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UNIVERSITE NATIONALE D’ABOMEY-CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

DEPARTEMENT DE GENIE DE BIOLOGIE HUMAINE

Filière : Analyse biomédicale (ABM)

Année d’étude : 2ème année.

Cours : Génétique moléculaire.

Au :Professeur Clément

 AGBANGLA 

ANNEE ACADEMIQUE : 2011-2012

EXPOSE 

Les OGM & lES

 MUTATIONS

Présenté par :

MEHOUME Sabine 

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PLAN 

INTRODUCTION

I-  Généralité

II-  Les mutations

A- Les causes des mutations1-  La fiabilité de la polymérase et les erreurs de réplication2-  Des altérations affectant les bases3-  Les mutations spontanées du cadre de lecture

B- Agents mutagènes

III-  Les Organismes Génétiquement Modifiés (OGM) 

A- Quelques objectifs des OGM 

B- Origine des OGM 

C- Mécanismes entre mutation et OGM ; différents OGM

D- Quelques inconvénients liés à la manipulation génétique

Conclusion

Bibliographie

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INTRODUCTION

En génétique, une mutation est une modification irréversible de l'informationgénétique et héréditaire contenue dans un génome. De nombreux micro-organismes(bactéries, algues, levures) sont relativement faciles à modifier et à cultiver, et sont un

moyen relativement économique pour produire des protéines particulières à viséemédicale à travers ce procédé de mutation: insuline, hormone de croissance, etc. Cescellules ou organismes obtenues après la mutation sont des OrganismesGénétiquement Modifiés.  Un organisme génétiquement modifié (OGM) est unorganisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l'Homme. Jusqu'àun passé récent, la sélection naturelle au niveau des êtres humains n’a jamais dépasséla barrière d’une même espèce dans le monde vivant.

Actuellement, on assiste à un développement des techniques qui rendent

possible le transfert de gènes, non seulement entre des espèces du même règne, mais

aussi, des espèces du règne animal vers celles du règne végétal et vice versa.

Qu’entend-t-on en réalité par ( OGM ) et mutations ? 

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I- Généralités

Les scientifiques ont observé que suite à une insertion, effectuée partransformation de la plante à l’aide de l’ADN transgénique, des mutations du génomesont très souvent observées. Ces mutations sont soit des délétions (disparition d’un

  bout d’ADN), soit des réarrangements de l’ADN de la plante (modifications de la

 place des gènes), soit des introductions d’ADN superflu. Les chercheurs ont établi quela nature de la mutation dépend de la technique de transformation utilisée. Ainsi, enutilisant la bactérie Agrobacterium tumefaciens pour introduire le transgène, lesmutations sont des réarrangements tandis qu’avec le bombardement par par ticules, lesmutations sont plutôt des délétions. La fréquence de ces mutations suite à unetransformation va de la centaine à plusieurs milliers par génome. Selon les chercheurs,la fréquence et l’importance de ces mutations. La dénomination d' organisme

  génétiquement modifié  fait référence à une modification artificielle du patrimoine

génétique d'un organisme. Mais des mutations spontanées ainsi que des systèmes detransfert naturel d'ADN appelé transfert horizontal de gènes existent qui conduisent àl'apparition d'organismes dont le matériel génétique est inédit. Ainsi, par exemple, letabac  (  Nicotiana tabacum) et le blé  résultent de l'addition spontanée de génomesancestraux. Découvert à la fin des années 1950, le transfert horizontal de gènes  adepuis été reconnu comme un processus majeur de l'évolution des bactéries, maisaussi des eucaryotes. L'apparition de nouveaux gènes dans une espèce est un élémentimportant du processus d'évolution des espèces. Tout être vivant est composé d'une ou

plusieurs cellules. Chez les Procaryotes (bactérie par exemple), cet organisme n'a pasde noyau, et tous ses constituants sont mélangés, le matériel génétique également.Chez les Eucaryotes, il y a un noyau qui renferme l'information génétique, ce quipermet à l'organisme de pouvoir avoir plusieurs cellules différenciées (il existe deseucaryotes unicellulaire comme les levures). Les végétaux et les animaux sont desEucaryotes.

Ce noyau contient des chromosomes (voir schéma ci-dessous) qui ne sont pastoujours sous cette forme condensée. Ces chromosomes sont constitués de brins

d’ADN très condensés. L’ADN est la molécule qui porte l’information génétique. Elle

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est constituée de deux brins, portant des bases azotées. Vous pouvez en voir un boutsur le schéma mais en fait la molécule est bien plus longue que ça.

Un des brins d'ADN est lu par des ribosomes, l'autre servant à la réplication. Le

ribosome lit les bases par groupe de 3, appelés codons, chaque codon correspondant àun acide aminé. Ces acides aminés forment ensuite une protéine, ces protéines quivont être utilisées pour fabriquer les cellules et pour faciliter les réactions

 biochimiques. Avec l’information génétique contenue dans notre ADN, on peut donc

obtenir toutes les molécules de notre corps, directement ou indirectement. Chaqueprotéine est codée par un gène, c'est-à-dire une portion de la molécule d’ADN formantle chromosome.

Chez les eucaryotes, les cellules peuvent être différenciées, c'est à dire que même sielles ont des gènes identiques aux autres, leur fonction est différente. Chez leshumains, la quasi totalité des cellules sont différenciées. Ainsi, des cellules de peaupar exemple ont les mêmes gènes que les neurones, les cellules du foie etc. C'est laquantité de production de chaque gène qui entraîne ces différences.

II- Les mutations

1- Les causes des mutations 

L'origine des mutations spontanées

Les mutations sont des « erreurs de copie » du matériel génétique. Les grandescauses connues de mutations sont Les erreurs faites lors de la préparation à la divisioncellulaire, une très grande partie des erreurs commises au cours de la réplication dugénome sont corrigées immédiatement par des mécanismes complexes et efficaces de

réparation de l'ADN, et seule une faible part de ces erreurs deviennent des mutationstransmises aux cellules-filles.

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Une mutation spontanée résulte d'un processus naturel. On doit les distinguer desmutations induites qui résultent d’une interaction entre l’ADN et un agent extérieur ou

mutagène. Cependant, dans les deux cas, la plupart des mécanismes sont identiques.Toutefois les mutations qui résultent d’erreurs de réplication sont vraiment spontanées.

a-  La fiabilité de la polymérase et les erreurs de réplication

Une erreur de réplication avec mise en place d’un nucléotide incorrect entraîne une

mutation lors de la réplication suivante. La fréquence des erreurs de la polyméraseinflue sur la fréquence des mutations spontanées.

Il existe une 3’-5’ ex nucléase dont le rôle est veiller aux erreurs d’incorporation desnucléotides durant la réplication. Des mutations peuvent résulter de la présence d’une

exonucléase « correctrice » qui supprime à tort des paires de bases insérées par lapolymérase.

b- Des altérations affectant les bases

Les bases de l’ADN sont l’objet d’altérations structurales spontanées appelées

tautomérisations.

Chaque base peut exister sous deux formes : ainsi la guanine peut revêtir la forme «keto » ou la forme « enol ». Ces deux formes sont appelées tautomères ou isomèresstructuraux. La forme « keto » est plus courante. La forme « enol » peut apparaître partransfert d’un proton et d’électrons.

Les différentes formes de tautomères ont des propriétés d’appariements différentes. Si

durant la réplication, G est sous la forme « enol », la polymérase pourra positionner,en face, un T à la place d’un C parce que les modalités d’appariement ont changé (et

ce n’est pas une erreur de la polymérase) . Le résultat est une transition dudinucléotide G-C en A-T.

Un autre processus de mutagénèse est la dégradation spontanée d’une base. La

déamination de C en U est fréquente. Elle peut être réparée par un processus quidétecte l’uracile. Dans le cas contraire, le U engendre en vis à vis l’insertion d’un A et entraîne une transition de G-C en T-A lors de la réplication.

La désamination de la méthyl-cytosine en T peut aussi intervenir. La méthyl-cytosine

est présente dans le génome humain dans les séquences 5’CpG3’ qui n’existe

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normalement pas dans les séquences codantes des gènes. Cependant, si elle existe et sielle est désaminée en T, aucun système de réparation ne peut le reconnaître (car T estune base normale). CpG est donc un « point chaud ».

Le troisième type de mutation spontanée est constitué par les dégâts causés par lesradicaux libres de l’oxygène. Ceux-ci, dans la cellule, proviennent du métabolismeoxydatif et sont aussi généré par des agents physiques tels que les radiations. Lerésultat peut être la production de 8-hydroxyguanine qui s’apparie à tort avec Ainduisant une traversions de G-C en T-A.

Un autre type enfin, est l’alkylation (addition de groupes alkyl tels que méthyl, éthylou propyl) sur des bases ou le squelette de l’ADN. Il peut en résulter la formation de

complexes par exemple S-adenosyl-méthionine avec l’ADN. Les bases alkylespeuvent être des points de rupture ou de mauvais appariements

.

c-  Les mutations spontanées du cadre de lecture

Ce sont des secteurs avec un nucléotide répété :

Ex : 5’AGTCAATCCATGAAAAAATCAG3’

3’TCAGTTAGGTACTTTTTT AGTC5’Il peut s’agir d’un glissement entre le brin conservé de l’ADN et le brin en cours de

synthèse lors de la réplication. De tels secteurs sont des « points chauds ».

2- Agents mutagènes

La mutation est un phénomène spontané, dû à des erreurs dans le processus de

réplication de l'ADN. Mais, dans certaines circonstances, le taux de mutations peutêtre augmenté considérablement par des facteurs physiques ou chimiques, appelésagents mutagènes ;

•Certains types d'ondes électromagnétiques (rayons X, rayons gamma, les rayonsultraviolets).

•Des substances chimiques qui interagissent avec l’ADN (ou éventuellement avec

l'ARN) tels que pesticides, dérivés de benzène, solvants, etc.

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•Des substances chimiques qui interagissent avec des éléments impliqués dans la

réplication de l'ADN, comme la colchicine qui empêche la formation du fuseauachromatique d'où une altération du nombre de chromosomes.

•une modification du système de réparation de l'ADN, qui cesse alors de corriger leserreurs de réplications.

III- Les Organismes Génétiquement Modifiés (OGM)

A- Objectifs des OGM 

L’objectif des OGM est de fournir à des consommateurs éloignés des lieux de

production des produits aux aromes développés ( Meilleur qualité des aliments), desplantes produisant des sucres et aliments « zéro calorie» ; la réduction des protéinesallergiques dans certains aliments ;des pantes enrichies en vitamine A, huiles richesen acides gras spécifiques, etc….Désormais, e génie génétique permet ; par lamodification du patrimoine génétique de plantes, de leur faire synthétiser dessubstances vaccinantes ;des greffes d’organes d’animaux à l’homme ;des substituts desang qui pourrait être utilisés en cas d’urgence dans des situations de perte de sang

massives ; utilisation de moins de pesticides. 

B- Origine des OGM

Dans toute l'acception du terme, un « Organisme génétiquement modifié » est

un organisme vivant (micro-organisme, végétal ou animal) dont le génome  a été

modifié artificiellement. Cette acception inclut toutes les voies possibles de

modification de l'information génétique, allant de la méthode des croisements aux

outils du génie génétique. D'un point de vue législatif, un grand nombre de pays et d'organisations utilisent

une définition plus restrictive en référence à celle précisée lors du Protocole de

Carthagène sur la prévention des risques biotechnologiques  et qui entend par

« Organisme vivant modifié » « tout organisme vivant possédant une combinaison de

matériel génétique inédite obtenue par recours à la biotechnologie moderne ».

Cependant, cette définition n'est pas reconnue universellement. Certains pays, dont les

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États-Unis, ne font pas de ce recours à la biotechnologie moderne une notion

discriminante. Ainsi, si l’Union européenne, dans la directive 2001/18/CE définit un

OGM comme « un organisme, à l'exception des êtres humains, dont le matériel

génétique a été modifié d'une manière qui ne s'effectue pas naturellement par

multiplication et/ou par recombinaison naturelle » et si l’OCDE  définit les OGM

comme : « a plant or animal micro-organism or virus, which has been genetically

engineered or modified », les États-Unis considèrent qu'un OGM est un organisme

ayant subi un « changement dans le matériel génétique [...], que ce soit par

l'intermédiaire de la sélection classique, du génie génétique [ou] de la mutagenèse » .

Certains pays, comme par exemple le Canada, même s'ils acceptent la définition« restrictive », appliquent aux « OGM » la même règlementation  que celle qui a

cours pour les produits modifiés par des méthodes classiques.

Les controverses qui s'expriment à l'égard des « OGM » portent essentiellement

sur ceux qui relèvent de la définition « restrictive », soit ceux obtenus par génie

génétique. 

La transgénèse est l'opération de génie génétique la plus couramment utiliséepour l'obtention d'« OGM ». Ainsi, organisme transgénique, est souvent utilisé

comme synonyme d' organisme génétiquement modifié. Cependant, si un « organisme

transgénique » est toujours un « organisme génétiquement modifié », un « organisme

génétiquement modifié » n'est pas toujours un « organisme transgénique ».

L'intervention humaine conduisant à fabriquer des OGM consiste dans la majorité

des cas à ajouter une petite portion d'ADN  d'un organisme dans l'ADN d'un autreorganisme (transgénèse). Les techniques sont :

  Techniques de recombinaison de l'ADN impliquant la formation de nouvelles

combinaisons de matériel génétique par l'insertion de molécules d'acide nucléique, 

produites de n'importe quelle façon hors d'un organisme, à l'intérieur de tout virus, 

plasmide bactérien ou autre système vecteur et leur incorporation dans un organisme

hôte à l'intérieur duquel elles n'apparaissent pas de façon naturelle, mais où ellespeuvent se multiplier de façon continue ;

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  Techniques impliquant l'incorporation directe dans un organisme de matériel

héréditaire préparé à l'extérieur de l'organisme, y compris la micro-injection, la macro-

injection et le micro encapsulation ;

  Techniques de fusion cellulaire (y compris la fusion de protoplastes) ou

d'hybridation dans lesquelles des cellules vivantes présentant de nouvelles

combinaisons de matériel génétique héréditaire sont constituées par la fusion de deux

cellules ou davantage au moyen de méthodes qui ne sont pas mises en œuvre de façon

naturelle.

  Premiers pas des OGM 

Les premiers OGM sont des bactéries transgéniques. La première tentative de

transgénèse   par l’américain Paul Berg  et ses collaborateurs en 1972, consista en

l’intégration d’un fragment d'ADN du virus SV40, cancérigène, dans le génome de la

bactérie  E. Coli présente à l'état naturel dans le tube digestif humain. Cet essai avait

pour objectif de démontrer la possibilité de recombiner, in vitro, deux ADN d'origines

différentes. L'ADN recombinant ne put être répliqué dans la bactérie. Cependant,

devant la puissance des outils à leur portée, les scientifiques inquiets décident lors de

la conférence d'Asilomar d’un moratoire qui sera levé en 1977. 

En 1977, le plasmide Ti de la bactérie du sol   Agrobacterium tumefaciens est

identifié. Ce plasmide sert à cette bactérie de vecteur pour transférer un fragment

d'ADN, l'ADN-T (ADN de transfert, ou ADN transféré), dans le génome d'une plante.

Cet ADN comporte plusieurs gènes dont le produit est nécessaire à la bactérie au cours

de son cycle infectieux. Quelques années plus tard cette bactérie sera utilisée pour

créer les premières plantes transgéniques.

En 1978, une souche de levure (eucaryote) auxotrophe  pour la leucine  est

transformée par un plasmide d'origine bactérienne portant le gène LEU2.

En 1978, un gène humain codant l’insuline est introduit dans la bactérie

  Escherichia coli, afin que cette dernière produise l’insuline humaine. Cette insulinedite recombinante est la première application commerciale, en 1982  du génie

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génétique. L’insuline utilisée actuellement pour traiter le diabète est produite à partir

d’OGM. 

En 1982, le premier animal génétiquement modifié est obtenu. Il s'agit d'une

souris géante à laquelle le gène de l'hormone de croissance du rat a été transféré. En

1983, le premier végétal génétiquement modifié est obtenu : un plant de tabac modifié

pour résister à un antibiotique, la kanamycine.  1985, voit la première plante

transgénique résistante à un insecte : un tabac  dans lequel un gène de  toxine  de la

bactérie  Bacillus thuringiensis a été introduit.

En 2010, le premier organisme contenant un génome intégralement fabriqué par

l'homme est décrit dans le journal Science. Il s'agit d'une souche de  Mycoplasma capricolum dont le génome a été retiré est remplacé par le génome « JCVI-syn1.0 »

conçu par l'équipe de Craig Venter, donnant naissance à une souche  Mycoplasma

 mycoides . Le génome a été créé par la synthèse de 1 078 oligonucléotides de 1 080

paires de bases, c'est 1 078 fragments ont été assemblés en 109 fragments de 10 080

paires de bases, eux-mêmes assemblés en 11 fragments de 100 000 paires de bases

finalement réunis au sein du génome circulaire de 1 077 947 paires de bases.

C- Mécanismes entre mutation et OGM ; différents OGM

Un grand nombre d'OGM sont crées dans le but de mener des expériences

scientifiques. La modification du génome d'un organisme est aujourd'hui l'un des

outils les plus utilisés pour comprendre le fonctionnement d'un organisme.

De nombreux  micro-organismes  (  bactéries ,  algues ,  levures ) sont relativementfaciles à modifier et à cultiver, et sont un moyen relativement économique pour

produire des protéines particulières à visée médicale: insuline, hormone de croissance,

etc. Des essais sont également menés dans le même but à partir de mammifères, en

visant la production de la protéine recherchée dans le lait, facile à recueillir et traiter.

Les protéines ainsi obtenues, dites recombinantes ne sont pas elles-mêmes des OGM.

Les principales plantes cultivées (soja, maïs, coton, tabac, etc.) ont des versions

génétiquement modifiées, avec de nouvelles propriétés agricoles : résistance aux

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insectes, résistance à un herbicide, enrichissement en composants nutritifs. Cependant,

dans le contexte agro-alimentaire, ces nouvelles variétés suscitent des controverses.

Les principales  plantes OGM cultivées  en 2006 sont le soja, qui sert à

l’alimentation du bétail, et le maïs. 

Les animaux transgéniques  sont plus difficiles à obtenir, et les variétés ainsi

obtenues ne sont pas encore commercialisées à des fins de consommation.

Si une lignée d’hommes était issue de modifications génétiques, elle ferait partie des

OGM.

  Production des OGM de la sélection génétique à la transgénèse

La sélection génétique consiste à ne conserver que les organismes vivants qui

ont les caractéristiques souhaitées par le sélectionneur. Une telle opération n'a de sens

que parce que les caractères génétiques sont héréditaires et qu'ils peuvent varier

spontanément d'une génération à l'autre.

Les mécanismes induisant ces variations, appelés mutations, ont lieu chez

toutes les espèces. Il s'agit de la modification d'une base de l'ADN qui résulte soitd'une erreur de copie, lorsque l'ADN se réplique pour donner deux cellules filles, soit

de l'effet mutagène d'une substance chimique ou d'un rayonnement. Chez les

organismes les plus rudimentaires, des conditions de stress peuvent aussi induire une

instabilité de l'ADN, ce qui met l'individu en péril mais offre plus de chances à

l'espèce de s'adapter aux conditions auxquelles elle est soumise. Certaines mutations

ne portent pas que sur la modification de bases de l'ADN, mais sur des remaniementsplus ou moins profonds des chromosomes qui ont un impact majeur sur l'évolution

des organismes vivants.

  Élaboration des organismes transgéniques

Hormis pour la xénobiologie, la possibilité de fabriquer un OGM repose sur le

fait que le langage génétique est universel dans tout le monde du vivant connu à ce

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 jour. Du fait de cette universalité, un gène, issus d'un organisme « donneur », peut être

introduit dans un organisme « receveur », lequel le prenant à son propre compte, est en

mesure de le décoder et ainsi fabriquer la (ou les) protéine(s) qui lui correspond,

chacune de celles-ci ayant une fonction. Cette linéarité basée sur une interprétation du

dogme central de la biologie moléculaire s'avère en réalité plus complexe :

  un gène pourra coder plusieurs protéines 

  une protéine pourra avoir plusieurs fonctions 

  l'expression d'un gène dépend de divers facteurs environnementaux. 

  l'universalité du code génétique, ne suffit pas à garantir que l’expression d'un

gène d'un organisme s'opèrera ou s'opèrera correctement dans un autre organisme. Un

certain nombre d'informations contenues dans les gènes ne sont pas (ou mal)

comprises d'une espèce à une autre. Une série de modifications du gène s'avère alors

nécessaire. Le transgène introduit in fine n'est donc pas le gène original mais un gène

modifié, une Construction Génétique Artificielle.

  même si le gène introduit dans le nouvel organisme est traduit effectivement en

la protéine qu'il est censé exprimer, il n'est pas en l'état des connaissances d'apprécier

empiriquement et systématiquement que la transgénèse n’a pas modifié la qualité de la

protéine en question. Les maladies génétiques à prion sont dues à de simples défauts

de repliement d'une protéine particulière. Postérieurement à la transgénèse, la protéine

peut faire l'objet de modifications post-traductionnelles nécessaires à sa fonctionnalité.

L'environnement cellulaire variant d'un organisme à un autre, il n'est pas en l'état des

connaissances d'apprécier l'identité supposée exister entre le lieu d'expression originel

de la protéine (dans l'organisme « donneur ») et son lieu d'expression final (dans

l'organisme « receveur »).

  Les différentes étapes de la création d'un OGM sont :

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  L'identification et le clonage  de la séquence d'intérêt à introduire dans

l'organisme cible,

  La réalisation du transgène, c'est-à-dire la molécule d'ADN à introduire dans

l'organisme cible, il peut s'agir de la séquence d'intérêt seule, ou d'une séquence

comportant plusieurs gènes.

  L'introduction du transgène dans une cellule de l'organisme cible, puis son

intégration au génome.

  Dans certains cas une étape de régénération d'un organisme complet est

nécessaire (par exemple on peut modifier une cellule végétale à partir de laquelle une

plante se développera).Le dernier point comporte deux étapes essentielles, différentes l'une de l'autre,

mais souvent confondues. Le transfert d'une molécule d'ADN dans un organisme et le

transfert de cette même molécule dans le génome de l'organisme. Cette confusion est

renforcée par l'utilisation du terme vecteur qui désigne à la fois, une molécule d'ADN

comportant le ou les gènes d'intérêt (plasmides,  transposons,  virus  (génome)), ou

l'organisme vivant (Agrobacterium tumefaciens, virus) qui permet l'introduction dupremier vecteur dans l'organisme cible.

D- Quelques inconvénients liés à la manipulation des OGM

Ils se rencontrent surtout dans le règne végétal et dans l’élevage. Ces

inconvénients sont multiples. Quelques exemples :

-  Le génie génétique utilise certaines substances pour faciliter les manipulations

génétiques et qui restent après dans les OGM. De ce fait, ils font peser de graves

menaces sur la santé des personnes qui les consomment (poulets, pommes de

terre, légumes manipulés….) 

-  La technologie des OGM permet le transfert de gènes de certaines cultures

tropicales vers certaines cultures tempérées. Ceci rend possible leur production

en zone tempérée, empêchant ainsi les pays tropicaux de trouver un marché

pour vendre leur produit : ex : du coton, du café, du cacao….. 

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-  Les OGM peuvent poser dans certains cas des problèmes de pollution génétique

et constituer une menace pour l’environnement. 

Ex des pollens d’OGM qui se répandent dans la nature

Introduction d’OGM résistants à leurs prédateurs dans un

milieu aquatique entraînant une désorganisation de

l’écosystème et de la chaîne alimentaire. 

CONCLUSION

De nos jours, les OGM représentent un grand espoir dans de nombreux domaines

thérapeutique. Leur développement dans la production de médicament doit êtreencouragé car ils participent non seulement aux traitements de maladiesactuellement incurables, mais ils permettent aussi de faire progresser la connaissance

 physiopathologique de nombreuses maladies en dépit des risques qu’il en possède. 

BIBLIOGRAPHIE

  www.google.fr consulté le 18/02/12 

  Cahier de physiologie cellulaire du Professeur-Assistant, Casmir D.AKPOVI