CORRIGE_ADN_BIOTECHNOLOGIE_RESUME

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CBSV
CORRIGE ADN OBJET BIOTECHNOLOGIE
1) Gène
Un gène est une section définie de l’ADN. L’homme possède entre 25'000 et 40'000 gènes. (constituants A, T, C, G).
On peut dire qu’un gène est un plan de construction pour une protéine.
Chromosome 10: le stress
Il convient parfois de prendre la fuite face à un élément déclencheur de stress. Cette réaction a permis la survie de
l'être humain. Le corps est mis en état d'alerte par l'hormone du stress connu sous le nom de cortisol: elle mobilise
l'énergie permettant de maîtriser la situation de stress..
Le cortisol est produit par la glande surrénale. Pour que cela se produise, il faut qu'une série de gènes soit activés
par des signaux émis par le cerveau. Le cortisol déploie ses multiples effets grâce à sa capacité d'activer
indirectement de nombreux autres gènes, dont certains mènent à l'affaiblissement de la défense immunitaire.
Divers gènes impliqués dans cette réaction complexe de stress sont situés sur le chromosome 10.
Chromosome 7: le modérateur d’appétit
Même si nous aimons vraiment manger des spaghettis, à un moment ou un autre, on se sent rassasié et on n’a plus
envie de continuer à manger. Un gène, parmi d'autres, est responsable de notre sensation de satiété.
C'est ainsi grâce à l'hormone nommée leptine que nous pouvons maintenir notre poids sans y prêter d’attention
particulière.
Le gène de la leptine est situé sur le chromosome 7. La leptine est produite par le tissu adipeux et véhiculée par le
sang. La leptine donne comme signal au cerveau d’arrêter l'ingestion d'aliments et d'augmenter la dépense
d'énergie.
2) Génie génétique :
C’est l’ensemble des procédés pour isoler, lire, copier, transformer, réordonner des gènes ou pour transférer un
gène d’un être vivant à un autre. Il est par exemple possible de transférer un gène humain sur une bactérie. Grâce à
ce nouveau gène (transgène), la bactérie produit alors la protéine humaine correspondante.
Génie génétique blanc pour désigner les applications en production industrielle et protection de l’environnement.
Génie génétique rouge pour désigner les applications en médecine.
Génie génétique vert pour désigner les applications en sélection végétale et agriculture.
3) Les outils du génie génétique :
Les outils les plus importants que le généticien utilise en laboratoire sont :
 les enzymes : ce sont des protéines qui rendent les réactions chimiques possibles et les accélèrent. Elles
sont extraites de micro-organismes.
 Les véhicules génétiques : ce sont des micro-organismes qui peuvent transférer de l’ADN d’une cellule à
l’autre.
Enzymes
Les enzymes de restriction reconnaissent au niveau de l’ADN une suite spécifique de lettres et coupent l’ADN à cet
endroit.
Les ADN polymérases sont des enzymes qui copient l’ADN.
Les ligases sont des enzymes qui collent des bouts d’ADN ensemble.
 Véhicules génétiques
 Bactéries : Beaucoup de bactéries possèdent de petits anneaux d’ADN (plasmides). Les généticiens les utilisent pour
transférer des gènes en y introduisant simplement des gènes additionnels. Lors du transfert des anneaux d’ADN
entre bactéries ou des bactéries à d’autres cellules, les gènes ‘étrangers sont tout simplement apportés avec les
anneaux.
 Virus : les virus ont la propriété de faire entrer leur filament génétique dans des bactéries, des cellules végétales,
animales ou humaines, selon la nature du virus. Il ajoute des gènes au filament génétique du virus. Ces gènes sont
ensuite transportés par le filament génétique dans la cellule.
4) Bactéries et virus
Contrairement aux hommes, aux animaux et aux plantes, les bactéries se composent d’une seule cellule. Elles n’ont
pas de noyau cellulaire et possède uniquement un filament génétique (chromosome). Celui-ci se ferme comme un
anneau et forme une pelote qui nage librement à l’intérieur de la cellule. En effet, les bactéries n’ont pas de noyau
cellulaire.
 L’anneau d’ADN : En plus du filament génétique, beaucoup de bactéries ont de petits anneaux d’ADN qui
s’appellent plasmides. Les plasmides portent un gène protecteur. Grâce à ce gène, la bactérie produit une
protéine qui la protège de poisons antibactériens.
 Fabriques de protéines : Tout comme les cellules humaines, animales et végétales, les bactéries possèdent
des usines à protéines, les ribosomes.
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

Pili : La surface de certaines bactéries est dotée d’un grand nombre de poils longs et fins, les pilis. Grâce aux
pilis, elles peuvent s’accrocher à différentes surfaces.
Les bactéries se multiplient en doublant leur filament génétique et en se divisant ensuite en deux. Chez la plupart
des bactéries, cela se passe très vite. Par exemple, la bactérie qui se nomme E. Coli se divise toutes les vingt minutes.
Les virus ne peuvent pas se multiplier de manière indépendante. Ils ont toujours besoin d’une cellule vivante. Selon
le type de virus, il peut s’agir d’une bactérie, d’une cellule végétale ou d’une cellule animale ou humaine. Comme les
virus n’arrivent pas à se répliquer tout seul, ils ne font pas partie des êtres vivants.
Les virus sont encore dix fois plus petits que les bactéries, donc cent fois plus petits qu’une cellule humaine. Il existe
beaucoup de virus différents aux formes variées. Mais en principe, ils possèdent tous une structure semblable :
 Filament génétique : les virus possèdent, eux aussi, un filament génétique. Selon le virus, celui-ci se
compose d’ADN ou d’ARN. Les virus n’ont toutefois que peu de gènes, pas suffisamment pour pouvoir se
multiplier seuls.
 Capside : Le filament génétique du virus est entouré d’une enveloppe protéique (Capside).
 Fibres caudales : A l’aide de ses 'petite pieds’ le virus peut s’accrocher à la surface d’ une bactérie. Ceci est
possible grâce aux récepteurs sur la membrane cellulaire de la bactérie. Ces récepteurs sont
complémentaires aux fibres caudales comme une serrure à sa clé.
Le virus injecte son filament génétique dans la cellule. Le virus s’accroche d’abord à la surface de la cellule, enfonce
une sorte d’aiguille et injecte son filament génétique.
5) Transgénèse : méthode par laquelle un Gène est introduit dans un organisme. Les organismes
transgéniques sont des organismes génétiquement modifiés.
6) Universalité de l’ADN dans le monde vivant. L’ADN est codé identiquement chez tous les êtres vivants et
les gènes codent pour des protéines.
7) Isoler l'ADN de la cellule
Pour pouvoir travailler avec l’ADN, il faut d’abord l’obtenir. Pour cela, le généticien peut prélever un peu de
sang au niveau d’un doigt. Il en extrait les globules blancs mais non les rouges etant donné que ceux-ci
n’ont pas de noyau cellulaire et donc pas d’ADN.
Couper l'ADN en morceaux
Les généticiens s’intéressent souvent à un gène particulier. C’est pourquoi ils n’ont la plupart du temps que
besoin d’un petit bout d’ADN. Dans le but d’isoler un bout d’ADN spécifique, ils ajoutent des ciseaux
(enzymes de restriction) qui coupent l’ADN en morceaux. Ces ciseaux reconnaissent une suite spécifique de
lettres sur l’ADN et coupent à cet endroit.
Ainsi sont formés des bouts d’ADN de longueurs différentes. Il y a beaucoup de différents ciseaux à ADN.
Tous reconnaissent des séquences spécifiques sur l’ADN et coupe à cet endroit. Ils sont isolés de microorganismes et produits commercialement. Leur nom est issu du micro-organisme dont ils sont extraits. Ils
s’appellent p.ex. EcoRI parce qu’ils ont été isolés de la bactérie du nom d’Escherichia coliRY 13.
Trier les bouts d’ADN d’après leur longueur (électrophorèse sur gel)
Afin de pouvoir continuer à travailler avec le bout d’ADN sur lequel se trouve le gène d’intérêt, le généticien
doit l’isoler. Ce bout d’ADN a une longueur déterminée et doit être séparé des autres bouts d’ADN auxquels
le généticien n’est pas intéressé. Cette séparation se base sur la longueur des bouts d’ADN et se fait par
électrophorèse sur gel.
Pour cela, il injecte les bouts d’ADN dans un gel qui est une sorte de gelée. Ce gel se trouve dans un
récipient rempli de liquide. Le récipient est branché à une source de courant qui circule du pôle négatif au
pôle positif. Comme les bouts d’ADN sont chargés négativement, ils se déplacent à travers le gel vers le pôle
positif.
Les bouts d’ADN de différentes longueurs se déplacent à une vitesse différente selon leur longueur : plus ils
sont courts, plus ils se déplacent rapidement. Ceci s’explique par le fait que le gel est composé tel un filet
de pêche. Les court bouts d’ADN passent plus facilement que les longs à travers les trous du filet et se
déplacent ainsi plus rapidement.
Ensuite, le généticien plonge le gel dans un colorant qui se lie à l’ADN et le rend lumineux sous une lampe
UV. Sur le gel, on peut alors voir des bandes lumineuses. Chaque bande se compose de nombreux bouts
d’ADN de même longueur. Le généticien peut alors isoler du gel la bande où se trouve le bout d’ADN avec
lequel il veut continuer de travailler.
Recombiner des bouts d’ADN (Recombinaison d’ADN)
Le plasmide d’une bactérie se compose, tout comme les gènes humains, d’ADN. C’est un anneau d’ADN. On
peut introduire un gène humain dans un plasmide. On parle alors de recombinaison d’ADN.
Les généticiens s’intéressent souvent à un gène spécifique. Afin de pouvoir l’étudier ou travailler avec ce
dernier, ce gène est introduit dans des bactéries.
Tout d’abord, le généticien doit préparer l’ADN de la manière suivante:
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Le gène qui doit être introduit dans le plasmide bactérien doit d’abord être isolé à partir d’une cellule,
humaine par exemple.
Le plasmide doit être extrait de bactéries.
Tous deux doivent être coupés de manière à ce que le morceau d’ADN contenant le gène d’intérêt puisse
être introduit dans le plasmide bactérien. Pour cela, le généticien ajoute des ciseaux à ADN appelés
enzymes de restriction:
Ces ciseaux coupent l’ADN humain à plusieurs endroits. Il en résulte de nombreux bouts d’ADN. Le
généticien isole le morceau d’ADN portant le gène d’intérêt à l’aide de l’électrophorèse sur gel (voir
chapitre à ce sujet).
Le plasmide, lui est coupé seulement à un endroit. L’anneau d’ADN est alors ouvert.
L’ADN humain ainsi que le plasmide doivent être coupés avec les mêmes ciseaux de manière à ce que leurs
extrémités se complémentent. A l’aide de colle à ADN, les ligases, les extrémités sont liées ensemble.
Il en résulte un anneau d’ADN recombinant : un plasmide bactérien contenant un gène humain.
Réintroduire l’anneau d’ADN dans la bactérie (Transformation)
Afin de pouvoir continuer à travailler avec le gène maintenant intégré dans le plasmide bactérien, ce
dernier doit être réintroduit dans une bactérie.
Le généticien place bactéries et plasmides dans un tube contenant une solution nutritive.
Les bactéries n’absorbent les plasmides que quand elles sont traitées avec de la chaleur, c’est pourquoi on
plonge le tube pour un instant dans l’eau chaude (56°C). En raison de la chaleur, les bactéries subissent un
choc : de petits trous se forment au niveau de leur paroi cellulaire à travers desquels le plasmide peut alors
être absorbé. Au moment où l’on retire le tube de l’eau chaude, les trous se referment et le plasmide reste
enfermé à l’intérieur de la bactérie.
Sélection
En réalité, seule une bactérie sur 100'000 absorbe le plasmide. Comment peut-on reconnaître les bactéries
portant le plasmide de celles ne le portant pas?
Le plasmide contient un gène protecteur : grâce à ce gène, la bactérie produit une protéine lui permettant
de se protéger d’un poison anit-bactérien (antibiotique). Le poison anti-bactérien est déposé sur une
plaque en plastique recouverte de substances nutritives sous forme d’un gel. Les bactéries sont alors
versées sur cette plaque. Après quelques heures passées à 37°C, seules les bactéries possédant le plasmide
contenant le gène protecteur sont capables de se multiplier. Sur la plaque, il ne reste donc que les bactéries
qui portent un plasmide recombinant, les autres étant mortes.
Extraire des protéines humaines
Le généticien ramasse un tas de bactéries qu’il place dans une solution nutritive pour plusieurs heures dans
une couveuse. Les bactéries se multiplient. Etant donné quelles possèdent toutes le plasmide recombinant
contenant le gène humain, elles produisent la protéine correspondante. Cette dernière peut être isolée des
bactéries et être utilisée, par exemple, en guise de médicament.
Réaction en chaîne de la polymérase
La réaction en chaîne de la polymérase est une méthode grâce à laquelle il est possible de copier un bout
déterminé d’ADN (p.ex. un gène déterminé) sur un filament génétique composé de centaines de milliers de
lettres et d’en produire, en peu de temps, des milliers de copies.
Les généticiens copient des bouts d’ADN afin d’avoir assez de matériel sur lequel travailler. Par exemple,
afin d’examiner s’il y a des fautes d’orthographe au niveau d’un gène qui cause une maladie.
Pour cela, le généticien doit savoir avec quelles lettres le gène commence et avec quelles lettres il finit.
Pour la réaction en chaîne de la polymérase on a besoin de:
Primers (amorces): courts bouts d’ADN simple brin identiques au début et à la fin du gène qui doit être
copié.
ADN polymérase : enzyme pouvant copier l’ADN.
Un grand nombre des quatre éléments constitutifs A, C, G et T.
Un appareil dont la température peut se régler automatiquement.
Le généticien mélange les primers, l’ADN polymérase et les éléments constitutifs A, C, G et T dans un tube
et le place dans l’appareil.
Le cycle de réplication
94°C : Les deux brins de l’ADN double brin se séparent. Cela produit deux bouts d’ADN simple brin (=
dénaturation).
60°C : Les primers correspondants se fixent au début et à la fin de chaque ADN simple brin, au niveau du
gène d’intérêt (= appariement).
72°C: Le duplicateur d’ADN (ADN polymérase) commence son travail. Il commence au niveau des primers et
ajoute les éléments constitutifs l’un après l’autre (= élongation).
Il se forme alors deux double brins d’ADN qui sont identiques. On peut répéter plusieurs fois ce cycle de
réplication en trois étapes. D’un gène, on obtient ainsi 2, 4, 8 etc… copies. Comme un cycle dure moins de
trois minutes, on peut produire en une heure plus d’un million de copies d’un gène.
Lire l'ADN, séquençage de l'ADN
Si le généticien veut épeler un gène, il doit d’abord le copier. Au début il progresse de la même manière que
lors de la réplication d’ADN, dont le fonctionnement t’as été expliqué au chapitre précédent.
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Pour le séquençage de l’ADN on a besoin de:
Copies du gène à épeler.
Primers, de courts bouts d’ADN simple brin identiques au début du gène d’intérêt. Ils sont marqués à l’aide
d’une certaine substance.
o Un duplicateur d’ADN, l’ADN polymérase.
o Un grand nombre des quatre composants de l’ADN : A, C, G et T.
Le généticien répartit tout cela dans quatre tube étiquetés A, C, G et T. Il ajoute alors dans chaque tube les
éléments constitutifs de l’ADN et les « stoppeurs » : dans le premier tube les composants A-STOP, dans le
deuxième les C-STOP, dans le troisième les G-STOP et dans le quatrième les T-STOP.
Lorsque l’ADN polymérase ajoute un composant STOP, la réplication est aussitôt bloquée.
Des bouts d’ADN de longueurs différentes sont produits
Comme lors d’un processus de réplication normal (réplication en chaîne de la polymérase), les quatre tubes
sont déposés dans un appareil dont il est possible de régler la température automatiquement.
o A 94°C, les deux brins d’ADN se séparent.
o A 60°C, les primers correspondants se fixent à l’ADN.
o A 72°C, l’ADN polymérase ajoute les éléments constitutifs de l’ADN les uns après les autres.
A la différence d’un processus de réplication normal, il arrive que de temps à autre un composant STOP soit
introduit dans la copie d’ADN. Chaque fois que cela se produit, la réplication s’interrompt. De cette façon se
trouvent dans le tube A des bouts d’ADN de longueurs différentes mais qui se terminent tous par un
composant A-STOP. Le même principe est valable pour les trois autres tubes.
Trier les bouts d’ADN d’après leur longueur
Les bouts d’ADN sont triés d’après leur longueur par électrophorèse sur gel (chapitre : couper l’ADN en
morceaux). Le contenu du tube A est chargé sur la première bande du gel, celui du tube C sur la deuxième
bande, celui du tube G sur la troisième bande et celui du tube T sur la dernière bande.
Une fois l’électrophorèse terminée, le généticien peut produire une sorte de film radiographique grâce aux
primers marqués. Au niveau de la bande du tube A, se trouvent des bouts d’ADN de longueurs différentes
qui se terminent tous par A. Le même principe est valable pour les 3 autres bandes.
Le généticien peut alors lire le gel. Pour cela, il doit commencer par le bas. Si le plus petit bout d’ADN
provient de la bande du tube C, il note un C. Si le deuxième plus court bout d’ADN provient de la bande du
tube G, il note ensuite un G et ainsi de suite jusqu’à ce que toutes les lettres du gène d’intérêt aient été
lues.
L'empreinte génétique
Un cambriolage a eu lieu, on a volé le trésor! Le cambrioleur portant certainement des gants, on ne
trouvera trouvera aucune empreinte digitale. Mais là ! Un cheveu! Génial, on va ainsi pouvoir relever
« l’empreinte génétique » du malfaiteur.
Au niveau de la racine, se trouvent quelques cellules de la peau du crâne du malfaiteur. Elles contiennent
son ADN. Le généticien isole tout d’abord l’ADN de ces cellules puis, grâce à la méthode de la réplication en
chaîne de la polymérase, copie certaines parties d’ADN qui sont uniques à chaque individu. Il les trie ensuite
par électrophorèse sur gel.
Entre-temps trois suspects ont été arrêtés. On analyse leur « empreinte génétique » que l’on peut alors
comparer à celle du malfaiteur afin de déterminer son identité.
8) Mutation : modification de BA d’un gène spontanée et rare intervenant dans l’ADN. Différent de
transgénèse qui est un transfert d’un gène d’un organisme dans un autre mais qui nécessite une
manipulation humaine.
Le patrimoine héréditaire de tous les êtres vivants – donc celui des plantes aussi – subit régulièrement des
modifications naturelles (mutations). En raison de ces mutations, les plantes acquièrent de nouvelles
propriétés, ou en perdent, au fil du temps. Depuis la nuit des temps, l’homme utilise ces mutations
naturelles et cultive de nouvelles espèces en sélectionnant des plantes avec les propriétés souhaitées, en
les multipliant et en les croisant avec d’autres plantes.
La mutation naturelle du génome est un processus extrêmement lent. Afin de l’accélérer, les semences sont
parfois traitées par rayons X ou par produits chimiques. Cela permet d’augmenter la fréquence des
mutations et, par conséquent, la probabilité que les plantes acquièrent de nouvelles propriétés utiles.
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9) OGM :
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Le maïs résistant aux insectes: la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) produit une protéine toxique qui a un
effet mortel sur les larves de certains insectes. Quand les larves mangent la bactérie, le produit toxique
provoque l’apparition de trous dans l’intestin des larves – elles meurent alors de faim. Les généticiens sont
parvenus à transférer le gène Bt sur des plantes et à leur assurer ainsi une protection contre des larves
d’insectes. Ainsi, les plants de maïs sont, p.ex., protégés contre la pyrale du maïs. Les esprits critiques
pensent que cette toxine pourrait également avoir des effets néfastes sur d’autres animaux, inoffensifs
pour les plantes. Le maïs BT est cultivé à grande échelle sur le continent américain et africain. En Europe,
c’est notamment en Espagne qu’il existe de vastes cultures.
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Selon un principe similaire à celui pour le maïs BT, présenté ici, des pommes de terre résistantes aux
champignons ou des betteraves résistantes au virus ont été développées selon des méthodes génétiques et
sont cultivées aux Etats-Unis notamment.
La résistance aux herbicides
Dans les champs, les mauvaises herbes se battent avec les plantes de culture pour l’espace, la lumière, l’eau
et les substances nutritives. Mais dans cette lutte, les plantes de culture sont la plupart du temps perdantes
et elles sont envahies par les mauvaises herbes. C’est pourquoi le paysan utilise des herbicides (=
désherbants) qui tuent les mauvaises herbes. Cette méthode permet aux paysans de combattre
efficacement les mauvaises herbes, sans devoir les arracher à la main, ce qui est très pénible. Mais les
herbicides ont un effet sur toutes les plantes, c’est-à-dire aussi sur les plantes de culture. Celles-ci peuvent
alors être modifiées génétiquement, afin qu’elles deviennent résistantes aux herbicides. Cela permet de
baisser la charge de travail et d’augmenter en même temps la productivité des récoltes.
Exemple:
Le soja et la résistance aux herbicides: A l’aide du génie génétique, on a transféré un gène de bactérie sur
des plantes de soja et on leur a ainsi conféré une protection contre un herbicide biologiquement
dégradable. A l’opposé des mauvaises herbes détruites par l’herbicide, ce soja transgénique s’en tire sans
dommage et peut prospérer. Contrairement à la culture du soja traditionnel, où il faut 3 à 5 herbicides
différents pour lutter contre les mauvaises herbes, le paysan n’a plus besoin que de ce seul herbicide pour
la culture du soja transgénique. Ce type de soja transgénique est cultivé à grande échelle en Amérique du
Nord et du Sud.
Résistance au mauvais temps
Les conditions défavorables du climat et du sol, comme le froid, le manque de pluie, l’air très humide, une
terre pauvre ou fortement saline, peuvent rendre les cultures difficiles, voire impossibles. Les généticiens
essaient d’obtenir des plantes qui résistent à de telles conditions défavorables. A notre époque, qui subit un
changement climatique global, ce type de plantes serait utile pour permettre aux personnes de se nourrir,
même si les conditions climatiques sont peu favorables.
Exemple :
Maïs tolérant à la sécheresse: des généticiens ont réussi à cultiver une sorte de maïs qui supporte les
périodes de sécheresse. Pour ce faire, ils ont transmis à la plante un gène qui l’aide à maintenir les
fonctions vitales de ses cellules durant les situations de stress, comme le manque d’eau, par exemple. Des
essais en plein champ ont montré que cette nouvelle sorte de maïs ne révèle aucune baisse de production,
même en cas de sécheresse et sans alimentation en eau supplémentaire. A partir de 2012, la culture
commerciale de ce maïs tolérant à la sécheresse est autorisée aux Etats-Unis.
Elimination des propriétés indésirables
Tu as vu comment on pouvait attribuer à une plante une nouvelle propriété désirée. On te démontre
maintenant le contraire: il est en effet possible de désactiver les propriétés indésirables d’une plante, p.ex.
la production d’une toxine. Pour cela, le gène correspondant est éliminé ou désactivé.
Exemple:
Riz sans allergènes: le riz contient une protéine qui provoque chez certaines personnes une allergie. Les
généticiens ont réussi à désactiver le gène du riz correspondant. Par conséquent, la protéine qui déclenche
l’allergie n’est plus produite – et le riz convient parfaitement aux personnes allergiques. Ce riz est testé
dans le cadre de premiers essais en plein champ. Cette méthode pourrait également être appliquée aux
noix, pommes, soja, céléri et aux carottes. Tous ces aliments contiennent des protéines qui provoquent des
allergies chez de nombreuses personnes. Mais toutes ces plantes génétiquement modifiées n’en sont qu’à
la phase de développement.
Augmentation de la valeur nutritive
Les populations des pays en voie de développement ne disposent principalement que de légumineuses, de
riz, de maïs ou d’une autre sorte de céréales comme nourriture. Une telle nourriture ne peut pas couvrir
tous les besoins nutritifs vitaux, ce qui conduit à de graves maladies causées par des carences. C’est
pourquoi les généticiens essaient d’augmenter la valeur nutritive des principales plantes de culture.
Exemple:
Du maïs avec plus d’acides aminés essentiels: Les acides aminés sont les éléments constitutifs des
protéines. Il y en a vingt différents. L’homme ne peut produire par lui-même que dix des vingt acides
aminés. Il tire les dix autres de sa nourriture. C’est pourquoi on les qualifie d’essentiels. Contrairement à
l’homme, les plantes supérieures produisent par elles-mêmes la totalité des vingt acides aminés.
Malheureusement, la teneur en certains acides aminés essentiels est très faible dans les plantes nutritives
principales. Ainsi le maïs ne contient que peu de lysine et de méthionine. On essaie alors grâce au génie
génétique, d’en augmenter la teneur dans le maïs. Ce maïs transgénique est déjà cultivé dans certaines
régions du globe, mais il ne peut être importé en Europe, ni comme aliment, ni comme fourrage pour les
animaux.
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Du riz à la provitamine A
Le riz est la plante nutritive la plus importante au monde. C’est la nourriture de base de plus de deux milliards de
personnes dans les pays en voie de développement. Tu vas maintenant apprendre pourquoi et comment les
généticiens ont cultivé du riz produisant dans ses grains de la provitamine A.
250 000 enfants aveugles par année
Seule l’enveloppe du riz contient de la provitamine A que l’organisme transforme en vitamine A. C’est pourquoi les
personnes qui se nourrissent presque exclusivement de riz souffrent d’un manque aigu en vitamine A. Cela peut
entraîner la cécité. Le manque de vitamine A augmente également les cas de maladies infantiles, comme la
rougeole, les diarrhées et les maladies respiratoires. Environ 124 millions d’enfants dans le monde souffrent d’un
manque en vitamine A et, rien qu’en Asie du sud-ouest, 250 000 enfants deviennent aveugles chaque année.
A l’aide de plantes de riz produisant de la provitamine A dans leurs grains, 1 à 2 millions d’enfants dans le monde
pourraient être sauvés de la mort par année.
Dans ce cas, pourquoi les gens ne mangent-ils pas tout simplement du riz non décortiqué pour résoudre ce
problème? Ce n’est hélas pas aussi simple. L’enveloppe du riz contient une large part d’huiles grasses. Lorsque le riz
non décortiqué est entreposé dans des climats tropicaux, il devient vite rance et impropre à la consommation. Voilà
pourquoi le riz est décortiqué, ce qui engendre la perte en précieuse vitamine A.
Les grains de riz doivent produire de la provitamine A
Des chercheurs de l`Ecole Polythechnique Fédérale de Zurich et de l’Université de Fribourg (en Brisgau) ont collaboré
pour cultiver – avec l’aide du génie génétique – des plants de riz qui produisent de la provitamine A, non seulement
dans leur enveloppe, mais également dans le grain. Les méthodes de culture traditionnelles ne permettent pas
d’atteindre cet objectif.
Les chercheurs se sont dit, qu’avec trois enzymes (protéines) supplémentaires, le riz pouvait éventuellement
produire de la provitamine A dans ses grains. Il s’agissait donc de transmettre au riz ces trois gènes provenant
d’autres espèces vivantes.
Trois gènes pour le «riz doré»
Deux des trois gènes proviennent de la fleur de narcisse, le troisième d’une bactérie. Les généticiens de l’EPFL
Zurich ont alors introduit ces gènes dans les cellules du riz. Le fonctionnement de ce procédé est décrit dans le
chapitre «Introduire des gènes dans des bactéries». Les cellules de riz transgénique, qui ont absorbé les trois gènes
et les ont intégrés de manière stable dans leur ADN, ont été traitées avec des hormones végétales pour qu’elles
puissent se développer finalement en plantes de riz.
Ces plantes de riz produisent de la provitamine A dans leurs grains. Elle donne aux grains une couleur jaune. C’est
pourquoi on parle aussi de «riz doré».
La recherche se poursuit
Les chercheurs ont ensuite réussi à augmenter encore la teneur en provitamine A des grains de riz. En collaboration
avec des collègues des Philippines, les chercheurs de l’EPFL Zurich tentent encore de transférer la capacité de
produire de la vitamine A sur plusieurs sortes de riz qui se sont adaptées aux conditions climatiques et aux sols des
pays en voie de développement. Une grande partie des moyens financiers nécessaires à ces recherches est versée
par la Fondation Bill-Gates, une des fondations humanitaires les plus importantes du monde. Parallèlement, des
études sont en cours sur la tolérance et l’impact du riz transgénique sur l’homme et l’environnement. Mais les
efforts de l’industrie pour poursuivre le développement du «riz doré» et pour le commercialiser ont été stoppés par
la forte vague de contestations contre le génie génétique vert
10)
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11) La souris comme modèle d’étude de protéines humaines
Etant donné qu’à l’intérieur des tissus et des organes, certaines cellules travaillent en étroite collaboration et
s’influencent mutuellement, la fonction précise de nombreuses protéines ne peuvent être étudiées que dans des
organismes multicellulaires
Parmi les animaux les plus couramment modifiés génétiquement, on trouve la mouche à vinaigre (drosophile), le
poisson-zèbre et la souris. L’être humain et la souris étant tous deux des mammifères, on retrouve chez l’humain,
sous une forme semblable, 99% des gènes de la souris. Voilà pourquoi la souris constitue un modèle approprié
pour l’étude des protéines jouant un rôle important dans l’organisme humain.
La souris comme modèle de maladies
Mais les souris ayant subi des manipulations génétiques ne sont pas seulement utiles à l’analyse des fonctions
protéiques. Elles servent également comme modèles de maladies, tel le cancer. Ainsi on peut introduire dans une
souris un gène cancérigène (oncogène) dont l’expression de la protéine correspondante entraînera la formation de
tumeurs.
Les chercheurs étudient le développement des tumeurs ou l’action de certains médicaments à l’aide de ces
souris. Si l’animal guérit, cela signifie que le médicament est efficace. Les modèles animaux existent aussi pour
d’autres maladies.
Comment modifie-t-on une souris sur le plan génétique?
Au moyen d’une aiguille, on injecte l’ADN portant le gène d’intérêt dans un ovule de souris fécondé. Dans
certains cas, l’ADN injecté s’insère dans l’ADN de la souris. Les cellules ainsi modifiées se divisent et un embryon
pluricellulaire se forme. Si l’ADN injecté s’est intégré dans le génome de la souris, toutes les cellules de l’embryon
contiennent le gène additionnel. Plusieurs embryons sont alors introduits dans l’utérus d’une souris. Trois semaines
plus tard, les souriceaux naissent. Une partie d’entre eux sont porteurs du gène additionnel.
Les souris ‘knock-in’ et ‘knock-out’
Pour en savoir plus sur la fonction d’une protéine, il est parfois nécessaire « d’éteindre » un gène dans une
souris ou de le remplacer par une copie modifiée. On parle alors de souris knock-out (éteindre) et knock-in
(remplacer), respectivement.
12) 1981 - Première modification génétique d’un animal (souris)
En 1981, les Américains Richard Palmiter et Ralph Brinster inventent une méthode de micro-injection qui permet
de modifier le matériel génétique d’un animal: les œufs fécondés de l’animal sont placés sur une lamelle de verre.
On injecte ensuite sous le microscope plusieurs copies du gène étranger dans l’œuf, à l’aide d’une seringue en verre
ultrafine. Les œufs sont transférés dans l’utérus d’une mère porteuse qui portera les embryons jusqu’à leur
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naissance. Dans 10 à 20% des cas, le gène étranger est intégré avec succès et de manière stable dans l’ADN des
œufs. Les jeunes animaux qui en proviennent portent le gène étranger dans toutes les cellules du corps, donc
également dans leurs cellules de reproduction. Ainsi les caractéristiques nouvellement acquises sont transmises aux
générations suivantes. Palmiter et Brinster ont transféré de cette manière le gène d’une hormone de croissance d’un
rat sur des souris. Ces souris génétiquement modifiées (transgéniques) ont grandi très rapidement et ont atteint
presque deux fois la taille de leurs congénères normaux.
1982 - Autorisation du premier médicament issu du génie génétique (insuline humaine)
En 1982, l’Office de la Santé publique américain, le FDA, autorise le premier médicament produit à partir des
méthodes du génie génétique: l’insuline humaine. L’insuline est une hormone produite par des cellules spécifiques
du pancréas d’un être humain en bonne santé. Elle veille à ce que le sang ne contienne pas trop de sucre. Certaines
personnes ne produisent pas assez d’insuline et ont un taux de sucre trop élevé dans le sang. Cette maladie s’appelle
le diabète. Les personnes qui en sont gravement atteintes doivent s’injecter quotidiennement de l’insuline pour
pouvoir vivre en bonne santé. Autrefois, l’insuline était extraite directement du pancréas du bœuf ou du porc.
Depuis les années 80, on la produit en majorité à l’aide du génie génétique. L’entreprise biotechnique américaine
«Genentech» a été la première à réussir sa production: en transférant le gène de l’insuline humaine sur la bactérie
Escherichia coli.
1985 - Autorisation du premier vaccin conçu génétiquement (immunisation contre les virus de l’hépatite B)
La surface des agents pathogènes contient des protéines contre lesquelles le système immunitaire de la
personne infectée forme des anticorps. Il est possible de transférer les gènes correspondants sur des bactéries ou
des cellules supérieures par génie génétique en sorte qu’ils produisent des protéines de surface. On peut ensuite
utiliser ces dernières comme vaccin: le système immunitaire de la personne vaccinée forme des anticorps contre
ces parties inoffensives de l’agent pathogène que sont les protéines de surface. Si ensuite la personne vaccinée est
infectée par l’agent pathogène, son système immunitaire sera armé au mieux et empêchera l’apparition de la
maladie. Le premier vaccin génétiquement conçu qu’on a autorisé immunise contre les virus de l’hépatite B et ainsi
contre la jaunisse, qui peut dans des cas graves conduire à une cirrhose ou à un cancer du foie.
1998 - Première réussite d’une thérapie génique (contre la gangrène humide)
L’équipe de chercheurs dirigée par Jeff Isner à Boston réussit en 1998 la première thérapie génique. Plusieurs
patients qui souffrent d’une terrible gangrène (décomposition tissulaire provenant d’une mauvaise irrigation
sanguine) ont pu éviter l’amputation de leurs pieds grâce au transfert d’un gène qui stimule la croissance des
vaisseaux sanguins.
2002 - Des porcs donneurs d’organes
Depuis toujours, les porcs nous fournissent en viande. Désormais, la xénotransplantation prévoit d’en faire des
donneurs d’organe. En 2002, le génie génétique permet de modifier plusieurs protéines porcines, ce qui réduit le
danger de rejet par l’organisme d’un organe greffé.
2006 - Premier capteur biologique pour détecter l’arsenic
L’arsenic est toxique. Un détecteur simple, muni de bactéries génétiquement modifiées, renseigne sur la
contamination de l’eau destinée à la consommation par l’arsenic. Le puits commun contient souvent une eau de
meilleure qualité, c’est pourquoi ce capteur biologique est très précieux pour les pays en développement.
2007 - Souris transgéniques récompensées (souris knock out)
En octobre 2007 Martin Evans, Mario Capecchi et Oliver Smithies se sont vu attribuer le Prix Nobel de médecine.
Martin Evans avait découvert comment isoler des cellules souches embryonnaires de souris. Ses deux collègues
avaient découvert comment cibler (en anglais knock out) un gène dans les cellules souches de manière à ce que la
protéine correspondante ne soit plus produite. Evans eut l’idée d’injecter des cellules souches génétiquement
modifiées dans de jeunes embryons de souris. Lorsque ces souris eurent atteint l’âge adulte, une partie de leurs
tissus était constituée de cellules modifiées génétiquement, parfois même les ovules et les spermatozoïdes. Lorsque
ces animaux se reproduisaient, chaque cellule des petits se révélait génétiquement modifiée. Si ces souris knock-out
étaient soudain atteintes du cancer, les chercheurs pouvaient en conclure que le gène rendu silencieux avait pour
mission d’empêcher le développement d’un cancer.
2010 - Production de bactéries au génome artificiel.
9
En Mai 2010, un chercheur américain du nom de Craig Venter a impressionné le monde entier en produisant le
premier être vivant au génome complètement artificiel. Ce chercheur et son équipe ont reconstitué en laboratoire la
totalité du génome d’une bactérie de l’intestin appelée Mycoplasma mycoides, ceci en recopiant le génome de cette
bactérie lettre après lettre. Le génome artificiel a ensuite été transféré dans une cellule bactérienne receveuse. Afin
que ce génome soit marqué comme artificiel, les chercheurs y ont également codé leurs noms et une adresse
internet. La personne qui arrive à déchiffrer le code peut leur envoyer un email.
2012 – Découverte de la fonction des parties non codantes du génome : il s’agit d’éléments régulateurs et non
de déchets d’ADN.
Suite au séquençage complet du génome humain achevé en 2001, la fonction de plus de 90 % des séquences
n’avait pas encore pu être clarifiée. Les chercheurs avaient alors pu découvrir qu’environ 3 % des séquences
correspondent à des gènes fonctionnels, c’est-à-dire à des gènes porteurs de plans de construction de protéines. Le
reste de l’ADN a été qualifié en langage courant par la science d’ADN-« Junk » (ADN-poubelle). Un consortium
international composé de plus de 440 scientifiques provenant de 32 laboratoires répartis à travers le monde s’est
alors lancé dans la résolution de l’énigme de l’ADN-« Junk ». Ce projet a reçu pour nom ENCODE (The Encyclopedia
of DNA Elements). En septembre 2012, les membres de l’équipe de ENCODE ont publié leurs premiers résultats : 80
% des régions de l’ADN jusqu’à présent inconnues possèdent une fonction biochimique. Une importante partie de
cet ADN joue un rôle déterminant dans la régulation de l’activité des gènes. Ceci contribue à expliquer comment il
est possible qu’une cellule hépatique ou une cellule nerveuse puisse se développer à partir d’une même cellule
précurseur. La différence entre les deux types cellulaires n’est pas contenue dans l’information génétique elle-même
mais dans la régulation de celle-ci. Cette régulation repose sur la présence de séquences régulatrices propres aux
facteurs de transcription ainsi que sur la génération de diverses copies d’ARN. Les mécanismes de régulation
déterminent si, quand et en quelle quantité, une protéine est produite. Les connaissances acquises par le biais du
projet ENCODE expliquent pourquoi des mutations qui apparaissent dans des régions du génome jusqu’à présent
considérées comme non fonctionnelles sont cependant associées à diverses maladies.
13) Le génie génétique en médecine
Une médecine sans génie génétique est aujourd’hui pratiquement inconcevable. Cette discipline est devenue
importante dans tous les domaines de la médecine: au niveau de la prévention, du diagnostic ainsi qu’au niveau
thérapeutique. Au cours de ce chapitre, tu en apprendras plus sur:
o
Les médicaments produits par génie génétique. Il existe des médicaments qui sont composés de
protéines fabriquées à l’aide du génie génétique. Pour cela, le gène spécifique humain est introduit dans un anneau
d’ADN (plasmide). Ensuite on transfère ce plasmide dans des bactéries. Grâce au gène humain, celles-ci produisent la
protéine humaine correspondante qui est alors isolée des bactéries, purifiée et finalement utilisée comme médicament.
En 1982, les Etats-Unis ont officiellement accepté le premier médicament produit par génie génétique, il s’agit de
l'insuline humaine utilisée pour le traitement du diabète. Entre-temps beaucoup d'autres médicaments issus du génie
génétique sont apparus, comme par exemple des médicaments pour le traitement de l'anémie, de l'hémophilie A, de
maladies pulmonaires et neurodégénératives, de perturbations de croissance, de la polyarthrose (inflammation des
articulations) et de bien d'autres maux..
Un
médicament dans le lait animal, une vision futuriste
En Ecosse, les chercheurs ont
réussi à élever une brebis génétiquement modifiée qui produit dans son lait des quantités relativement grandes d’une
certaine protéine humaine qui peut être utilisée pour le traitement d’une affection grave au niveau des poumons. Cette
brebis ne se distingue de ses congénères que par le fait que son lait contienne la protéine thérapeutique. Le lait est
alors récolté et la protéine thérapeutique isolée des autres composantes du lait. 2000 de ces brebis transgéniques
seraient suffisantes pour couvrir le besoin mondial en ce médicament. On appelle cette manière de fabriquer un
médicament ‘gene pharming’.
des médicaments
produits à l’aide de plantes Ces plantes génétiquement modifiées existent déjà dans les laboratoires des généticiens:
elles produisent des protéines humaines qu’on pourra peut-être employer un jour comme médicaments. En transférant
deux gènes humains sur des plants de tabac, les chercheurs ont réussi à leur faire produire une protéine nommée
hémoglobine. Il existe également des espèces de maïs ou de soja génétiquement modifiées qui produisent dans leurs
graines des protéines sanguines ou des anticorps utiles à la médecine.
o
Le génie génétique et les vaccins.
Tu as été infecté par un virus et tu es maintenant au lit souffrant d’un refroidissement. Dans de telles situations, c’est
au tour du système immunitaire de jouer. Celui-ci se compose d’une variété de globules blancs qui sont répartis par le
biais du sang dans le corps entier. Le système immunitaire identifie les virus comme ‚corps étrangers’ et produit des
anticorps qui s’accrochent alors à certaines protéines (antigènes) présentes à la surface des virus.
Les virus alors identifiés et figés par les anticorps sont mangés par des globules blancs spécialisés, les macrophages (=
grandes cellules mangeuses).
10
Vaccins
Le but d’un vaccin est de se protéger contre les agents pathogènes. Il existe deux sortes de vaccins :
o
Vaccination active: on administre au patient des agents pathogènes qui ont été affaiblis ou tués. Ceux-ci ne
provoque pas de maladie mais, cependant, le système immunitaire produit les anticorps correspondants à
ces agents pathogènes.
o
Vaccination passive: on administre directement au patient les anticorps contre l’agent pathogène.
Ceci est valable pour les deux sortes de vaccins : grâce aux vaccins, le système immunitaire est préparé à l'avance
dans le cas d’une infection par l’agent pathogène vivant. Ainsi le développement de la maladie est empêché.
Le génie génétique permet de produire des vaccins
Depuis 1983, des vaccins sont également produits dans des bactéries ou des cellules supérieures génétiquement
modifiées. Il existe, à la surface des agents pathogènes, des protéines contre lesquelles le système immunitaire de la
personne infectée forme des anticorps. Grâce au génie génétique, il est possible d’introduire les gènes
correspondants à ces protéines dans des bactéries ou des cellules supérieures, qui vont alors produire ces protéines
de surface. Elles sont utilisables comme vaccins. Le vaccin contre le virus de l’hépatite B (jaunisse), par exemple, a
été fabriqué de cette manière.
o
L’identification d’agents pathogènes grâce au génie génétique.
Identifier les agents pathogènes
Au moyen du génie génétique, on peut aujourd’hui diagnostiquer beaucoup d’agents pathogènes d’une manière
plus rapide et plus fiable que par le passé. Le génie génétique permet d’identifier l’agent pathogène à l’aide de son
ADN. Chaque agent pathogène possède – tout comme les plantes, les animaux et les êtres humains – des
caractéristiques héréditaires qui lui sont propres. Si on trouve de l’ADN présentant une telle caractéristique connue
dans le sang ou la salive d’un patient, l’agent pathogène est alors démasqué.
Les méthodes de diagnostic traditionnelles exigent que l’agent pathogène soit multiplié en laboratoire avant de
pouvoir l’identifier. De tels procédés de culture sont parfois très coûteux en temps. Les procédés du génie
génétique, qui permettent de déceler des bouts d’ADN caractéristiques de l’agent pathogène (méthode PCR),
délivrent un résultat en quelques heures.
Une autre méthode traditionnelle de diagnostic consiste à déceler l’agent pathogène par le biais des anticorps
présents dans le sang du patient. Cette méthode peut parfois conduire à des résultats erronés. Si, par exemple, une
personne est infectée par le virus du SIDA, il peut s’écouler des semaines avant que les anticorps apparaissent dans
le sang du patient. Pendant ce temps, le test diagnostic est négatif alors que la personne est infectée.
Avec le génie génétique, c’est différent. Le test génétique, qui cherche à déceler non pas les anticorps produits en
réaction au virus du SIDA mais certains bouts d’ADN caractéristiques du virus, livre un résultat fiable quelques
heures seulement après l’infection.
o
Comment déceler des défauts génétiques
Reconnaître un défaut
génétique
Au chapitre « Bienvenue dans le monde des gènes », tu as vu
qu’une erreur dans un gène peut résulter en la production d’une protéine défectueuse. Ceci peut conduire au
développement de lourdes maladies. L’anémie falciforme et la fibrose kystique sont deux exemples de maladies
génétiques graves. Les personnes atteintes de fibrose kystique souffrent dès la naissance de sévères
dysfonctionnements respiratoires et digestifs. L’espérance de vie de ces personnes est diminuée de moitié.
Diagnostic prénatal
Les maladies génétiques telles que l’anémie falciforme peuvent être détectées ou exclues déjà avant la naissance à
l’aide d’un test génétique. Ceci est aujourd’hui possible pour environ 200 des 6000 maladies génétiques connues.
On recourt aux tests génétiques quand une maladie génétique est souvent présente dans les familles d’un couple.
Une ponction amniotique est une possibilité pour examiner un enfant avant la naissance. Au cours de cette
procédure, le médecin perce, à l’aide d’une aiguille, le ventre et la paroi utérine de la mère afin d’atteindre la cavité
amniotique d’où il prélève un peu de liquide. Dans ce liquide se trouvent des cellules de l’embryon.
L’ADN isolé des cellules de l’embryon est alors examiné pour ce défaut génétique spécifique. Dans le cas d’un
résultat montrant que l’embryon est porteur de la maladie, les parents ont aujourd’hui deux possibilités : accepter
11
l’enfant handicapé ou interrompre la grossesse. Il existe en effet encore très peu de maladies génétiques pour
lesquelles une thérapie est possible.
Diagnostic préimplantatoire
Il est, en théorie, aussi possible de diagnostiquer des maladies héréditaires avant la grossesse. Pour cela, les
embryons doivent être procréés en laboratoire, ce qui signifie que la fécondation de l’ovule a lieu à l’extérieur de la
muqueuse utérine. On parle alors de « fécondation in vitro ».
Lors d’une fécondation in vitro, plusieurs ovules sont prélevés à la future mère et mis en contact, dans une boîte de
culture cellulaire, avec des spermatozoïdes provenant du futur père. Afin de pouvoir prélever des ovules à la future
mère, celle-ci doit se soumettre à une forte thérapie hormonale. Cette thérapie peut être très lourde physiquement
et psychologiquement. Dans la boîte de culture cellulaire, les spermatozoïdes et les ovules fusionnent et les
embryons en résultant croissent pour quelques jours dans une solution nutritive.
Pendant ce temps, il est possible d’analyser les embryons. Pour ce faire, une cellule de l’embryon est prudemment
prélevée. L’embryon est en mesure de compenser cette perte. On peut alors soumettre la cellule isolée à un test
génétique afin de savoir si l’embryon est porteur ou non de la maladie génétique. Il est ainsi possible de sélectionner
les embryons sains et de les implanter dans la muqueuse utérine afin d’aboutir à une grossesse.
Etant donné que l’embryon est analysé avant sa nidation dans la muqueuse utérine, on parle de cette analyse en
terme de diagnostic préimplantatoire (DPI). Dues à diverses préoccupations éthiques, le DPI n’est à ce jour pas
encore autorisé en Suisse. Tu trouveras sur ce lien les réflexions éthiques jouant un rôle dans cette décision et sur
cet autre lien un travail de groupe pour la discussion en classe.
Reconnaître un défaut génétique après la naissance
On peut aussi procéder à des tests génétiques après la naissance de l’enfant. Ces examens sont utiles quand il existe
une possibilité d’agir contre la maladie.
Un exemple :
La phénylcétonurie (maladie du métabolisme) est causée par la présence d’un gène défectueux. Le corps d’un
nourrisson touché par la maladie ne peut pas décomposer l’acide aminé nommé phénylalanine. La phénylalanine
s’accumule alors dans le sang et conduit à des problèmes de développement tant corporel qu’intellectuel. Il est
possible d’éviter les conséquences de la maladie si le défaut génétique est découvert assez tôt. Pour cette raison,
dans la plupart des pays industrialisés, le taux de phénylalanine dans le sang est mesuré juste après la naissance de
l’enfant. Si les valeurs sont au-dessus de la norme, on procède à un test génétique. Si le test génétique confirme
que le nourrisson est porteur du défaut génétique, l’enfant devra être nourri suivant une diète précise. Les aliments
comprenant de la phénylalanine devront être évités afin que le nourrisson puisse se développer normalement.
Maladies génétiques qui ne se manifestent que plus tard dans la vie
Il existe aussi des maladies génétiques qui ne se manifestent que plus tard dans la vie, alors que le nouveau-né est
déjà porteur de ce défaut génétique. Des tests génétiques pour quelques-unes de ces maladies sont déjà à
disposition. Ceci signifie qu’il est possible de savoir qu’on est porteur d’une certaine maladie qui ne se manifestera
que plus tard dans la vie.
La maladie de Huntington en est un exemple. La chorée de Huntington est une affection héréditaire du système
nerveux qui est causée par un défaut génétique. Elle se déclare entre 35 et 45 ans et conduit à la mort en 15 à 20
ans. Malheureusement, il n’existe toujours pas de possibilité de traitement pouvant arrêter l’avancée de la maladie.
Un recours au test génétique nécessite alors une réflexion approfondie, car savoir qu’on est porteur d’un défaut
génétique et ne rien pouvoir faire contre cela, peut être extrêmement difficile à vivre.
o
Les cellules souches.
Celles souches
Tu as très certainement déjà entendu parler de cellules souches. Les médias en parlent régulièrement. Mais que
sont les cellules souches ? Il s’agit de cellules aux propriétés particulières : elles peuvent donner naissance à
différents types cellulaires. Il existe deux types de cellules souches : les cellules souches embryonnaires et les
cellules souches adultes.
Cellules souches adultes
Les cellules souches adultes ne peuvent donner naissance qu’à un nombre limité de types cellulaires. On les trouve
dans un grand nombre de tissus, comme par exemple la peau. Elles sont nécessaires au remplacement de tissus
abîmés. Quand tu t’écorches le genou, les cellules souches de la peau deviennent actives et forment alors de
12
nouvelles cellules de peau. Le réservoir de cellules souches se remplit à nouveau, ce qui te sera utile s’il t’arrive à
nouveau de tomber de ton skateboard…
Comme les cellules souches de la peau, qui ne peuvent donner naissance qu’à des cellules de peau, les cellules
souches du sang, se trouvant dans la moelle osseuse, ne peuvent donner naissance qu’à des cellules sanguines. Dans
tous les autres organes également, tels le foie ou les reins, les cellules âgées doivent être remplacées régulièrement
afin que ces organes puissent fonctionner correctement. Pour cette raison, ils contiennent également des cellules
souches qui leur sont spécifiques.
Cellules souches embryonnaires
Les cellules souches embryonnaires sont capables de donner naissance aux 200 différents types cellulaires
composant l’être humain. Les cellules nerveuses, les cellules musculaires, les cellules du foie et les cellules sanguines
en sont quelques exemples.
En Angleterre et dans un certain nombre d’autres pays, les couples ayant procédé à une fécondation in vitro ont la
possibilité de donner leurs embryons surnuméraires à la recherche. Dans ce cas-là, les embryons continuent de
croître quelques jours en dehors de l’utérus, dans un milieu de culture nutritif. Dès qu’ils sont constitués de 100 à
200 cellules, quelques cellules souches embryonnaires leur sont alors prélevées pour être cultivées en laboratoire.
Elles constitueront alors une lignée de cellules souches embryonnaires.
En Suisse, la production de lignées de cellules souches embryonnaires n’est en elle-même pas interdite par la loi.
Cependant, elle est exclue en pratique. Ceci est dû au fait qu’en Suisse, aucun embryon surnuméraire ne doit être
produit lors d’une procédure de fécondation in vitro. Il n’existe donc pas d’embryon auquel prélever des cellules
souches.
L’utilisation en recherche d’embryons âgés de quelques jours est un sujet éthiquement délicat et de ce fait les
cellules souches sont débattues. Tu trouveras des informations sur les arguments jouant un rôle important lors de
ces débats dans le chapitre consacré à l’éthique.
Remplacer les cellules souches embryonnaires
Motivés par les considérations éthiques découlant du sacrifice d’embryons pour la recherche, les scientifiques ont
cherché d’autres méthodes afin d’obtenir des cellules souches. Une percée à vue le jour en 2006 : des scientifiques
ont réussi à transformer des cellules isolées de la queue de souris en cellules étant capables, tout comme les cellules
souches embryonnaires, de donner naissance à tous les différents types de tissus. Ces cellules ont été nommées
cellules souches pluripotentes induites (cellules IPS). Elles ne possèdent cependant pas toutes les caractéristiques
propres aux cellules souches embryonnaires. La recherche n’est donc pas encore capable aujourd’hui de remplacer
les cellules souches isolées d’embryons par d’autres méthodes.
Les risques liés à la recherche utilisant des cellules souches
Comme pour chaque nouvelle technologie, les cellules souches sont également porteuses de risques. Les cellules
souches implantées dans des animaux de recherche ne se développent pas toujours comme prévu. Dans certains
cas, elles peuvent mener au développement d’un cancer. Ceci représente le plus grand défi dans le développement
d’une thérapie basée sur les cellules souches
o
Comment traiter une maladie grâce aux gènes : la thérapie génique.
La notion de thérapie génique exprime en elle-même son but : traiter une maladie avec des gènes. Dans le cas d’une
maladie provoquée par un défaut génétique, l’idée est la suivante : une version saine du gène responsable de la
maladie est introduite dans les cellules déficientes du corps où ce gène sain remplace la fonction du gène
défectueux. Ce qui a l’air simple en théorie ne l’est malheureusement pas en pratique. Mais ce traitement a déjà
fonctionné dans certains cas, également pour des maladies contractées.
14) Quand on extrait les protéines utiles en médecine à partir d’humains ou d’animaux, il existe toujours le risque
qu’on transmette, en même temps que la protéine thérapeutique, des maladies au patient. Ce risque n’existe pas
si l’on produit des protéines par génie génétique
.
Dans le passé, on isolait l’hormone de croissance utilisée pour le traitement du nanisme d’une certaine partie du
cerveau de personnes décédées, le plus souvent à un âge avancé. Parmi les enfants ainsi traités, quelques-uns ont
développé une maladie grave du cerveau, qui leur a été transmise par malchance en même temps que l’hormone.
De nos jours, les enfants atteints de nanisme sont traités à l’aide d’une hormone de croissance produite par des
bactéries génétiquement modifiées. Le risque d’attraper une maladie cérébrale à travers le médicament est ainsi
exclu.
Il est difficile d’extraire les protéines utiles en médecine du sang ou des tissus d’humains ou d’animaux. Il est par
contre possible de produire ces protéines quasiment en quantité illimitée en utilisant des cellules génétiquement
13
modifiées.
L’interféron alpha est un médicament utilisé
pour le traitement de la jaunisse, du SIDA ainsi que de certains cancers. Il faudrait environ 40’000 litres de sang
humain pour obtenir un gramme d’interféron alpha. De nos jours, l’interféron alpha est produit en quantité quasi
illimitée
dans
des
bactéries
génétiquement
modifiées.
Les protéines utiles en médecine qui proviennent d’animaux ne sont pas toujours identiques aux protéines
correspondantes produites par les humains. C’est pourquoi on produit les protéines utiles en médecine dans des
cellules mammifères dans lesquels le gène humain d’intérêt a été introduit. Les protéines produites sont ainsi
mieux
tolérées par le patient
.
Les
méthodes de diagnostic traditionnelles exigent que l’agent pathogène soit multiplié en laboratoire avant de pouvoir
l’identifier. De tels procédés de culture sont parfois très coûteux en temps. Les procédés du génie génétique, qui
permettent de déceler des bouts d’ADN caractéristiques de l’agent pathogène (méthode PCR), délivrent un résultat
en quelques heures.
15) La science s’intéresse aux cellules souches embryonnaires pour diverses raisons. D’un côté, il est possible par le
biais de ces cellules d’étudier comment se développent certains tissus et organes et quels gènes sont impliqués dans
ce développement. D’un autre côté, elles sont une source d’espoir dans le domaine médical. Un jour, il devrait être
possible de remplacer des cellules abimées ou perdues lors d’un accident par le biais de cellules de rechange
produites à partir de cellules souches.
Par exemple, lorsque la moelle osseuse est sectionnée au cours d’un accident et que la personne touchée se
retrouve alors paraplégique, de nouvelles cellules nerveuses produites à partir de cellules souches pourraient
rétablir les connections dans la moelle osseuse et rendre ainsi à la personne tétraplégique sa mobilité. Les premiers
succès de telles thérapies ont déjà été reportés lors d’expériences sur les souris.
16) buts thérapie génique : éviter leur transmission héréditaire.
Parvenir à toutes les soigner, résoudre les pbs de vecteur ;
17) Thérapie génique de la gangrène humide
Une équipe de chercheurs de Boston (USA) a pu sauver plusieurs patients d’une amputation de leur pied grâce à une
thérapie génique. Ces patients souffraient de troubles de la circulation au niveau des pieds. Un tissu qui n’est pas
assez irrigué meurt avec le temps (gangrène) et doit être amputé.
Les chercheurs ont injecté un gène qui stimule la croissance des vaisseaux sanguins directement dans les muscles
autour des zones du pied atteintes. Dans certaines cellules (une sur 1000), le gène s’est intégré dans l’ADN de façon
stable. Ces quelques cellules modifiées génétiquement ont alors été suffisantes à la formation locale de vaisseaux
sanguins et ainsi à une bonne irrigation des pieds.
Thérapie génique d’une maladie héréditaire
Les enfants qui souffrent de la maladie immunitaire grave SCID doivent mener leur vie sous une sorte de tente en
plastique qui les protège contre les agents pathogènes.
Le SCID est une maladie héréditaire, causée par un gène défectueux. Ce défaut génétique a pour conséquence que
certains globules blancs du sang, qui normalement servent à protéger le corps des agents pathogènes, ne
fonctionnent pas. Sans tente en plastique, les enfants se retrouveraient sans aucune défense face aux agents
pathogènes.
Dans la moelle osseuse se trouvent les cellules souches du sang. Ces cellules sont capables de produire toutes les
différentes sortes de cellules sanguines (globules rouges et blancs, plaquettes sanguines). Les chercheurs ont
réfléchi ainsi : si les enfants atteints du SCID avaient des cellules souches saines dans leur moelle osseuse, celles-ci
formeraient aussi des globules blancs sains et les enfants seraient guéris. Une thérapie génique a alors permis de
mettre en pratique leur hypothèse.
Les chercheurs ont d’abord eu besoin de la version saine du gène qui est défectueux chez les enfants atteints de
SCID. Pour cela, ils ont prélevé des cellules d’une personne saine et ont isolé le gène correspondant de l’ADN. Les
chercheurs ont introduit le gène-donneur sain dans un virus spécifique (rétrovirus).
Ensuite, on a prélevé de la moelle osseuse sur les enfants SCID et isolé les cellules souches. Les chercheurs ont alors
mélangé les virus porteurs du gène-donneur sain aux cellules souches des enfants SCID et ont attendu trois jours.
Pendant ce temps, quelques virus ont introduit le gène-donneur sain dans une partie des cellules souches
défectueuses.
Les chercheurs ont ensuite réinjecté les cellules souches dans le sang des enfants. Du sang, elles migrent vers la
moelle osseuse d’où ces cellules ‘guéries’ par thérapie génique produisent alors des cellules sanguines saines, dont
les globules blancs responsables de la lutte contre les agents pathogènes.
Dix mois seulement après la thérapie génique, les enfants traités présentaient un système immunitaire aussi
fonctionnel que les enfants sains. Ils ont pu quitter leur tente en plastique et mènent aujourd’hui une vie tout à fait
normale.
18) constitue un traitement de pointe :
14

stimuler la réaction immunitaire contre la tumeur. Elle consiste à introduire dans les cellules tumorales mai
aussi dans les cellules du système immunitaire, le gène de diverses cytokines comme les Interleukines ou
l'interféron.
 inactiver les oncogènes ou au contraire à rétablir la fonction de gènes suppresseurs de tumeur. Plusieurs
travaux visent à rétablir la fonction de la protéine p53 considérée comme le gardien du génome
 détruire de façon contrôlée et spécifique la cellule tumorale. La méthode consiste à introduire uniquement
dans la tumeur un gène suicide dont l'expression devient fatale à toute cellule mise en présence de certains
médicaments.
restaurer le fonctionnement normal des cellules cancéreuses plutôt que de les détruire. Ou les rendre
étrangères à l'organisme. C'est ce que cherche à faire la thérapie génique.
 Le gène RAS est muté lors de 25 % des cancers. Plus fréquent, dans 50 % des cancers, le gène suppresseur
p53 est altéré. Lorsqu'il est normal, c'est un véritable gardien du génome qui régule le cycle de la cellule. En
cas de mutation de ce gène, une prolifération cellulaire incontrôlée se déclenche, provoquant un cancer. Or
l'introduction d'un gène p53 normal, dans une cellule cancéreuse a un effet antiprolifératif.
 La thérapie génique permet aussi de rendre les cellules cancéreuses "toxiques" pour l'organisme. Par
exemple, on peut injecter dans la cellule tumorale un gène augmentant le caractère "étranger" de la
cellule afin d'augmenter les réactions de défense immunitaire. Des essais sont en cours dans le
mélanome.
 Traitement du sida : prélèvement des cellules souches sanguines de patients séropositifs qui ont été
réinjectées, non modifiées pour constituer le groupe placebo ou après intégration du gène codant pour la
protéine OZ1, une molécule qui prévient la réplication du VIH en ciblant deux protéines qu’il utilise pour sa
prolifération.
.
19) les vecteurs sont soient des plasmides bactériens soient des virus (adénovirus à ADN ou rétrovirus à ARN)
20) pbs.éthiques :
Aspects éthiques portant sur la réalisation de tests génétiques chez les adultes
Comme expliqué dans Gènes ABC certaines maladies héréditaires peuvent être diagnostiquées à l’aide de tests
génétiques bien avant leur développement. Si le test génétique révèle le probable développement futur d’une
grave maladie héréditaire, il en résulte d’importantes conséquences pour l’organisation de la vie du patient. La
manière dont le patient réagit face à l’opportunité de poser un diagnostic est très différente selon les individus.
Certaines personnes sont contentes d’avoir la possibilité de pouvoir clarifier si oui ou non elles sont atteintes par la
maladie, alors que d’autres refusent de le savoir.
Afin de déterminer si une personne adulte devrait ou non faire un test génétique, les quatre principes de l’éthique
médicale doivent être pris en compte.
o Le droit à l’autodétermination
;
La décision pour ou contre un test ne devrait être prise que suite à un conseil approfondi. Si le test révèle la
présence d’une maladie héréditaire, ceci signifie que tous les membres de la famille ont une probabilité élevée
d’être atteints de cette maladie. Mais il se peut qu’ils ne veuillent pas recevoir une telle information. Il s’agit alors
de trouver des solutions qui respectent le droit à l’autodétermination de toutes les personnes touchées. Le droit
de savoir pour certains et le droit de ne pas savoir pour d’autres.
o
L’équité
Pour les personnes sachant qu’elles souffrent d’une maladie héréditaire, la protection contre la discrimination est un
point central. Ces personnes ne doivent pas être désavantagées sur le marché du travail, au niveau de l’assistance
médicale ou encore du point de vue des assurances. Ceci est aujourd’hui assuré par différentes lois.
o L’assistance
Les personnes qui sont intéressées à procéder à un test génétique doivent être conseillées avec empathie, mais de
manière neutre. Ceci afin de les soutenir dans l’assimilation des résultats du test et dans l’intégration de ceux-ci à
leur vie de tous les jours.
o
Ne
pas
causer
de
dommage
au
patient
Si une maladie est décelée à temps, cela permet, dans certaines circonstances, de retarder son apparition ou
d’influencer positivement son développement. Ainsi certaines thérapies ont la chance de pouvoir être commencées
au bon moment, et le patient la chance d’adapter son alimentation et ses habitudes de vie.
Pas de méthode idéale pour le moment
La maladie immunitaire SCID présentée dans Gènes ABC est une maladie des cellules du système sanguin. Il est ainsi
possible d’isoler les cellules malades du patient. Ces cellules sont ensuite mélangées aux virus en laboratoire, puis
redonnées au patient. Pour les maladies n’affectant pas les cellules sanguines mais d’autres cellules du corps, les
virus portant le gène fonctionnel doivent être introduits dans le corps du patient. Ceci peut constituer un grand défi.
De plus, il est, de nos jours, encore impossible de déterminer l’endroit précis où le gène additionnel s’intégrera dans
l’ADN du patient. Ce gène additionnel pourrait ainsi perturber la fonction d’autres gènes, ce qui pourrait conduire à
d’importants effets secondaires. Parmi les enfants souffrant de SCID et ayant été guéris de cette maladie par
thérapie génique, certains ont par la suite développé une leucémie (cancer des cellules sanguines). Pour cette
raison, d’additionnelles thérapies géniques ont été arrêtées jusqu’à ce que ces cas soient minutieusement analysés.
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De tels incidents démontrent à quel point il est délicat de peser l’utilité et les risques engendrés par une thérapie
génique.
Etudes cliniques
Plusieurs milliers de personnes ont déjà été traitées à l’aide de thérapies géniques. Cependant, la thérapie génique
n’a toujours pas atteint le stade où elle peut être utilisée de manière routinière. Pour l’instant, son efficacité et sa
sécurité doivent être testées lors d’études cliniques. Celles-ci consistent en des études préliminaires effectuées sur
de petits groupes de volontaires. Bien que de telles études comportent des aspects délicats du point de vue éthique,
elles sont nécessaires pour pouvoir lutter contre les maladies car c’est seulement grâce à ce type d’études qu’on
peut déterminer quelles découvertes médicales représentent effectivement des progrès. Ce qui est important, c’est
que
toute
étude
soit
analysée
du
point
de
vue
éthique.
Le respect du principe de ne pas causer de dommage au patient implique d’atteindre un rapport raisonnable entre
les bénéfices attendus pour le patient et la recherche et les risques encourus par le patient. Ceci dans le cadre des
connaissances acquises avant l’expérience, mais aussi dans le cas où des changements inattendus surgiraient. Dans
le cas où des difficultés apparaîtraient, il s’agit de les remarquer au plus tôt et d’éviter au possible un
développement problématique de celles-ci. Le principe d’équité requiert que tous les participants à une étude
clinique soient traités selon leurs besoins individuels. Conformément au principe d’autodétermination, chaque
participant décide librement de sa participation à l’étude et peut, sans avoir besoin de donner de raison, se retirer
de l’étude à tout moment sans qu’aucune conséquence n’en découle. Le principe d’assistance requiert que le bienêtre de chaque participant soit toujours au centre des préoccupations et que les critères de qualité d’une bonne
étude clinique soient toujours remplis.
21) Isolation de cellules souches embryonnaires
Les cellules souches embryonnaires sont obtenues à partir d’embryons vieux de quelques jours. Ces embryons sont
petits et ne sont encore que des amas de cellules indifférenciées visibles uniquement au microscope.
Les cellules souches embryonnaires sont isolées à partir d’embryons surnuméraires résultant de fécondations in
vitro. En Suisse, des embryons ne peuvent être produits que dans le but d’une grossesse. Les embryons étant donc
utilisés pour la recherche sur les cellules souches, ils proviennent toujours de couples désirant avoir un enfant.
Normalement, il n’y a pas d’embryon surnuméraire. Tous les embryons se développant suite à une fécondation in
vitro sont implantés dans l’utérus de la femme désirant avoir un enfant (au plus 3 en même temps). Si cela n’est pas
possible en raison de problèmes personnels ou médicaux, les embryons n’ont aucune chance de survie. Comme il
n’est pas permis de congeler des embryons, soit dans le but d’une future implantation, soit pour une adoption par
une autre femme, les embryons n’étant pas implantés suite à la fécondation in vitro n’ont aucune chance de donner
naissance à un enfant. Ces embryons sont appelés « embryons surnuméraires ».
Lorsque des embryons surnuméraires sont utilisés pour l’isolation de cellules souches, les cellules de l’embryon sont
déposées sur un support afin qu’elles croissent et donnent ainsi naissance à une colonie cellulaire indifférenciée,
correspondant aux cellules souches embryonnaires. L’unité de l’embryon est ainsi démantelée. Les cellules souches
forment de grosses colonies cellulaires dans des boîtes de culture. Si on les traite avec certains facteurs de
croissance, ces cellules peuvent se différencier, par exemple, en neurones ou en cellules cardiaques.
Une recherche exigeante La recherche sur les cellules souches embryonnaires ainsi que sur les cellules souches
adultes et très exigeante : l’isolation, la culture de ces cellules ainsi que leur différenciation en un certain type
cellulaire s’accompagnent d’importants défis. Par exemple, les chercheurs travaillent actuellement à régénérer par
le biais de cellules souches, le tissu cardiaque endommagé suite à un infarctus. Il existe également des travaux de
recherche, aussi prometteurs que ceux sur les cellules souches embryonnaires, portant sur l’utilisation de cellules
souches adultes. Cependant, pour que de telles thérapies puissent être utilisées de manière routinière, beaucoup de
travail de recherche est encore nécessaire.
L’éthique et l’expérimentation animale L’homme a-t-il le droit de disposer librement de l’animal afin de satisfaire
ses besoins ? Ceux et celles qui désirent s’exprimer d’un point de vue éthique sur l’expérimentation animale doivent
s’entendre sur la relation entre l’homme et l’animal.
Une partie des défenseurs des animaux sont d’avis que les animaux représentent des êtres vivants avec des valeurs
et des droits propres, et qu’ils doivent ainsi être respectés comme des être humains.
De ce point de vue, il n’est absolument pas justifiable de faire endurer douleur, peur ou stress à des animaux afin de
satisfaire des intérêts humains. Dans ce même ordre d’idée, il est également inadmissible de tuer des animaux pour
produire de la viande, d’enfermer des animaux dans des zoos ou dans des cages en guise d’animaux de compagnie.
Une autre catégorie de défenseurs des animaux est d’avis que les humains et les animaux ne sont dans l’ensemble
pas équivalents, qu’il existe entre eux d’importantes différences. L’homme a le droit de tirer profit de l’animal.
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Cependant, il est incontestable que les animaux peuvent ressentir de la douleur et peuvent souffrir. Les
préconisateurs de l’expérimentation animale argumentent que sur la base de réflexions éthiques, les chercheurs ont
pour mission d’explorer les domaines de la biologie et de la médecine. Ceci incluant le développement de nouveaux
ou meilleurs traitements contre les maladies humaines. Comme chaque nouvelle méthode s’accompagne d’échecs
et d’effets secondaires, il n’est éthiquement pas acceptable d’utiliser un nouveau traitement directement sur les
enfants ou sur les adultes. Afin d’assurer la sécurité des patients, l’expérimentation animale est donc nécessaire et
également imposée par la loi. Toutefois, seule l’expérimentation animale indispensable est éthiquement justifiable.
Finalement, il est également requis qu’aucune autre méthode ne soit appropriée pour résoudre le problème afin
que l’utilisation de l’expérimentation animale soit justifiable.
L’utilisation d’animaux transgéniques La recherche sur les maladies humaines en fait partie. Les chercheurs utilisent
ces animaux en guise de modèles afin d’étudier l’origine et le traitement d’une maladie. Du point de vue éthique,
l’altération de l’animal par la modification génétique et son étendue sont prépondérantes. L’introduction de gènes
cancéreux (oncogènes), décrite dans l’ABC des gènes (Gènes ABC), provoque le développement de tumeurs. Le fait
qu’une expérience incluant de telles souris cancéreuses est éthiquement justifiable dépend de différents facteurs.
L’importance de la question posée et à laquelle un tel modèle pourrait permettre de répondre est d’une part
déterminante. Mais il faut, entre autres, également clarifier à quel point les douleurs endurées par les souris
peuvent être diminuées au maximum. A lui seul le fait que l’animal soit génétiquement modifié ne constitue pas une
raison suffisante pour rejeter l’expérience. La « dignité de la créature » n’est pas automatiquement affectée. Mais
qu’entend-on exactement par « dignité de la créature » ? Il est important que ce terme se différencie clairement de
la dignité humaine. La dignité humaine inclue que certaines choses ne soient jamais faites avec des humains, pour la
simple raison qu’il s’agit d’êtres humains. Aucune explication supplémentaire n’est alors nécessaire et il n’est pas
permis de peser le pour et le contre. Au contraire, dans le cas des animaux, nous ne pouvons pas également
concevoir qu’une mouche ait une dignité parce que c’est un animal. La « dignité animale » renvoie beaucoup plus
aux valeurs propres de l’animal qui doivent être respectées. Ceci est également stipulé dans la loi sur la protection
des animaux. Au contraire de la dignité humaine, certaines comparaisons peuvent donc être effectuées. La dignité
animale est ainsi toujours respectée dans le cas où des intérêts humains importants (compréhension de concepts
centraux de la recherche biologique, développement de médicaments efficaces, etc.) justifient l’utilisation
d’animaux (incluant douleur, peur, etc.).