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IOTECHNOLOGIE
Clonage par recombinaison
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IOTECHNOLOGIE INDUSTRIELLE
FICHE DOCUMENTAIRE
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CLONAGE PAR RECOMBINAISON
Le microbe Escherichia coli (E. coli) est probablement l’organisme le plus étudié et le plus compris de
la planète. La plupart de ses gènes et de ses mécanismes biochimiques ayant été identifiés par les
scientifiques, il nous est ainsi plus facile de le
manipuler afin de pouvoir en profiter pleinement. Bien
que cette bactérie ait toujours eu mauvaise presse,
son utilité dans le domaine de la biotechnologie ne
fait aucun doute. Les bactéries emmagasinent la
plupart de leurs gènes (parties d’ADN qui servent à
encoder les protéines) dans une seule molécule
d’ADN, mais elles comprennent également des
fragments mobiles d’ADN; ce sont les plasmides
(voir la Figure 1). Les bactéries contiennent souvent
des plasmides dans leurs cellules et les utilisent en
cas « d’urgence »; par exemple, les plasmides
renferment généralement des gènes qui favorisent la
résistance aux antibiotiques. Ce sont des gènes
qui ne seraient pas nécessaires dans des conditions normales, mais qui sont très utiles en présence
d’un antibiotique (la pénicilline, l’ampicilline, l’érythromycine, etc.) qui normalement détruirait la cellule.
Ces mêmes plasmides (aussi appelés vecteurs) sont le moyen utilisé par les scientifiques pour insérer
des « gènes d’intérêt » dans les bactéries. Un « gène d’intérêt » est un gène qu’un scientifique peut
vouloir étudier afin d’en apprendre davantage sur sa fonction (son action), sa structure (son apparence)
ou sa séquence (le codage de l’ADN).
Le processus qui consiste à insérer des gènes dans un vecteur pour former une nouvelle molécule
d’ADN qui pourra se répliquer en cellule hôte est appelé clonage par recombinaison (aussi connu sous
le nom de clonage moléculaire). Ici, « recombinaison » signifie que deux différents brins d’ADN qui ne
coexisteraient pas normalement sont combinés; le « clonage » consiste à créer de multiples copies
d’organismes génétiquement identiques (clones).
Le processus de clonage bactérien par recombinaison est constitué de quatre étapes fondamentales.
Ces étapes sont :
1. Réactions de ligature
2. Transformation
3. Sélection et propagation
4. Isolement
Examinons de plus près chacune de ces étapes.
Figure 1 : ADN bactérien et plasmides.
1 : ADN bactérien, 2 : Plasmides
Source de l’image :
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plasmid_%28numbers
%29.svg?uselang=frc Wikimedia Commons.

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1. Réactions de ligature
La première étape de ce processus consiste à transférer
le « gène d’intérêt » dans le plasmide qui sera absorbé
par la bactérie E. coli. Mais comment les scientifiques
s’y prennent-ils au juste pour introduire le gène dans le
plasmide? Premièrement, ils utilisent des protéines
spéciales appelées enzymes de restriction afin de
couper le gène et le plasmide à des endroits précis qui
sont complémentaires. Les deux parties d’ADN libres se
rencontrent avec l’aide d’une autre enzyme appelée
l’ADN ligase et se combinent (ligature) pour former un
plasmide modifié (voir la Figure 2).
2. Transformation
Nous sommes maintenant en présence d’un plasmide
contenant le « gène d’intérêt ». Cependant, un plasmide ne
peut pas cloner un gène par lui-même; il a besoin d’un
système hôte pour faire des copies du plasmide (et ainsi,
faire des copies du « gène d’intérêt »). Le système hôte le
plus efficace est une bactérie, en particulier les bactéries E.
coli puisque celles-ci se divisent et croissent rapidement. Une
seule cellule E. coli peut se croître et se diviser en milliards
de cellules en seulement 24 heures! Si une bactérie E. coli
est porteuse d’un plasmide renfermant le « gène d’intérêt »,
le plasmide sera dupliqué chaque fois que la bactérie se
dupliquera. Par conséquent, au cours d’un cycle de
croissance d’une durée de 24 h, des milliards de copies
(clones) du gène pourraient être produites!
Maintenant, comment pouvons-nous convaincre les bactéries
de devenir des hôtes pour nos plasmides? Dans un premier
temps, de nombreux types de bactéries absorberont
naturellement les molécules d’ADN dans leur environnement,
mais pour maximiser l’assimilation, il est possible de traiter
les bactéries E. coli avec des produits chimiques afin qu’il
soit plus facile pour elles d’absorber l’ADN plasmidique. Un des moyens d’y parvenir est de faire croître
la bactérie E. coli avec un mélange contenant les plasmides et du sel. La pression osmotique (c.-à-d.
une concentration élevée de sel à l’extérieur des cellules et une faible concentration de sel à l’intérieur
des cellules) et la présence des plasmides provoqueront l’introduction des plasmides dans les cellules E.
coli (voir la Figure 3).
Figure 2 : Les brins d’ADN sont coupés et se réassocient
avec l’ADN ligase. Source de l’image : Parlons
sciences.
Figure 3 : Des bactéries sont amenées à absorber
des plasmides. Source de l’image :
Parlons sciences.

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3. Sélection et propagation Malheureusement, comme tu peux le voir à la Figure 3, ce
ne sont pas toutes les cellules qui intégreront les
plasmides, alors les cellules doivent être sélectionnées afin
d’identifier celles qui auront intégré les plasmides et celles
qui ne l’auront pas fait. Comment savoir quelles bactéries
ont intégré les plasmides et quelles ne l’ont pas fait? Le
plasmide renferme un agent de sélection spécifique, qui
est généralement un gène codant une résistance
antibiotique (voir la Figure 4). Étant donné que les
bactéries se développent en présence d’un antibiotique,
les bactéries AVEC des plasmides seront viables et
pourront se développer, alors que les bactéries SANS
plasmides mourront (voir la Figure 4). C’est ce qu’on
appelle la sélection antibiotique. Une fois qu’une colonie
(groupe de bactéries) possède le plasmide (parce qu’elle a
su résister aux antibiotiques), elle est isolée et peut se
multiplier. Ainsi, un bon nombre de bactéries contiennent
le « gène d’intérêt ».
4. Isolement
L’étape finale consiste à prélever les plasmides (et donc le
« gène d’intérêt ») des bactéries (voir la Figure 5). Pour ce
faire, les bactéries sont lysées (la membrane cellulaire est
brisée) (A) et les plasmides sont séparés de l’ADN bactérien à
l’aide d’une solution acide (pH faible) à teneur élevée en sel
(puisque l’ADN plasmidique peut résister à ces conditions,
mais pas l’ADN normal) (B). Finalement, les plasmides sont
séparés de toutes les autres parties de la cellule à l’aide du
procédé de centrifugation (rotation à grande vitesse) (C).
Le clonage par recombinaison est une méthode hautement
contrôlée et efficace pour produire des composés comme la
vitamine C, l’enzyme chymosine (présure) qui est utilisée dans
la fabrication du fromage et du colorant indigo (l’indigo est le
colorant qui donne aux jeans bleus leur couleur). Aujourd’hui,
on retrouve l’ADN recombiné dans l’industrie, la production
alimentaire, la médecine humaine et vétérinaire (voir l’encadré
ci-dessous), l’agriculture et la bio-ingénierie.
Figure 4 : Sélection antibiotique de bactéries
contenant des plasmides. Source de
l’image : Parlons sciences.
Figure 5 : Prélèvement de plasmides des
bactéries.
Source de l’image : Parlons sciences.

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ADN recombiné en médecine
L’insuline humaine recombinée...
a presque complètement remplacé l’insuline provenant de sources animales (p.
ex., cochons et bétail) dans le traitement du diabète de type 1.
L’hormone de croissance humaine recombinée (HCH,
somatotropine)...
est utilisée auprès de patients dont la glande pituitaire ne produit pas assez de
HCH pour assurer une croissance et un développement normaux. Avant que la
HCH recombinée soit disponible, la HCH utilisée à des fins thérapeutiques était
prélevée dans la glande pituitaire de cadavres (personnes décédées).
Le facteur VIII ou facteur anti-hémophilique A recombiné...
est utilisé pour les patients souffrant de types d’hémophilies (trouble de
saignement), qui ne sont pas en mesure de produire assez de facteurs VIII pour
permettre une coagulation du sang normale.
Le vaccin de l’hépatite B recombiné...
est un vaccin recombinant utilisé pour la prévention de l’hépatite, une infection
du foie.
Trois tests courants pour le diagnostic de l’infection à VIH…
comprennent tous l’utilisation de clonage par recombinaison ou de produits de
clonage par recombinaison.
Merci aux rédacteurs bénévoles du Défi Parlons sciences qui ont contribué au contenu de cette fiche
documentaire.