Savais-tu que le premier animal cloné était une brebis nommée Dolly ? Depuis, le clonage est devenu une technique courante en biologie. Il s'agit d'un processus par lequel on obtient des copies génétiquement identiques d'un individu. Il existe deux types de clonage, le clonage naturel et le clonage artificiel. Chacun a ses avantages et ses inconvénients. Dans ce résumé de cours, nous étudierons les différents types de clonage et les exemples illustratifs de chaque catégorie, tels que la brebis Dolly et les jumeaux homozygotes.
Clonage naturel
Le clonage naturel est un phénomène qui se produit lorsque des organismes se reproduisent de manière asexuée.
Cette méthode de reproduction permet à un individu de donner naissance à un ou plusieurs descendants sans qu'il y ait fécondation, ce qui donne lieu à des organismes génétiquement identiques.
Reproduction asexuée
La reproduction asexuée est une forme de clonage naturel qui se produit chez de nombreux organismes vivants, y compris les bactéries, les plantes et certains animaux. Dans ce processus, les cellules se divisent et se multiplient pour donner naissance à des organismes génétiquement identiques à l'organisme parent. La reproduction asexuée peut prendre plusieurs formes, telles que la fission binaire, la parthénogenèse et la sporulation.
Fission binaire
La fission binaire est une forme de reproduction asexuée dans laquelle l'organisme parent se divise en deux cellules filles. Il s'agit de la principale méthode de reproduction des procaryotes, tels que les bactéries et les archées, mais elle existe également chez les vers plats et les protistes.
Pour commencer le processus, la cellule s'agrandit progressivement afin d'avoir suffisamment de membrane pour contenir le contenu cellulaire nécessaire aux deux cellules filles. La cellule duplique ensuite son matériel génétique avant d'attacher chaque copie aux extrémités opposées de la cellule mère. Enfin, la cellule se sépare en deux nouvelles cellules en formant une nouvelle paroi cellulaire au milieu de la cellule mère, puis en séparant la cellule en deux nouvelles cellules filles.
Parthénogenèse
La parthénogenèse est une forme de reproduction dans laquelle un gamète se développe en un nouvel organisme sans subir de fécondation.
Ce phénomène se produit généralement avec les gamètes femelles, mais aussi avec les gamètes mâles. Il existe de nombreux sous-types de parthénogenèse, qui n'aboutissent pas tous à des organismes clonaux. La parthénogenèse se produit chez les plantes, les insectes et de nombreux types d'animaux. Les organismes qui utilisent cette forme de reproduction peuvent le faire de manière obligatoire (parce qu'ils n'ont pas d'autre moyen) ou facultative, c'est-à-dire que la méthode de reproduction utilisée change en fonction des conditions environnementales.
Sporulation
Les spores sont de petites cellules reproductrices unicellulaires qui peuvent être utilisées lors de la reproduction asexuée ou sexuée. Elles sont généralement plus robustes que la cellule mère, ce qui permet à la population de survivre à des stress environnementaux auxquels elle n'aurait pas pu survivre autrement. Ce ne sont pas des gamètes, car les spores n'ont pas besoin de fusionner avec une autre cellule pour créer un nouvel organisme, étant donné que les spores formées lors de la reproduction sexuelle sont déjà fécondées par la fusion des gamètes avant leur formation.
Les spores utilisées dans la reproduction asexuée sont formées par mitose et, lorsqu'elles sont exposées à des conditions environnementales appropriées, elles se transforment en de nouveaux organismes identiques aux parents.
Cette stratégie est utilisée par les bactéries, les plantes, les champignons, les protozoaires et les algues.
Fig. 1 - Spores de fougère contenues dans des structures appelées sporanges, qui, une fois libérés créent des clones de la fougère originale
Reproduction végétative
La reproduction végétative, aussi appelée multiplication végétative, est un type spécifique de reproduction asexuée qui se produit chez les plantes. Elle permet aux plantes de se reproduire sans l'intervention des gamètes. Dans ce processus, les plantes produisent des clones en développant de nouvelles pousses à partir de racines ou de tiges. La plupart des plantes peuvent se reproduire de cette manière, notamment les fraises, les pommes de terre et les bananes.
Fig. 2 - Illustration de la formation de nouvelles plantes à partir de stolons, avec le parent initial à droite et les nouvelles plantes à gauche, à différents stades de croissance
La reproduction végétative peut se produire par différents mécanismes, tels que la fragmentation et le bourgeonnement pour en citer deux.
Le bourgeonnement
Le bourgeonnement est une forme de reproduction similaire à la fission binaire, à une différence près. Au lieu de dupliquer l'ADN puis de diviser la cellule mère en deux cellules filles de taille identique, éliminant ainsi la cellule mère, la nouvelle cellule se développe comme une petite projection à partir de la cellule mère.
Il s'agit d'une méthode de reproduction utilisée principalement par les membres du genre animal Hydra, ainsi que par les levures (un type de champignon unicellulaire). Le matériel génétique de l'organisme est dupliqué et placé dans le petit affleurement de la membrane cellulaire qui, avec le temps, mûrit en une nouvelle cellule. Cette dernière finit par se détacher du corps principal, formant une nouvelle cellule plus petite, et laissant la cellule mère derrière elle pour se reproduire à nouveau. Ce processus est illustré ci-dessous dans la figure 1.
Fig. 3 - La levure Saccharomyces cerevisiae se reproduit par bourgeonnement
Fragmentation
La fragmentation est, comme son nom l'indique, la formation de clones à partir de fragments plus petits de l'organisme parent. Cela peut se produire soit intentionnellement, par la formation de sections de l'organisme conçues pour être intentionnellement détachées ou brisées, afin de se développer plus tard en nouveaux clones, soit involontairement à la suite d'un traumatisme de l'organisme.
Ces fragments repoussent ensuite pour former deux nouveaux organismes entiers qui sont génétiquement identiques à l'organisme dont proviennent les fragments, créant ainsi des clones. La fragmentation se produit chez de nombreux organismes, notamment les étoiles de mer, certains vers, les éponges et les champignons.
Jumeaux homozygotes
Les jumeaux homozygotes, également appelés jumeaux monozygotes ou vrais jumeaux, sont un exemple de clonage naturel qui se produit chez les humains. Ils résultent de la division d'un seul ovule fécondé en deux embryons distincts. Ces jumeaux partagent le même patrimoine génétique et sont donc génétiquement identiques.
Avantages et inconvénients du clonage naturel
Le clonage naturel présente des avantages et des inconvénients. Parmi les avantages, on peut citer la rapidité de la reproduction et l'absence de besoin de trouver un partenaire pour la reproduction. Cependant, le clonage naturel limite la diversité génétique, ce qui peut rendre les populations plus vulnérables aux maladies et aux changements environnementaux.
Clonage artificiel
Le clonage artificiel est une technique développée par les scientifiques pour créer des copies génétiquement identiques d'un organisme. Il existe plusieurs méthodes de clonage artificiel que nous verrons ici.
Clonage moléculaire
Le clonage moléculaire est une technique utilisée pour créer des copies identiques de molécules d'ADN. Cette méthode est couramment utilisée dans les laboratoires de recherche pour étudier les gènes et les protéines qu'ils codent. Le clonage moléculaire implique l'insertion d'un fragment d'ADN d'intérêt dans un vecteur, qui est ensuite introduit dans une cellule hôte (généralement une bactérie). La cellule hôte se divise et se multiplie, produisant de nombreuses copies du vecteur contenant le fragment d'ADN cloné.
Un vecteur est un organisme ou une substance utilisé pour transférer du matériel génétique d'un organisme à un autre, souvent dans le but de produire des organismes génétiquement modifiés ou d'étudier le fonctionnement des gènes.
Clonage de gènes
Le clonage de gènes est une technique utilisée pour créer des copies spécifiques de gènes individuels. Cette méthode est similaire au clonage moléculaire, mais elle se concentre sur la copie et l'amplification d'un gène spécifique plutôt que d'une séquence d'ADN plus large. Le clonage de gènes est souvent utilisé pour produire des protéines recombinantes à des fins de recherche ou de traitement médical.
Les protéines recombinantes sont des protéines produites par des organismes génétiquement modifiés, où un gène d'intérêt a été inséré pour exprimer la protéine désirée. Ces protéines sont largement utilisées en recherche et en biotechnologie.
Clonage d'organismes entiers
Le clonage d'organismes entiers implique la création d'un nouvel organisme génétiquement identique à un organisme existant. Cette technique est beaucoup plus complexe que les méthodes de clonage moléculaire et de clonage de gènes, car elle nécessite la manipulation et la régulation de nombreux gènes et processus cellulaires. Le clonage d'organismes entiers a été réalisé avec succès chez plusieurs espèces animales, notamment les mammifères.
Clonage reproductif
Le clonage reproductif est un type de clonage artificiel dans lequel un embryon est créé en laboratoire à partir d'une cellule somatique adulte, puis implanté dans l'utérus d'une femelle pour qu'il se développe.
Les animaux clonés de cette manière sont génétiquement identiques à l'animal adulte à partir duquel la cellule a été prélevée. Le clonage reproductif est souvent utilisé dans l'industrie alimentaire pour produire des animaux de haute qualité, tels que les vaches laitières.
Cette méthode permet de transmettre les caractéristiques génétiques souhaitables plus rapidement et en plus grand nombre que l'élevage d'un seul exemplaire de l'animal. Ce type de clonage est aussi utilisé dans de nombreuses plantes pour créer de grandes quantités de plantes présentant des caractéristiques souhaitables.
Clonage humain
Le clonage humain est un sujet controversé en raison des implications éthiques et morales qu'il soulève. Bien que le clonage humain n'ait pas encore été réalisé, les avancées dans le clonage d'organismes entiers suggèrent que cela pourrait être possible à l'avenir. Les partisans du clonage humain font valoir qu'il pourrait être utilisé pour traiter l'infertilité ou pour créer des organes de remplacement pour les personnes atteintes de maladies dégénératives.
Cependant, les opposants au clonage humain mettent en avant les préoccupations éthiques liées à la création d'êtres humains génétiquement identiques, ainsi que les risques potentiels pour la santé des clones et les problèmes psychologiques et sociaux qui pourraient découler de cette pratique.
Exemples de clonage artificiel
La brebis Dolly
La brebis Dolly est un exemple emblématique de clonage artificiel. Dolly a été créée en 1996 grâce à un processus de clonage appelé transfert nucléaire de cellules somatiques (TNCS). Ce processus consiste à retirer le noyau d'un ovule non fécondé et à le remplacer par le noyau d'une cellule somatique provenant de l'organisme à cloner. L'ovule modifié est ensuite stimulé pour se développer en un embryon, qui est implanté dans une mère porteuse.
Dolly a vécu une vie relativement normale, mais sa création a soulevé des questions éthiques et des préoccupations concernant le clonage d'êtres humains.
PCR
Une autre forme de clonage souvent utilisée est la PCR (Polymerase Chain Reaction). La PCR est utilisée couramment dans les laboratoires à diverses fins.
Le test COVID-19 est un exemple qui t'est peut-être familier en raison d'événements récents. Le COVID-19 étant un virus à ARN, une forme spécialisée de PCR appelée RT-qPCR est utilisée. Elle utilise la transcriptase inverse pour créer de l'ADN à partir de l'ARN, qui est ensuite amplifié par l'ADN polymérase.
Le q de RT-qPCR signifie quantitative, c'est-à-dire que la quantité d'ADN produite est mesurée tout au long du processus, souvent en incorporant des molécules fluorescentes dans l'ADN copié.
Lorsqu'un certain seuil de mesure est atteint, l'échantillon est considéré comme positif pour l'ARN de COVID-19 et, par conséquent, la personne est considérée comme positive pour COVID-19.
Avantages et inconvénients du clonage artificiel
Le clonage artificiel présente plusieurs avantages et inconvénients. Parmi les avantages, on peut citer :
la possibilité de préserver des espèces menacées d'extinction ;
de créer des animaux génétiquement modifiés pour la recherche scientifique ou pour la production de médicaments ; et
de développer des thérapies géniques pour traiter des maladies génétiques.
En outre, le clonage artificiel permet de reproduire des organismes possédant des caractéristiques particulières, telles que la résistance aux maladies ou une croissance rapide.
Cependant, le clonage artificiel comporte également des inconvénients. Tout d'abord, le taux de réussite du clonage d'organismes entiers est encore relativement faible, et de nombreux clones présentent des anomalies génétiques ou des problèmes de santé. De plus, les questions éthiques et morales soulevées par le clonage, en particulier le clonage humain, sont des préoccupations majeures pour la société. Enfin, le clonage artificiel peut également réduire la diversité génétique, ce qui pourrait avoir des conséquences négatives sur la santé et la viabilité des populations clonées.
Le clonage, qu'il soit naturel ou artificiel, est un sujet complexe et fascinant qui continue de susciter l'intérêt et les débats dans le monde scientifique et au-delà. Les exemples de clonage naturel, tels que la reproduction asexuée et les jumeaux homozygotes, montrent comment ce processus se produit spontanément dans la nature. D'autre part, les avancées en matière de clonage artificiel, telles que la création de la brebis Dolly, ont ouvert la voie à de nouvelles possibilités et à de nouvelles questions éthiques.
Alors que les avantages du clonage, tels que la préservation des espèces menacées et le développement de thérapies géniques, sont indéniables, les inconvénients et les préoccupations éthiques ne peuvent être ignorés. Il est essentiel que la recherche sur le clonage continue d'être menée de manière responsable et transparente, en tenant compte des implications éthiques et morales, afin de garantir que cette technologie soit utilisée de manière bénéfique et respectueuse pour l'ensemble de la société et de l'environnement.
Clonage - Points clés
- Les clones sont des organismes génétiquement identiques. Le clonage peut être naturel ou artificiel.
- Le clonage naturel fait généralement partie de la reproduction asexuée. Le clonage naturel peut être dû à la division aléatoire du zygote, formant ainsi des jumeaux identiques.
- Le clonage naturel se produit au cours de la fission binaire, du bourgeonnement, de la fragmentation, de la parthénogenèse, de la reproduction végétative et de la sporulation.
- Le clonage artificiel est la production de clones par intervention humaine, plutôt que de manière naturelle.
- Le clonage artificiel peut être utilisé pour créer des clones à de nombreux niveaux d'organisation, des gènes à l'organisme entier.
- Le premier exemple de clone produit à partir d'une cellule somatique adulte est la brebis Dolly.
- Le clonage peut être extrêmement utile dans de nombreux domaines tels que l'industrie, la médecine et l'agriculture, mais il soulève un certain nombre de dilemmes éthiques et juridiques.
Références
- Fig. 1 : Spores de fougère (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fern_sporangia_in_Saratoga_CA.jpg) par Catleeball (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Catleeball). Attribué par CC0 1.0 (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.en).
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