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Les biotechnologies animales
L.M. Houdebine
To cite this version:
L.M. HOUDEBINE INRA
Unité de Différenciation Cellulaire
78352
Jouy-en-Josas
CedexLes
biotechnologies
animales
Les
biotechnologies
ouvrent
des
perspectives
considérables
pour
l’élevage
en
permettant
unemaîtrise
sansprécédent
du
vivant. Des
techniques
dont
la
mise
aupoint
est
en coursvont
permettre
de
connaître
beaucoup
mieux
les
gènes
des différentes
espèces
animales,
de
reproduire
plus
rapidement
les
animaux
par
clonage
et
de
leur transférer des
gènes
nouveaux,
d’accélérer
et
d’affiner
les
programmes
de sélection.
L’amélioration
spectaculaire
desproductions
animales àlaquelle
on assistedepuis
lescin-quantes
dernières années est le résultat d’une double démarche : d’unepart
une meilleureutilisation des
techniques
traditionnellesd’éle-vage
(alimentation,
hygiène, reproduction...),
),
d’autre
part
uneapplication rapide
denou-velles
techniques
issues de la recherche(sélec-tion
génétique,
contrôle de lareproduction,
vaccination,alimentation...). Les
trèsimpor-tants
progrès
que la recherche aaccomplis
dans la
plupart
des domaines de labiologie
depuis
vingt
ans, etplus particulièrement
depuis
dix ans dans lagénétique
moléculaire,
ont conduit à repenser
profondément
les pro-grammes de recherchesappliqués
aux êtresvivants. Il ne fait en effet
plus
de doute quel’exploitation
desorganismes
vivants,micro-organismes,
végétaux
et animaux, va, d’unemanière ou d’une autre, être bouleversée par
l’apport
de ces nouvelles découvertes etplus
particulièrement
parl’ingénierie génétique
qui
a fait son entrée dans de
multiples
secteurs de labiologie (étude
del’expression génétique,
biologie
cellulaire,
ingénierie
desprotéines,
physiologie...).
Il
est d’ores etdéjà possible
de classer ces nouvellesapproches
enplusieurs
catégories :
1°)
l’observation fine des caractèresgénétiques
des animaux à l’aide de sondes d’acidenucléique,
suivie d’une sélectiondéter-minée par ces caractères,
2°)
l’intervention surles animaux par l’administration de
protéines
recombinantes
(antigènes d’agents pathogènes,
hormones,
facteurs de croissance, facteurs dedifférenciation, anticorps
monoclonaux...),
3°)
la diffusion accélérée du
génome
entier desanimaux par la maîtrise de
techniques
de lareproduction 4°)
le transfert d’un caractèregénétique
nouveau à unorganisme
entier parl’intermédiaire de la
thérapie
génique
et de latransgénèse.
La révolution dans
l’élevage
des animaux que laissaientprévoir
les découvertes de labiologie
est désormais en marche. La
complexité
mêmedes
organismes
animaux rend toutefois cettedémarche relativement lente et difficile sans
pour autant inciter au
pessimisme.
Il estpossi-ble de faire le
point
sur les réalisations en cours et de dresser un inventaire desperspectives qui
s’offrent d’ici la fin de ce siècle.
Résumé
-Les
progrès
récents de labiologie
et notamment ceux réalisés dans le domainedes acides
nucléiques
et desprotéines
permettent
d’envisager
de nouvellesstraté-gies
très prometteuses pourl’élevage
des animauxdomestiques.
Des sondesd’acide
nucléique
permettent la détermination du sexe chezl’embryon
bovinpré-coce. Plus
généralement
la multitude de sondesqui
vont êtreprogressivement
disponibles
et lacartographie
desgénomes
vont donner une bien meilleureconnaissance des animaux. Il en résultera de nouvelles
stratégies
de sélectionbeaucoup plus
fines etbeaucoup plus rapides.
Lapréparation
en masse depep-tides recombinants
(antigènes d’agents
pathogènes,
hormones,
cytokines,
anti-corpsmonoclonaux...), laisse
envisager
des interventions sur les animauxjus-qu’alors
réservées à des cas trèsparticuliers.
Les nouvellestechniques
liées à lareproduction
des mammifères(maturation
desovocytes
in vitro, fécondation invitro,
développement
desembryons
précoces
in vitro,duplication
desembryons
par
clivage
et parclonage)
vontprogressivement
se superposer auxtechniques
déjà
existantes(insémination artificielle,
transfertd’embryons)
et contribuer àraccourcir les
cycles
dereproduction
et la durée des programmes de sélectiongénétique.
L’ingénierie génétique
va permettre, dans les cas lesplus
favorables,
de transmet-tre uneprotéine
à unorganisme
entier sous la forme d’ungène
actif. Desgènes
peuvent être transférés dans les cellules
somatiques
desorganismes
entiers(thé-rapie
génique)
ou dans lesembryons
précoces (transgénèse).
Lathérapie
génique
peut
permettre
de neplus
devoir administrer unpolypeptide
de manièrerépétée
à un animal et la
transgénèse
conduit à l’obtention de nouvelleslignées
d’ani-maux
présentant
des caractèresgénétiques
nouveaux définis par lestransgènes.
Les
sondes d’acide
nucléique
vontpermettre
de
définir de nouvellesstratégies
desélection
génétique.
Sonde moléculaire :
Molé-cule marquée par un
grou-pement radioactif,
fluores-cent ou autre et qui permet
de reconnaître
spécifique-ment une autre molécule in situ ou dans un système in vitro. Ex : les ADN et les ARN marqués qui
recon-naissent des séquences
nucléiques
complémen-taires; les anticorps
mono-clonaux...
ASO (Allele specific oligo-nucleotide): sonde dADN de synthèse permettant de
reconnaître spécifiquement
une courte séquence
d ; 4DN (environ 20 nucléo-tides) au nucléotide près. Hybridation moléculaire : Association spécifique de chaines d’acides
nucléi-ques complémentaires
sim-ple brin pour former des
doubles brins.
L’observation des animaux
à
l’aide des sondes moléculaires
La sélection
génétique
repose essentielle-ment sur lerepérage
d’un caractère nouveauchez les individus d’un
troupeau,
suivi de latransmission de ce caractère à la descendance par les
techniques classiques
dereproduction.
Toute l’efficacité de cette méthode tient dans laperception
que l’on peut avoir des caractèresgénétiques
étudiés. Une fonctionbiologique
estcontrôlée dans la
grande
majorité
des cas par un relativementgrand
nombre degènes qui
nes’expriment
pas forcément dans la mêmecel-lule ou le
même
tissu. Les communicationsintercellulaires assurées entre autres par les hormones assurent la cohérence de l’ensemble.
Un caractère
génétique
donné a donc lui-même peu de chance de nedépendre
que d’un seulgène
au sens moléculaire du terme.L’examen des
protéines,
enparticulier
àl’aide
d’électrophorèse,
permet d’établir danscertains cas favorables des corrélations entre un caractère
génétique
donné et laprésence
d’une bande dans unélectrophorégramme.
Des sondes d’acide
nucléique
qui
peuvent, àla base
près,
révéler aisément une mutationdans un
gène
constituent des outilsincompara-blement
plus précis
pourprocéder
à unesélec-tion
génétique
fine.Il convient de ce
point
de vue de faire desdistinctions entre les différents
types
de sondesque l’on peut utiliser. Certaines
correspondent
directement à la
séquence
d’ungène
codantpour une
protéine
bien définie tandis qued’au-tres détectent des
régions
non fonctionnelles ousupposées
telles dugénome.
Lesinforma-tions
apportées
par ces deux types de sondes ne seront évidemment pas tout à fait de même nature. Dans les cas lesplus
favorables,
lessondes RFLP
(restriction fragment length
poly-morphism)
peuvent être utilisées. Cetteméthode repose sur la
présence
d’un site derestriction
(site
où une nucléase coupespécifi-quement
l’ADN)
différant entre deux variantsde même
gène.
Plusgénéralement,
les sondesASO
(allele
specific
oligonucleotides)
permet-tent de faire une distinction entre deux
séquences
du mêmegène
nedifférant
que par un seul nucléotide(Caskey 1987).
Il existe dansle
génome
de laplupart
des eucaryotes desséquences qui
sontrépétées
ungrand
nombrede fois
(ADN satellite)
etqui
sontréparties
apparemment au hasard dans l’ADN cellulaire.
Ces
séquences,
qui
n’ont semble-t-il pas de fonctionprécise,
en tout cas en cequi
concernel’expression génétique,
ne sont pas soumises à une fortepression
de sélection. Elles varientdonc d’un individu à l’autre. Elles peuvent être
repérées
à l’aide de sondesqui
sontquasi-uni-verselles
(Jeffrey
et al1985)
et donc permettreainsi de suivre très finement et avec une
remar-quable précision
la filiation entre individus.Les méthodes
d’hybridation
moléculaire danslesquelles
sont utilisées ces sondes sontd’une très
grande
sensibilité etquelques
micro-grammes d’ADN d’un individu suffisent pour le caractériser. Desquantités
encorebeaucoup
plus
faibles peuvent même être utiliséeslors-que la
technique d’amplification spécifique
degènes
PCR(Polymerase
chainreaction)
estutili-sée.
Théoriquement
une seule cellule peut alors suffire à détecter ungène
donnéprésent
à l’état d’une seulecopie
pargénome
haploïde.
Il estdonc
théoriquement
possible
avec les sondesnucléiques
de déterminer un caractèregénéti-que
donné,
ou tout au moins uneséquence
spé-cifique
d’ADN,
àn’importe quel
moment de lavie d’un
animal,
àpartir
de la semence, d’unembryon,
du sang ou d’un organe. Cettenou-velle manière d’observer les animaux permet
potentiellement
d’atteindre uneprécision
sansprécédent
et de gagner untemps
considérable dans les processus de sélectionpuisque
le pro-duit d’ungène
ou son effetphénotype
n’aplus
besoin d’être mesuré dès lors
qu’une
corréla-tion a pu être établie entre la
séquence
d’unfragment
d’ADN donnérepérable
par unesonde
spécifique
et un caractèregénétique
donné
(Bechmann
et Soller1987).
Lescaracté-ristiques
d’ungéniteur
pourront donc dans le meilleur des cas être connues dès sa naissance. Lacartographie systématique
dugénome
dequelques
animauxdomestiques
comme le porcet le bovin
qui
a étéentreprise
va donner unedimension encore
supérieure
à la connaissance que nous avons de ces animaux(voir
l’article deJ.
Gellin et E Grosclaude dans cenuméro).
La
multiplication
des sondesqui
vont être misesprogressivement
à ladisposition
desgénéticiens
varapidement
rendre extrêmementcomplexe
lagestion
de ces informations. Unegestion
informatisée d’un type nouveau vadonc devoir être mise en
place.
Quelques
sondes sont d’ores etdéjà
disponi-bles et commencent à faire
l’objet
d’applica-tions.
Les
sondes
ADN
spécifiques
du chromosome
Y
bovin
Il est évidemment souhaitable de connaître le
plus
tôtpossible
le sexe d’unembryon
demam-mifère pour
pouvoir
gérer
au mieux un trou-peau. Des recherches ont étéentreprises
il y aplusieurs
années pour tenter d’identifier desantigènes
de surfacespécifiques
des cellules desembryons
mâles de mammifères. Cesrecherches se sont avérées délicates et la notion même
d’antigène spécifique
del’embryon
mâle chez les mammifères est incertaine. Lechromo-some Y,
spécifique
dumâle,
doit évidemmentcontenir des
séquences
qui
lui sontspécifiques.
Une recherchesystématique
apermis
àplu-sieurs groupes d’identifier de telles
séquences
qui
ne sont pas toutesidentiques.
Des sondesspécifiques
del’embryon
mâle bovin etporcin
sont maintenantdisponibles (Léonard
et al 1987, McGran
et al1988).
Une telle sonde doitpouvoir
être utilisée d’une manièresimple
n’impliquant
pasl’usage
de marqueursradioac-tifs. Elle doit
également
pouvoir
donner laréponse
enquelques
heures seulement àpartir
de
quelques
cellulesprélevées
surl’embryon,
de manière à permettre son transfert ou sa
congélation
sansperte
de viabilité. Cespro-blèmes sont résolus
grâce
à l’utilisation de laani-maux de
plus
petite
taillepeut
se heurter auprix
de revient du test.Les
gènes
des
protéines
du lait
Le lait
représente
20-30 % desprotéines
consommées dans les pays
développés.
Lesprotéines
du lait des ruminants existent sous laforme de
plusieurs
variants dont lespropriétés
sont différentes et confèrent au lait des
qualités
variables,
enparticulier
pourpréparer
les fro-mages. L’inventaire de ces variants a été fait pour un certain nombre de races et une sélec-tiongénétique
estpossible
(Grosclaude
1988).
Lastratégie classique
de sélectionimpose
que le caractèregénétique
de laprotéine
examinée soit déterminé par examen du lait. Un tel exa-men ne peut évidemment se faire que chez desfemelles en lactation. La
technique
d’évaluationdes variants repose par ailleurs sur des
électro-phorèses
qui peuvent
ne pas révéler certainesvariations dans la
composition
desprotéines
etdans la structure des
gènes
correspondants.
Des sondes d’acide
nucléique
sont maintenantdisponibles
et ellespermettent
de révéler laprésence
de tel ou tel variant aussi bien chez lemâle que chez la femelle dès les stades
pré-coces de leur vie. Ainsi
peuvent
êtrepotentiel-lement sélectionnés les animaux portant les
variants KB et
(3B des
caséinesqui
confèrent aulait une meilleure
aptitude
fromagère
et levariant
(3-lactoglobuline
Bqui
est moins abon-dant que le variant A etqui
s’accompagne
d’une
plus
haute teneur du lait en caséine.Les
gènes
de résistance
auxmaladies
Il est bien connuqu’une
certaineproportion
d’individus d’un
troupeau
présente
spontané-ment une résistance à certaines maladies. Cette
protection
naturelle est engénéral
héréditaire.Une corrélation entre la
présence
de certainsgènes
et le caractère de résistance a pu êtreéta-blie dans
quelques
cas. Une telle corrélation nesignifie
pas nécessairement que legène repéré
a un lien fonctionnel direct avec le caractère de
résistance. Il
permet
néanmoins deprocéder
àune sélection. C’est le cas des
poulets
résistantsspontanément
à la maladie de Marek. Ces pou-lets ontl’haplotype
B21 et ils sont résistantslorsqu’ils
sonthomozygotes
B21/B21. Unesélection sur le caractère B21 est donc
possible
grâce
à une sondenucléique
spécifique
(Cau-chy
et al1987).
L’identification desgènes
res-ponsables
de cette résistance est en cours. Ellepourrait permettre
depouvoir
conférer larésis-tance à des
lignées
d’oiseaux par latransgénèse
et non
plus
seulement par la voieclassique
de la transmission à la descendance.Les
séquences
virales
des
génomes
d’oiseaux
Un certain nombre d’animaux portent dans
leur
génome
desséquences
virales et enparti-culier rétrovirales
qui
sont desreliquats
d’infec-tions et
qui
ontperdu
leurs caractèrespatho-gènes
ou fonctionnels à la suite de mutationsspontanées.
Des corrélations ont pu êtreéta-blies entre la
présence
de certaines de cesséquences
et le taux de croissance desani-maux. Certaines
séquences virales,
qu’elles
soient
exprimées
ou non, doiventdonc,
pourdes raisons inconnues,
légèrement perturber
l’expression
génétique
des cellulesqui
les por-tent. La détection de cesséquences
estpossible
à l’aide de sondesnucléiques
spécifiques
et uneélimination
progressive
des animaux porteurspeut être
envisagée.
Le
diagnostic
de
gestation
La bonne
gestion
d’un troupeau est facilitéesi l’on
peut
savoirrapidement
si une femelle estgestante ou non. Des
diagnostics
fiables exis-tentdéjà.
Ils reposent sur la mesure des hor-mones de lagestation
et enparticulier
de laprogestérone.
Ces tests ne sont pas tous utilisa-bles dans lespremiers
stades de lagestation.
Une détermination des
signaux
délivréspréco-cément par
l’embryon
estsusceptible
dedon-ner une
réponse plus
satisfaisante à cette ques-tion. Une famille deprotéines présente
exclusi-vement dans le sang des vaches gestantes a été
récemment mise en évidence. Un test
radioim-munologique
permet undiagnostic
degesta-tion
(Camous
et al1989).
D’autres sondes basées sur l’utilisation
d’an-ticorps
polyclonaux
ou monoclonaux sontutili-sables pour de
multiples
usages enparticulier
pour déceler laprésence d’agents pathogènes.
Ces sondes constituent uncomplément
intéres-Enzyme de restriction :
Nucléase qui coupe 1 ADN
en un site spécifique défini
par la séquence des
bases; les fragments
d’ADN obtenus par ces
enzymes sont appelés
frag-ments de restriction. RFLP (restriction frag-ment length
polymor-phism) : Propriété qu’a
1 ;
4DN de différents allèles
de générer des fragments
de restriction de taille varia-ble. Ce polymorphisme
reflète directement des
variations de la séquence
primaire de l’ADN.
PCR (polymerase chain
reaction) : Amplification spécifique in vitro d’une
séquence d’acide
nucléi-que à l’aide d’une
polymé-rase et de deux amorces
oligonucléotidiques qui en
La maîtrise
des
techniques
dela
reproduction
varaccourcir les
cycles
de
reproduction
etles
programmesde
sélection
génétique.
sant aux sondes
nucléiques
étant donnée leurexcellente
spécificité
et leur relative facilité d’utilisation.L’utilisation des
protéines
recombinantes à
usage
vétérinaire
L’utilisation de molécules
ayant
une activitébiologique
comme les hormones excluait pres-que totalement lesprotéines jusqu’au
dévelop-pement
dugénie
génétique.
Les hormonespro-téiques
sont en effet relativement difficiles àpréparer
massivement àpartir
des organes ani-maux en raison de leur rareté. Les hormonesgonadotropes
sont toutefoisdéjà largement
uti-lisées. La
synthèse
chimique
despeptides
estpossible
mais sonprix
de revient devientrapi-dement très
prohibitif
au delà de 40 acides ami-nés. Il estcependant possible
defabriquer
industriellement des facteurs de libération des hormoneshypophysaires
comme le TRH, leLHRH ou le GRF Les
techniques
declonage
desgènes
permettent deplus
d’identifierbeau-coup
plus
facilement des facteurs derégulation
de l’activité cellulaire et de
disposer
desséquences
dADNcorrespondantes.
Des pro-téines recombinantes(insuline,
hormone decroissance,
etc...)
sontfabriquées
industrielle-ment pour des usages
cliniques.
Le nombre de cesprotéines
est en trèsrapide développement.
Ces
protéines
peuvent être obtenues àpartir
de bactéries delevures,
dechampignons,
deplantes,
de cellulesd’insectes,
du sang et du lait demammifères
transgéniques.
Uneapplica-tion aux animaux est devenue
possible.
Il estadmis
depuis
50 ans que desinjections
d’hor-mone de croissance augmentent trèssignificati-vement la
production
laitière des ruminantsdomestiques (15-25
%).
Cette observation n’a pu avoir dedéveloppement significatif
tant quela
protéine
n’avait pu être obtenue pargénie
génétique.
Il est admis que cegain
deproducti-vité,
qui
devrait se traduire par un abaissementdu
prix
de revient dulait,
n’est néfaste ni pourles animaux ni pour les consommateurs. Une
application
àgrande
échelle n’est toutefois pasencore autorisée dans les pays occidentaux pour diverses raisons
qui
ne sont pas pour l’es-sentiel d’ordrescientifique.
L’hormone de croissance
injectée
à des porcs favoriselégèrement
leur croissance. Elle permetsurtout de favoriser le
développement
dumus-cle et de réduire les
dépôts
degraisse.
Desinjections
systématiques
de cette hormone sontdonc
envisageables.
Elles sont toutefoisrelati-vement
contraignantes
étant donnée la courte vie de l’hormone dansl’organisme.
Desinjec-tions de solutions
qui
ne libèrent queprogressi-vement l’hormone sont en cours de mise au
point.
Latransgénèse
qui
estcapable
degéné-rer des animaux
exprimant
legène
de la GHpermet de s’affranchir des
injections répétées
d’hormone. Elle ne résoudra toutefois cepro-blème de manière définitive que
lorsque
l’ex-pression
destransgènes
GH sera bienmaîtrisée,
un excès de GH altérant la santé des animaux(Houdebine
1990).
Une surabondanced’hor-mone de croissance est
également bénéfique
pour despoissons
comme lessalmonidés,
mais,semble-t-il,
pas pour les oiseaux et lesrumi-nants.
La liste des
protéines
exerçant un contrôle sur l’activité cellulairequi
sont actuellementpréparées
pour des usages vétérinaires est encore réduite. On peut citer les interférons a et(3,
l’interleukine-2 et la FSH. Cette liste nepeut que
s’allonger.
Un desavantages
d’une telleapproche thérapeutique
est évidemmentque les
protéines
sont instables dans le sang etde toute manière inactivées lors de la cuisson et
la
digestion
de la viande. Elles sontdonc,
contrairement à certains stéroïdes par
exemple,
d’une totale innocuité pour le consommateur.Les
vaccins de la nouvelle
génération
Ce
chapitre
est traité dans l’article deJ.M.
Aynaud,
page 89.Le
contrôle
de la
reproduction
Un certain nombre de
techniques
contri-buent
déjà
en routine à améliorer lareproduc-tion des animaux
domestiques
et à accélérer la sélectiongénétique
(insémination
artificielle,
synchronisation
des chaleurs et desmise-bas,
transfert,
congélation
etclivage
desembryons).
De nouvelles
techniques
permettant
d’obtenirdes
embryons
précoces
en trèsgrand
nombresont en passe d’être maîtrisées chez
plusieurs
espèces
domestiques,
enparticulier
chez lesruminants. Ces
embryons
pourront être utilisésla sélection
génétique,
pour leclonage
desembryons
par transfert nucléaire et pour latransgénèse
(figure 2).
La
fécondation
in vitro
Les
embryons produits
in vivoaprès
super-ovulation et fécondation
peuvent
être obtenusen relative abondance. Ce matériel
biologique
est toutefois
hétérogène
dans la mesure où les momentsprécis
de l’ovulation et de laféconda-tion ne
peuvent
être connus avecprécision
invivo. Les
embryons produits
de cette manière sont deplus
d’unprix
relativement élevé. Il estpossible
d’obtenir in vitro une maturation desovocytes
àpartir
d’ovaires collectés sur desvaches à des stades
physiologiques
quelcon-ques au moment de
l’abattage.
Il est de mêmepossible
de réaliser in vitro lacapacitation
dusperme, la fécondation et le
développement
précoce
jusqu’au
stade de morula(8-32
cel-lules)
chez les ruminantsdomestiques (Crozet
1990).
Le rendement de cet ensembled’opéra-tions s’il est encore relativement faible est en constante amélioration et tout laisse penser
qu’il
est en passe d’avoir un véritableimpact
surl’élevage.
Le
clonage
des
embryons
Le transfert du noyau d’une cellule d’un
embryon
précoce
dans lecytoplasme
d’unembryon
au stade une cellule ou d’unovocyte
peut conduire au
développement
de cetembryon
reconstitué et à lagénération
d’unorganisme
entier. Cetteopération
qui
consiste àcloner un animal
(et
donc à lemultiplier
àl’in-fini sans passer par le
cycle
normal de larepro-duction)
a été réaliséedepuis
longtemps
chezles batraciens et
beaucoup plus
récemmentchez les mammifères. Il est
généralement
admis que c’est la différenciation du noyau
beaucoup
plus rapide
<:hez les vertébréssupé-rieurs
qui
rend leclonage plus
difficile chez cesespèces.
Le mécanisme de lareprogrammation
du noyauqui
passe d’une cellule d’unembryon
dans le
cytopolasme
d’unovocyte
est, pourl’es-sentiel,
inconnu. Leclonage
chez lesmammi-fères
comprend
lesétapes
suivantes :énucléa-tion de
l’ovocyte
parmicrochirurgie,
introduc-tion d’une celluleembryonnaire
dansl’em-bryon
auvoisinage
del’ovocyte
parmicromani-pulation,
fusion des membranes del’ovocyte
etde la cellule
embryonnaire
par un chocélectri-que, activation du nouvel
embryon (qui
mimel’activation normalement
provoquée
par lespermatozoïde
etqui
induit ledéveloppement
del’embryon).
Cettetechnique
a été réalisée avec succès chez lesbovins,
lesporcins,
lesovins et le
lapin (Marx
1988 ; Prather et al1989).
Elle deviendra une réalité dans les éle-vageslorsque
son rendementglobal
aura étéamélioré.
La
congélation
desovocytes
receveurs de noyaux et des noyaux de cellules donneusesavant
l’opération
de transfertapporterait
parailleurs une
grande souplesse
à l’ensemble desopérations
si elle arrivait à être maîtrisée. Lescaractéristiques génétiques
d’un individu nesont en effet que très
partiellement
connuesavant sa naissance. Une mise en réserve par
congélation
desblastocystes
donneurs denoyaux,
jusqu’à
l’évaluation despropriétés
dupatrimoine
génétique
de ces noyaux chez unanimal
adulte, permettrait
de ne réaliser le clo-nage que pour les individus lesplus
intéres-sants.La
transgénèse
chez les
animaux
Il y a bientôt 10 ans, la preuve a été donnée
qu’il
étaitpossible
d’introduire ungène
isolédans un
embryon
et de faire en sorte que cegène étranger
soitexprimé
chez l’animal adulteet transmis à sa descendance. Cette
opération,
appelée
transgénèse,
a maintenant été réaliséechez toutes les
catégories
d’animaux : insectes,vers,
mollusques,
poissons,
poulets,
petits
et gros mammifères.Les
méthodes
de
transgénèse
(figure
3]
La
microinjection
directe dugène
ensolu-tion dans l’un des
pronucléi
del’embryon
de mammifère aupremier
stade de sondéveloppe-ment a été la
première
méthode utilisée avecsuccès. Elle reste la seule
pratiquée
àgrande
échelle. Cette méthode est néanmoins
pénible
puisqu’elle implique
que lesembryons
aient étéisolés, microinjectés
puis
réintroduits dans unemère
adoptive.
Elle reste relativement peueffi-cace
puisqu’environ
2 % seulement desembryons
de sourismanipulés
deviennent des adultestransgéniques.
Le rendement devientnettement
plus
faible chez les autresespèces
de mammifères et il est admis que pour obtenir unanimal
transgénique,
il faut en moyenne 10souris
(donneuses
et receveusesd’embryons)
20 truies, 20 brebis et 40 vaches. Cesrende-ments sont loin d’être atteints en routine dans
tous les laboratoires. Il ne faut pas oublier par
ailleurs
qu’une partie
nonnégligeable
desani-maux
transgéniques
n’aqu’un
intérêt trèsréduit dans la mesure où ils
n’expriment
pas outrès peu le
transgène
qui
s’insère dans desrégions
totalementimprévisibles
dugénome
des animaux hôtes(Pursel
et al 1989 ; Brem1990).
Chez les invertébrés et les vertébrés
infé-rieurs et notamment chez les
poissons,
desinjections
d’ADN engrande
quantité
dans lecytoplasme
desembryons
au stade une cellulepermet d’obtenir des animaux
transgéniques
avec un très haut rendement. Ces animaux sont
cependant
mosaïques
dans presque tous les cas(Chourrout
et al1990).
L’utilisation de rétrovirus
jouant
le rôle devecteur a été
proposée
comme alternativeindis-pensable
chez desespèces
comme les oiseauxchez
lesquels
lamanipulation
desembryons
précoces
n’est pas assez maîtrisée pour que desmicroinjections
directes degène puissent
êtreenvisagées.
(Bosselman
et al1989).
Unetechni-que
permettant
ledéveloppement
desembryons
depoulet in
vitro a toutefois ouvertdes
perspectives
prometteuses(Sang
etPerry
1989).
L’utilisation de vecteurs non viraux mais
capables
de serepliquer
de manière autonome à une hautefréquence
sans êtreintégrés
augénome
de l’animal hôte ouvrirait desperspec-tives intéressantes dans la mesure où elle
amé-liorerait de manière considérable le rendement
La
transgénèse
offre
beaucoup
depossibilités
mais elle se heurteà
des
problèmes
techniques
et à la relative méconnaissancedes
gènes
à transférer. Protéine recombinante : Protéine synthétisée par unorganisme vivant sous la direction d’un gène qui lui a été transféré.
Mosaïque : Un animal est
mosaïque pour un
trans-gène si une partie seule-ment de ses cellules (y compris de ses cellules
germinales) abrite le
trans-gène. De même, un animal
chimère qui a reçu des cel-lules d’un autre animal au
stade embryonnaire est un
animal mosaïque puisque
de la
transgénèse.
Les vecteurs de ce typeactuellement
disponibles
ne sont pas d’une efficacité suffisante pour être réellementutilisa-bles.
Une autre méthode
qui
a été couronnée desuccès chez la souris consiste à utiliser des cel-lules souches
embryonnaires
(cellules ES)
qui
peuvent
être cultivées dans des conditions oùelles ne se différencient pas et où elles
gardent
donc leur
totipotence.
Ces cellulespeuvent in
vitro recevoir un
gène étranger,
êtresélection-nées
puis
réintroduites au milieu des cellulesd’un
embryon
en cours dedéveloppement.
Cette
opération
conduit à lagénération
d’ani-maux chimères et donc
mosaïques
pour letransgène
dans la mesure où au mieux unepar-tie seulement des cellules de l’adulte
(y
com-pris
de ces cellulesgerminales)
a legène
étran-ger. Les animauxtransgéniques
de la généra-tion suivante sonthomogènes
de cepoint
de vue et toutes leurs cellules ont letransgène
(Robertson
etal_ 1986).
Tout laisse à penser que cettetechnique
esttransposable
aux grosmam-mifères. L’utilisation des cellules ES
paraît
deplus
actuellement la seulequi permette
de substituer trèsprécisément
ungène endogène
par un
gène homologue
mutéplutôt
que desurajouter
ungène
étranger
augénome
del’hôte
(Mansour
et al1988).
Chez les oiseaux,des chimères réalisées à
partir
de cellules d’oeufs fraîchementpondus
permettent
d’envi-sager des choses semblables
(Petitte
et al1990).
L’introduction directe d’un
gène
dans lesspermatozoïdes
avant la fécondation a étépro-posée
mais nepeut
êtrereproduite
tellequ’elle
a été décrite(Brinster
et al1989).
Desmodifica-tions basées sur l’utilisation d’un
tampon
parti-culier et de
l’électroporation
semblent donner des résultats trèsprometteurs respectivement
chez le
poulet (E.
Revel,
résultats nonpubliés)
et chez les bovins(C.M.A.
Sirard,
résultats nonpubliés).
).
Les
applications possibles
de la
transgénèse
La
transgénèse
est devenue un outil de toutpremier
ordre pour des études fondamentalessur les mécanismes de contrôle de
l’expression
des
gènes
et sur leurs rôles dans le développe-ment et le fonctionnement des organes. C’estessentiellement la souris
qui
est utilisée pources études. La souris et
plus
rarement d’autresanimaux
transgéniques
commencentégalement
à être considérés comme d’excellents modèlesvivants pour des études
cliniques
etpharmaco-logiques.
Il est maintenant
prouvé
que des animauxtransgéniques peuvent
être utilisés comme fer-menteurs vivants pourproduire
desprotéines
rares d’intérêt
clinique
ou vétérinaire dans leur lait(Clark
et al1989)
ou leur sang(Massoud
etal
1990).
Si ceprocédé
devait atteindre le stadeindustriel il donnerait sans aucun doute une
grande
valeur aux animaux concernés. Unnombre relativement très faible suffirait
toute-fois à
produire
lesprotéines
recombinantes et ilest vraisemblable que ce sont les industries
Le véritable
impact
de latransgénèse
surl’élevage
aura lieulorsque
lescaractéristiques
phénotypiques
des animaux auront pu êtremodifiées par cette
technique.
Le transfert degènes
conférant aux animaux une résistancecontre les maladies
(vaccination génétique)
paraît
actuellement de cepoint
de vuel’opéra-tion la
plus
abordable.L’expression
de cesgènes
de résistance ne modifie pas de manièrenotable la
physiologie
des animaux dans lamajorité
des cas. Il n’en est pas de même desgènes
codant pour les hormones de croissance parexemple.
L’expression
incontrôlée destransgènes
des hormones de croissanceper-turbe en effet
grandement
la vie des animauxtransgéniques
chez laplupart
desespèces
(Houdebine
1990).
Un
transgène
contrôlé à volonté pour nes’exprimer qu’à
certains moments de la vie de l’animal est de toute évidence nécessaire. Iln’existe aucune
impossibilité théorique
à cetégard
mais force est de constater que cepro-blème n’est pas encore résolu.
Parmi les
projets qui
sont à l’étude etqui
ontdes chances raisonnables de conduire à
l’obten-tion de nouvelles
lignées
d’animaux on peutmentionner les
expériences qui
visent àaug-menter la
production
de laine chez les mou-tons. La croissance de la laine est en effetlimi-tée par la
disponibilité
de lacystéine
chezl’ani-mal. Le transfert des
gènes
demicroorganismes
permettant
la transformation de la sérine encystéine
rendrait les moutons moinsdépendant
de la
cystéine
de la ration(Rogers 1990).
Des études conduites chez les animauxmonogastriques
permettentd’envisager
le transfert desgènes
bactériensqui permettraient
la
synthèse
des acides aminés essentielscomme la
lysine (Rees
et al1990).
La
composition
du lait(qui
représente
20 à 30 % desprotéines
consommées dans les paysriches)
peut êtrechangée
par latransgénèse.
Latransgénèse
peutthéoriquement
permettre1
°
)
de modifier laproportion
des différentescaséines et ainsi
d’augmenter
laqualité
froma-gère
deslaits,
2&dquo;)
d’abaisser le taux de lactose et de(3-lactoglo-bine
qui
provoquent
des réactionsallergiques,
3°)
de materniser les laits en yexprimant
legène
de latransférine,
4&dquo;)
d’abaisser le taux delipides
ou de modifierleurs
compositions
en réduisantl’expression
du
gène
del’acétyl
CoAcarboxylase
et entransférant le
gène
de laA-2-désaturase,
5°) d’augmenter
l’état sanitaire de laglande
mammaire en y faisant
s’exprimer
despro-téines
qui
ont lapropriété
d’inactiver desagents bactériens
(lysozyme,
lysostaphine,
anti-corpsmonoclonaux, etc...).
).
Plus
généralement,
ilparaît
concevable de transférer par latransgénèse
à des animaux autres que des moutons desgènes
comme legène
Boroola deprolificité.
Il est bien clairtou-tefois que ceci ne sera
possible
quelorsque
laséquence
du ou desgènes
qui
confèrent lecaractère Boroola aura été identifiée et isolée. Il
n’est pas certain pour autant que le transfert de
ce ou ces
gènes
se traduiraautomatiquement
par uneprolificité
accrue des animauxtransgé-niques.
Eneffet,
trop peu de choses sont encoreconnues en ce
qui
concerne le mécanismed’ac-tion du
gène
Boroola en terme cellulaire etmoléculaire et les effets les
plus
inattendussont
possibles
avec un teltransgène.
Le transfert de
gènes
aux animauxdomesti-ques ne doit pas être restreint à la
transgénèse.
Il est en effet concevable de transférer des
gènes
aux cellulessomatiques
d’un animaladulte
qui
bénéficie alors desprotéines
pourlesquelles
il code. Une autreapproche
applica-ble aux ruminants peut consister à modifier les bactéries du rumen par
génie
génétique.
Cetteopération
potentiellement
très efficace estdéli-cate à
plusieurs
titres. Rien ne prouve en effet que les bactéries recombinéess’implanteront
durablement dans le rumen. Il sera par ailleurs difficile de contrôler la diffusion dans
l’envi-ronnement de ces bactéries.
Conclusion
Cet inventaire des recherches en cours n’est certainement pas
complet.
Il n’en est pourautant
probablement
pas moins excessif. Il esten effet
probable
que certains desprojets
actuels ne conduiront à aucune
application
parce que trop difficilement réalisables ouren-dus inutiles en face d’autres
techniques plus
simples.
La sélectiongénétique,
enparticulier
chez les
espèces
animales dont lecycle
dereproduction
est court, peut avoir conduit auxchangements
attendus avant que latransgénèse
ou les vaccins de la nouvelle
génération
ne soient devenus une réalité. Il n’en reste pas moins vraiqu’un gène
n’est transférable d’uneespèce
animale à une autre autrement que parla
transgénèse.
Le peu de succès rencontré par la
transgé-nèse animale en termed’application
peutlais-ser
planer
des doutes surl’importance
poten-tielle réelle de cette
approche.
Les succèsrem-portés
chez les animaux de laboratoire pour des études fondamentales et chez lesplantes
pourcertaines
applications
invitentplutôt
àl’opti-misme. Relativement peu de tentatives n’ont
encore été faites chez les animaux
domestiques
et les investissements dans ce domaine restentdonc
justifiés.
Laprochaine
décennie verradonc très
probablement
deschangements
dans laplupart
des domaines desbiotechnologies
animales. Ceschangements
ne seront querela-tivement
progressifs
et les retombées des études actuelles n’atteindrontprobablement
leur véritable dimension
qu’au
début du siècleprochain (Massey 1990).
Références
bibliographiques
BECKMANN J.S., SOLLER M., 1987. Molecular markers
in genetic improvement of farm animals. Biotechnology, 5, 573-576.
BOSSELMAN R.A., 1-ISU R.Y., BOGGS T., HU S., BUS-ZEWSKI J., OU S., LOZAR L., MARTIN E, GREEN C.. JACOBSEN E, NICOLSON M., SCHULTZ J.A., SEMON
K.M., RISHELL W., STEWAR’l’ R.G., 1989. Germe line transmission of exogenous genes in the chicken. Science,
243, 533-535. 5.
Vaccination
génétique :
Opération qui consiste à transférer un gène de résis-tance à une maladie qui
agit depuis l’intérieur de la
cellule sans faire
nécessai-rement intervenir le
sys-tème immunologique de
défense.
Electroporation :
Opéra-tion qui consiste à créer des pores dans la
mem-brane des cellules à l’aide
d’impulsions électriques qui
permetteni à I ADN en solu-tion de pénétrer dans les
BREM G., 1990. State of the art, limitations and prospec-tive of gene transfer in domestic mammals. 6&dquo; Réunion de l’Association Européenne de Transfert d’Embryons, 97-103.
BRINSTER R.L., SANDGREN E.P., BEHRINGER R.R.,
PALMITER R.D., 1989. No simple solution for making
transgenic mice. Cell. 59, 239-241.
CAMOUS S., CHARPIGNY G., GUILLOMO’l’ M., MAR-TAL J., SASSER R.G., 1989. Purification d’une protéine
bovine spécifique de la gestation chez la vache par
chro-matographie liquide à haute performance. XXVIème Réu-nion de la Société Française pour l’Etude de la Fertilité
(sous presse).
CASKEY C.T., 1987. Disease diagnosis by recombinant DNA methods. Science, 236, 1223-1228.
CHOURROUT D., GUYOMARD R., HOUDEBINE L.M.,
1990. Techniques for the development of transgenic fish :
a review. UCLA Symposium on Transgenic Models in Medicine and Agriculture. pp. 89-99. Edité par R.
Church, Wiley-Liss Inc.
CLARK A.J., BESSOS H., BISHOP J.O., BROWN P., HAR-RIS S., LATHE R., Mc CLENAGHAN M., PROWSE C.,
SIMONS J.P., WHITELAW C.B.A, WILMUT L, 1989.
Expression of human anti-hemophilic factor IX in thé milk of transgenic sheep. Biotechnology, 7, 487-492.
CROZET N., 1990. Manipulation of oocytes and in vitro
fertilization. J. Reprod. Fert. (sous presse).
GROSCLAUDE F., 1988. Le polymorphisme génétique des principales lacto-protéines bovines. INRA. Prod.
Anim., 1, 5-17.
HOUDEBINE L.M., 1990. Les manipulations génétiques :
comment améliorer la croissance. INRA. Prod. Anim., 3,
207-214.
JEFFREY A.J., WILSON V., THEIN S.L., 1985. Individual
specific fingerprints of human DNA. Nature, 316, 76-79.
JENNINGS P.A., MOLLOY P.L., 1987. Inhibition of SV40
replicase function by engineered antisense RNA
transcri-bed by RNA polymerase III. Embo J. 6, 3043-3046. LEONARD M., KIRSZENBAUM M., COTINOT C.,
CHESNE P., HEYMAN Y., STINNAKRE M.G., BISHOP C.,
DELOUIS C., VAIMAN M., PELLOUS M., 1987. Sexing
bovine embryos using Y chromosome specific DNA
probe. Theriogenology, 27, 248.
MANSOUR S.L., THOMAS K.R., CAPECCHI M.R., 1988.
Discription of proto- oncogenic int-2 in mouse
embryo-derived stem cells ; a general strategy for targeting
muta-tions to non-selectable genes. Nature, 336, 348-352.
MARX J.L., 1988. Cloning sheep and cattle embryos.
Science, 239, 463-464.
MASSEY J.M., 1990. Animal production in the year 2000
A.D. J. Reprod. Fert. Suppl. 41, 199-208.
MASSOUD M., BISCHOFF R., DALEMANS W., POINTU
H., ATTAL J., SCHULTZ H., CLESSE D., STINNAKRE
M.G., PAVIRANI A., HOUDEBINE L.M., 1990. Expression
of active recombinant human a1 antitrypsin in transgenic rabbits. J. Biotech. (sous presse).
Mc GRAN R.A. JACOBSON R.J., AKAMATSU M., 1988.
A male-specific repeated DNA sequence in the domestic
pig. Nucleic Acids Res. 16, 10389.
PETITTE J.N., CLARK M.E., LIU G., GIBBINS A.M.,
ETCHES R.J., 1990. Production of somatic and germ line
chimeras in the chicken by transfer of early blastodermal cells. Development, 108, 185-189.
PRATHER R.S., SIMS M.M., FIRST N.L., 1989. Nuclear
transplantation in early pig embryos. Biol. Reprod. 41,
414-418.
PURSEL V.G., PINKERT E.A., MILLER K.F, BOLT D.J.,
CAMPBELL R.G., PALMITER R.D., BRINSTER R.L.,
HAMMER R.E., 1989. Genetic engineering of livestock. Science, 244, 1281-1288.
REES W.D., FLINT H.J., FULLER M.F, 1990. A molecular
biological approach to reducing dietary amino acid
needs. Biotechnology, 8, 629-633.
ROBERTSON E., BRADLEY A., KUEHN M., EVANS M.,
1986. Germ-line transmission of genes introduced into
cultured pluripotential cells by retroviral vector. Nature,
323, 445-448.
ROGERS G.F.,1990. Improvement of wool production
through genetic engineering Tibtech. 8, 6-11.
SANG H., PERRY M.M., 1989. Episomal replication of
cloned DNA injected into the fertilised ovum of the hen
gallu.s domesticus. Mol. Reprod. Develop. 1, 98-106.
SARVER N., CANTIN E.M., CHANG P.S., ZAIA J.A.,
LADNE P.A., STEPHENS D.A., ROSSI J.J., 1990.
Ribo-zymes as potential anti-HIV 1 therapeutic agents.
Sciences 247, 1222-1225.
Summary
Animal
biotechnologies.
Recent progress in
biology, namely
those related to nucleic acids andproteins
function offer new verypromising strategies
fordomes-tic animals
breeding.
Nucleic acidprobes
allow sex determination in
early
bovineembryo.
Moregenerally,
the numerousprobes
which are
progressively becoming
availableand genome
maping
willgive
a much betterknowledge
of animals. Newstrategies
for selection which will be more subtle and fasterwill appear. The
bulky
preparation
ofrecom-binant
peptides
(antigens
frompathogenic
agents, hormones,
cytokins,
monoclonalanti-bodies...)
suggests
that new treatments ofani-mals will be used
routinely.
Newtechniques
related to mammals
reproduction:
in vitrooocyte
maturation, in vitrofertilization,
in vitroearly embryo development, duplication
of
embryos through cleavage
andcloning)
willbe
progressively
added to thealready
existing
techniques
(artificial
insemination,
embryo
transfer). They
will contribute to shorten thereproductive cycle
and selection programmes.Genetic
engineering
in the best situation will allow to administer aprotein
to animalsthrough
gene transfer to somatic cells(gene
therapy)
or toearly embryos
(transgenesis).
Genetherapy
maygive
thepossibility
to be no moreobliged
toinject
apeptide repeatedly
whereas
transgenesis
leads to thegeneration
of new animal breedsexhibiting
newgenetic
properties provided by
thetransgenes.
These methods which are the mostpotent
and themost
promising
will not become areality
for animalbreeding
before the end of thiscen-tury.
HOUDEBINE L.M., 1991. Les
