour ne citer que les vecteurs majeurs de contamination. La dose hebdomadaire tolérable édictée par
l'OMS est de 25µg/kg/semaine. Son ingestion provoque une maladie appelée saturnisme, présente
notamment à Paris, chez les jeunes enfants habitant des appartements anciens et souvent insalubres,
dont la peinture contient du plomb : ils s'intoxiquent en portant à la bouche les écailles qu'ils grattent
ou qui se détachent des murs. Parmi les effets toxiques du plomb : coliques, nausées, anémie,
difficultés motrices, troubles nerveux… Comme le cadmium, ce métal est stable dans notre
organisme.
D'autres risques chimiques
- Les pesticides
Utilisés en agriculture contre les insectes ravageurs et les mauvaises herbes, fongicides, insecticides,
herbicides sont souvent des produits persistants et toxiques (irritations des yeux, de la peau, effets
neurotoxiques, cancérigènes…). Des molécules comme le DDT sont désormais interdites quoique
encore utilisées en Afrique du fait de leur faible coût. Depuis quelques années, des molécules plus
efficaces à faibles doses sont recherchées pour ne pas contaminer les cultures (et donc la chaîne
alimentaire).
- Les HAP
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques se retrouvent dans le pétrole. Cancérigènes, ils
apparaissent dans les produits de combustion des graisses. Charcuterie, saumon fumé, viande cuite
au barbecue sont concernées. Il n'y a pas de dose limite édictée pour les HAP. Il suffit de ne pas
abuser de ces aliments.