Par exemple, les virus modifiés et les plasmides sont des vecteurs.
Les virus en tant que vecteurs
Les virus constituent
d'excellents vecteurs, car au terme de longues périodes d'évolution, ils
ont acquis la capacité d'éviter d'être détruits par le système immunitaire
humain et d'insérer leur propre matériel génétique dans certaines
cellules. Comme nous l'avons vu dans la section portant sur les virus, une
infection virale se produit lorsque du matériel génétique étranger (viral)
pénètre dans la cellule et emploie la machine à fabriquer des protéines et
de l'acide nucléique de la cellule pour produire ses propres protéines
ainsi que son propre ADN et ARN. Pour utiliser un virus comme vecteur, on
remplace les segments nocifs de son ADN par l'ADN complémentaire que l'on
souhaite introduire dans la cellule. Ensuite, on laisse le virus «
infecter » la cellule hôte et, si tout va bien, l'ADN complémentaire
pénètre dans la cellule et servira à fabriquer la protéine voulue.
Certains virus peuvent produire leur propre ADN et l'insérer dans le génome de la cellule hôte. Ces rétrovirus à base d'ARN sont les vecteurs viraux les plus courants utilisés en thérapie génique où les gènes ayant une valeur thérapeutique sont introduits dans les rétrovirus qui, au moment de l'infection, les insèrent dans le génome de la cellule hôte.
Il convient de noter que les virus employés comme vecteurs sont conçus de sorte à ne pouvoir se reproduire. En d'autres termes, les segments nocifs du génome viral qui servent à produire un nombre accru de particules virales ont été enlevés et remplacés par une séquence qui code pour la protéine recherchée.
Les plasmides en tant que vecteurs
L'ADN complémentaire de l'insuline humaine est introduit dans des cellules bactériennes à l'aide d'un plasmide. Un plasmide est simplement une molécule d'ADN circulaire contenant des gènes qui peuvent facilement se répandre dans des cellules bactériennes ou en sortir. Bien que les plasmides soient présents naturellement dans certaines bactéries, ceux employés en vue d'introduire un gène étranger dans une cellule et de l'en extraire ont été modifiés de telle sorte que les séquences qu'ils renferment sont fort différentes des plasmides présents à l'état naturel desquels ils sont tirés.
En premier lieu, le plasmide contient plusieurs séquences courtes spécialisées appelées sites de restriction. Les enzymes appelés endonucléases de restriction reconnaissent ces sites et coupent l'ADN du plasmide. Par exemple, un enzyme de restriction appelé EcoR1 reconnaît la séquence GAATTC et procède à la coupure entre le G et le premier A. Il convient de noter que la séquence complémentaire est CTTAAG, soit GAATTC à l'envers! Ainsi, l'enzyme coupe les deux brins de plasmide comme suit :
Mentionnons que la découpe à l'aide de l'EcoR1 donne lieu à deux « extrémités adhésives » qui consistent en un seul brin de nucléotides qui se lieront à une série complémentaire d'« extrémités adhésives » monocaténaires. Qui plus est, le plasmide est conçu de sorte que cette séquence particulière de restriction n'est présente qu'une seule fois, coupera le plasmide bicaténaire en un seul site.
L'ADN complémentaire (qui renferme le gène de l'insuline humaine) à insérer dans le plasmide est modifié selon l'enzyme de restriction employé pour couper le plasmide. Pour revenir à notre exemple avec l'EcoR1, il faudrait les extrémités adhésives suivantes à chaque extrémité de l'ADN complémentaire :
Maintenant, nous incubons la séquence d'ADN complémentaire modifiée dans une solution renfermant un plasmide coupé à l'aide de l'enzyme EcoR1 et un enzyme qui relie les segments d'ADN (appelé ADN ligase). On obtient alors un plasmide circulaire fermé qui renferme l'ADN complémentaire et, par là même, le gène de l'insuline humaine.
Le plasmide est ensuite incubé avec des cellules bactériennes (dans le cas du processus de fabrication de l'insuline, l'espèce de bactérie employée est E. coli) dans des conditions particulières qui favorisent l'absorption du plasmide par les cellules bactériennes.
En théorie, le plasmide contenant le gène de l'insuline humaine pénétrera dans toutes les cellules bactériennes et toutes ces cellules transcriront la protéine et produiront de l'insuline humaine, qui pourra ensuite être récupérée et utilisée pour traiter les patients diabétiques.
Malheureusement, les cellules bactériennes n'absorberont pas toutes le plasmide. En fait, dans la plupart des cas, elles seront peu nombreuses à le faire. Comment les biotechnologues peuvent-ils uniquement sélectionner les cellules bactériennes qui ont absorbé le plasmide?
Ils le peuvent en fonction des conditions de la culture bactérienne et d'une autre modification spéciale intégrée dans les plasmides issus du génie génétique. Les bactéries, après avoir été incubées en présence du plasmide (et certaines l'ont absorbé), sont cultivées dans un milieu qui renferme un antibiotique, comme l'ampicilline. L'ampicilline tuera la bactérie E. Coli, à moins qu'elle ne soit protégée d'une façon ou d'une autre. Le plasmide que les bactéries ont absorbé contient également un gène qui confère une résistance à l'ampicilline. En conséquence, seules les bactéries ayant absorbé le plasmide résisteront à l'antibiotique et survivront. Comme le plasmide renferme également le gène de l'insuline humaine, nous ne permettons qu'aux bactéries capables de produire de l'insuline de survivre et de se reproduire.
