Clonage de gènes et vecteurs

Lorsque les généticiens utilisent de petits morceaux d’ADN pour cloner un gène et créer un organisme génétiquement modifié (OGM), cet ADN est appelé un vecteur.

Quel est le rapport entre les vecteurs et les gènes et le clonage ?

Dans le clonage moléculaire, le vecteur est une molécule d’ADN qui sert de support pour le transfert ou l’insertion de gène(s) étranger(s) dans une autre cellule, où il peut être répliqué et/ou exprimé. Les vecteurs font partie des outils essentiels du clonage de gènes et sont particulièrement utiles s’ils codent également une sorte de gène marqueur codant pour une molécule bioindicatrice qui peut être mesurée dans une évaluation biologique pour assurer leur insertion, et leur expression, dans l’organisme hôte.

Plus précisément, un vecteur de clonage est un ADN prélevé sur un virus, un plasmide ou des cellules (d’organismes supérieurs) pour être inséré avec un fragment d’ADN étranger à des fins de clonage. Comme le vecteur de clonage peut être maintenu de manière stable dans un organisme, le vecteur contient également des caractéristiques qui permettent d’insérer ou de retirer facilement l’ADN. Après avoir été cloné dans un vecteur de clonage, le fragment d’ADN peut être sous-cloné dans un autre vecteur qui peut être utilisé avec encore plus de spécificité.

Dans certains cas, des virus sont utilisés pour infecter des bactéries. Ces virus sont appelés bactériophages, ou phages, en abrégé. Les rétrovirus sont d’excellents vecteurs pour introduire des gènes dans les cellules animales. Les plasmides, qui sont des morceaux circulaires d’ADN, sont les vecteurs les plus couramment utilisés pour introduire de l’ADN étranger dans les cellules bactériennes. Ils portent souvent des gènes de résistance aux antibiotiques qui peuvent être utilisés pour tester l’expression de l’ADN plasmidique, sur des plaques de Pétri antibiotiques.

Le transfert de gènes dans les cellules végétales est généralement effectué à l’aide de la bactérie du sol Agrobacterium tumefaciens, qui agit comme un vecteur et insère un gros plasmide dans la cellule hôte. Seules les cellules contenant le vecteur de clonage se développent en présence d’antibiotiques.

Les principaux types de vecteurs de clonage

Les six grands types de vecteurs sont :

• Plasmide. ADN extrachromosomique circulaire qui se réplique de manière autonome à l’intérieur de la cellule bactérienne. Les plasmides ont généralement un nombre élevé de copies, comme le pUC19 qui a un nombre de copies de 500 à 700 par cellule.
• Phage. Molécules d’ADN linéaires dérivées du bactériophage lambda. Il peut être remplacé par de l’ADN étranger sans perturber son cycle de vie.
• Les cosmides. Une autre molécule d’ADN extrachromosomique circulaire qui combine les caractéristiques des plasmides et du phage.
• Chromosomes artificiels bactériens. Basé sur des plasmides mini-F bactériens.
• Chromosomes artificiels de levure. C’est un chromosome artificiel qui contient des télomères (tampons jetables aux extrémités des chromosomes qui sont coupés pendant la division cellulaire) avec des origines de réplication, un centromère de levure (partie d’un chromosome qui relie des chromatides sœurs ou une dyade), et un marqueur sélectionnable pour l’identification dans les cellules de levure.
• Chromosome artificiel humain. Ce type de vecteur est potentiellement utile pour la transmission de gènes dans les cellules humaines, et un outil pour les études d’expression et la détermination de la fonction des chromosomes humains. Il peut transporter un très gros fragment d’ADN.

Tous les vecteurs modifiés ont une origine de réplication (un réplicateur), un site de clonage (situé là où l’insertion d’un ADN étranger ne perturbe pas la réplication ou l’inactivation des marqueurs essentiels), et un marqueur sélectionnable (généralement un gène qui confère une résistance à un antibiotique).