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clonage

(de clone)

Expérience en laboratoire
Expérience en laboratoire

Technique permettant d'obtenir en laboratoire des lignées de cellules ou des embryons à partir d'une cellule, sans qu'il y ait fécondation.

La notion de clonage recouvre un ensemble de techniques permettant d'obtenir la réplication à l'identique d'une cellule ou d'un organisme, par multiplication végétative ou asexuée. La population ainsi obtenue, constituée de cellules ou d'organismes possédant tous le même patrimoine génétique, forme un clone. Chacun des éléments constitutifs de cette population peut être lui même qualifié de clone.

Le clonage est très utilisé en génétique et en biologie moléculaire. Il permet, par exemple, d'obtenir un grand nombre de bactéries possédant toutes le gène particulier que l'on veut étudier. Pour cela, il suffit d'insérer dans une bactérie le gène qui fait l'objet de l'étude et de permettre à cette seule bactérie modifiée de se multiplier.

Le clonage thérapeutique consiste à cultiver des cellules souches en les orientant vers des cellules de tissus donnés, tels que la peau, le tissu nerveux, le muscle, le foie, etc. Leur introduction dans l'organe lésé d'un malade pourrait induire une régénération du tissu déficient : myocarde en cas d'infarctus, cellules nerveuses en cas de maladies dégénératives (comme celles d'Alzheimer ou de Parkinson), pancréas en cas de diabète, etc.

Le clonage reproductif, consistant à transférer le noyau d'une cellule adulte quelconque (autre qu'un spermatozoïde) dans un ovule dont il remplace le noyau, soulève de nombreuses questions éthiques, s'il est appliqué à l'homme. Il a été déclaré « contraire à la dignité humaine » par l'UNESCO, en 1997, dans la Déclaration universelle sur le génome humain et les droits de l'homme, adoptée par l'Assemblée générale des Nations unies, en 1998.

1. Dates clés du clonage

DATES CLÉS DU CLONAGE

Clonage de cellules ou d'individus

1910A. Carrel ; culture de cellules animales.
1939Culture de cellules végétales.
1952R. Briggs, T. King ; transfert de noyau à partir de cellules embryonnaires (têtard) chez la grenouille.
1962J. Gurdon ; transfert de noyau à partir de cellules différenciées (intestinales) chez le crapaud.
1973J. Gurdon ; premier clone viable de crapaud.
1979S. Willadsen ; agneaux jumeaux obtenus par scission d'embryon.
1986S. Willadsen ; clones d'agneaux par transfert de cellules embryonnaires.
1993J. Hall, R. Stillman ; début de clonage humain par scission d'embryon non viable.
1996I. Wilmut, K. Campbell ; premier clone de brebis adulte (Dolly), par transfert de cellule différenciée dans un ovocyte.
1997Clones de singes par transfert de cellules embryonnaires dans un ovocyte.
1999Premier clone humain obtenu par transfert de noyau d'une cellule de peau dans un ovocyte de vache. Expérience stoppée au 12jour.

Clonage de gène

1953J. D. Watson, F. Crick ; structure tridimensionnelle de l'ADN.
1965 à 1970Découverte des premières enzymes de restriction.
1973S. Cohen, H. Boyer ; fusion de l'ADN de deux espèces de bactéries : première manipulation génétique.
1977Première bactérie transgénique (produisant une protéine humaine).
1981Premier mammifère transgénique (souris).
1983Première plante transgénique (tabac).
1985Porc transgénique.
1991Vache transgénique.
1997I. Wilmut ; premier clone transgénique (brebis Polly).
1998Clones de veaux transgéniques.

 

2. Clonage : la table de multiplication revue par la biologie

Le clonage exploite deux des propriétés essentielles de la cellule : celle-ci mène une vie autonome et elle se reproduit. Sur un milieu nutritif adapté, une seule cellule donne naissance à des millions de cellules identiques. En quelques heures on obtient un clone. Dès le début du xxe s., des cultures de tissus d'animaux et de végétaux ont été tentées. La culture de peau humaine est aujourd'hui pratiquement maîtrisée. On sait aussi reconstituer un plant végétal entier à partir de quelques cellules isolées. Cette multiplication végétative in vitro, la micropropagation, se substitue au bouturage traditionnel. Ainsi une seule plante (légume, arbre fruitier, essence forestière) peut être reproduite à des milliers d'exemplaires. L'animal peut aussi être cloné. Les vrais jumeaux sont issus d'une seule cellule œuf, l'ovocyte fécondé qui s'est divisé en deux. En scindant artificiellement cet ovocyte au stade cellule œuf ou embryon précoce, on obtient à volonté des jumeaux. Cette technique est maîtrisée chez les mammifères depuis 1979.

Une troisième technique de clonage a émergé de deux observations : d'une part, le noyau des cellules d'un organisme contient toutes les instructions nécessaires au développement complet d'un individu ; d'autre part, les premières générations de cellules issues de la division initiale de l'œuf sont indifférenciées et rigoureusement identiques. Il est donc possible d'obtenir un individu en remplaçant le noyau d'un ovocyte non fécondé par celui d'une de ces cellules indifférenciées. C'est le clonage par transfert de noyau, expérimenté d'abord sur des crapauds à partir de 1952, et réussi pour les mammifères en 1985.

Qu'il s'agisse de lignées obtenues par scission d'embryon ou par transfert de noyau, le recours à la reproduction sexuée reste indispensable. Le clone obtenu est constitué d'individus identiques entre eux mais différents de leurs parents. Le résultat est satisfaisant sur le plan quantitatif, mais ne donne aucune certitude de qualité. Pour obtenir de véritables répliques d'un individu adulte donné, il fallait éviter la fécondation, et utiliser des cellules différenciées (cellules du foie, des muscles, etc.). Toutes partagent le même matériel héréditaire, dont une partie s'exprime, le reste étant « inactivé ».

Jusqu'aux travaux de l'équipe écossaise de Ian Wilmut, les scientifiques pensaient qu'il n'était pas possible de « réactiver » tous les gènes. À partir d'une cellule mammaire, Wilmut et son équipe sont parvenus à reproduire un individu complet. Ce type de clonage permet d'obtenir, en théorie, un nombre illimité de clones, identiques à l'individu adulte initial. La mise bas par la brebis Dolly d'une agnelle en avril 1998 montre en outre que de tels clones sont non seulement viables mais aussi féconds.

3. Le clonage des gènes

Certaines techniques du génie génétique permettent de ne cloner qu'un fragment d'A.D.N., portant un ou quelques gènes. Ces méthodes reposent sur la complémentarité fondamentale des deux brins en hélice de la molécule d'A.D.N., connue depuis 1953 et les travaux de J. Watson et F. Crick. Quand la molécule d'A.D.N., dont chaque chromosome est constitué, se duplique au moment de la division cellulaire, il se forme deux molécules « sœurs » d'A.D.N., strictement identiques, qui se répartissent ensuite dans les cellules filles. Parallèlement, la biochimie a démontré que les protéines sont de longues chaînes constituées d'unités élémentaires, les acides aminés, dont l'ordre et l'agencement sont inscrits sous une forme codée sur la molécule d'A.D.N. L'expression d'un gène est donc matérialisée par la synthèse d'une protéine chargée d'accomplir une fonction spécifique dans la cellule. Depuis la fin des années 1960, un certain nombre d'enzymes capables de couper, de coller ou de synthétiser des segments spécifiques d'A.D.N. ont été identifiées. Ces enzymes constituent de précieux outils pour manipuler les gènes ou pour les transférer d'un organisme à un autre. C'est une bactérie des intestins, Escherichia coli, qui sert de « cobaye ». L'utilisation de bactéries est facilitée par le fait que celles-ci se reproduisent par simple division (elles constituent donc des clones naturels), ainsi que par la présence de petites molécules d'A.D.N. accessoires, les plasmides, qui constituent des vecteurs de manipulation très pratiques. La même technique peut être appliquée aux animaux et aux plantes, en insérant un gène directement dans les chromosomes. Comme il n'existe pas de vecteur naturel de type plasmide, on a recours à des vecteurs infectieux non pathogènes, tels que certains rétrovirus.

4. La société face au clonage et au génie génétique

Grâce au clonage, on dispose d'ensembles homogènes d'individus pour mener des expériences et des tests, ce qui limite les difficultés d'interprétation et favorise la reproductibilité des expériences.

Le clonage par transfert de noyau permet d'entrer dans l'intimité des mécanismes de la différenciation cellulaire, et de mieux comprendre les processus de cancérogenèse, ainsi que les modalités de l'interaction entre l'acquis et l'inné au niveau des cellules. Cette technique permet en outre de conserver et de sélectionner les animaux et les plantes présentant un intérêt économique pour les industries agroalimentaire et pharmaceutique. Le clonage de gène permet de produire des substances thérapeutiques (hormones, par exemple) et des vaccins. Les conditions d'utilisation ne changeant rien pour le consommateur, l'immersion de cette nouvelle technologie dans notre société se fait de manière transparente et imperceptible.

5. Avenir du clonage et de la transgenèse

La technique du clonage de gènes permettra la création d'animaux transgéniques pour expérimenter des thérapies géniques, ou pour produire des organes en vue de transplantations. Dans l'agroalimentaire, elle permet déjà de créer des plantes résistant à la sécheresse, au gel, aux herbicides, ou à leurs ennemis naturels (insectes nuisibles, par exemple).

Plusieurs catastrophes écologiques et sanitaires particulièrement spectaculaires sont survenues ces dernières années, certaines liées à la technologie de la chimie (Bhopal), des hydrocarbures (marées noires), ou du nucléaire (Tchernobyl), d'autres à la production industrielle dans l'agroalimentaire (maladie de la vache folle). Elles ont contribué à rendre le public, les politiques et une partie de la communauté scientifique, plus méfiants vis-à-vis des nouvelles technologies. Le clonage et la production d'O.G.M., loin d'échapper à cette tendance, l'ont même cristallisée. La banalisation des manipulations génétiques sur l'animal est en effet ressentie comme le prélude à celles pratiquées chez l'homme. Les risques, s'ils sont probablement très exagérés, n'en sont pas moins réels. Ainsi, dans le domaine de la production d'O.G.M., on a montré récemment que les chenilles de la pyrale du maïs, contre lequel le maïs transgénique était sensé se défendre, développe déjà une résistance importante à la toxine produite par la plante. Parallèlement, on a mis en évidence l'extrême sensibilité des monarques, de superbes papillons migrateurs qui sont l'un des fleurons de la faune entomologique américaine. Ainsi risque-t-on d'aboutir aux mêmes résultats qu'avec les pesticides : la résistance des espèces nuisibles et la raréfaction – sinon l'extinction – d'autres espèces.

6. Vers le clonage humain

La détection des anomalies génétiques et l'assistance médicale à la procréation (mères porteuses, bébés éprouvette, etc.) sont déjà globalement assimilées par la société. Le clonage humain est maintenant techniquement possible… et commence même à faire l'objet d'expérimentations : le 25 novembre 2001, la société américaine d'ingénierie génétique ACT (Advanced Cell Technology) a annoncé la réalisation du premier clonage d'embryons humains à des fins thérapeutiques : trois embryons, obtenus par la même technique que celle ayant permis la naissance de la brebis Dolly, se sont développés pendant 72 heures, jusqu'au stade de 6 cellules. Les chercheurs ont justifié cette première par les perspectives hautement prometteuses de la médecine dite régénératrice, qui vise à utiliser des cellules souches embryonnaires humaines pour élaborer des tissus de rechange destinés à soigner certaines maladies (Alzheimer, Parkinson, cancer, diabète…). Bien que les responsables de la firme américaine aient affirmé ne pas vouloir créer des êtres humains clonés mais seulement chercher à mettre au point des thérapies nouvelles, cette première scientifique a relancé le débat sur le clonage, beaucoup d'observateurs considérant qu'un pas de plus a été franchi vers le clonage à but reproductif, condamné par la quasi-totalité des instances nationales et internationales en charge des questions relatives à la bioéthique.

Au-delà des considérations éthiques, le clonage de l'homme se heurte pour l'instant à un problème technique majeur. En 1999, les concepteurs de Dolly ont en effet fourni une preuve indiscutable de ce que nombre de chercheurs soupçonnaient déjà : si une cellule différenciée, prélevée sur un adulte, peut effectivement être reprogrammée pour donner naissance à un nouvel individu, les chromosomes n'en subissent pas moins un processus de vieillissement inexorable. En d'autres termes, si l'âge apparent de Dolly est de 3 ans, son âge réel (c'est-à-dire son âge biologique) est celui de sa mère, soit 9 ans. Ce n'est pas parce qu'on remonte une pendule qu'on la rajeunit…