Que sont les plastides?
Les plastides sont des structures spécialisées dans les cellules végétales qui fabriquent et stockent des aliments et des pigments pour la cellule. Considérés comme issus d'organismes unicellulaires indépendants qui vivaient en symbiose avec les plantes il y a plus d'un milliard d'années, ils contiennent un grand nombre de gènes et fabriquent un certain nombre de protéines. L'utilisation de plastides en tant qu'usines de production de protéines d'intérêt pharmaceutique suscite beaucoup d'intérêt.
Les plastides les plus connus sont les chloroplastes, site de la photosynthèse. D'autres incluent des chromoplastes qui stockent des pigments, tels que les caroténoïdes, responsables de la coloration des fruits et des fleurs. Les leucoplastes stockent l'amidon, les lipides ou les protéines - toutes les sources de nourriture potentielles. Les racines de stockage, comme les pommes de terre et les carottes, peuvent contenir des leucoplastes remplis d’amidon. Les types de plastides peuvent s'interconvertir et devenir d'autres types de plastides, en fonction de l'état de la cellule.
Les chloroplastes contiennent le pigment chlorophylle, qui absorbe la lumière et donne une couleur verte aux feuilles. La chlorophylle capte l'énergie de la lumière solaire et l'utilise pour séparer l'hydrogène de l'oxygène de l'eau. Cela produit l'oxygène que respirent les humains et les animaux. L'hydrogène est incorporé dans le dioxyde de carbone de l'air. Ce processus de photosynthèse produit le glucose et d’autres composés que la plante utilise pour son métabolisme.
Les tissus végétaux peuvent avoir un grand nombre de plastides dans leur cytoplasme; une cellule peut en avoir plus de 50. Celles-ci proviennent de la division des plastides existants et ne sont héritées que d'un seul parent.
Les plastides ont une double membrane interne qui les sépare du reste de la cellule. Cette membrane contient de nombreuses caractéristiques spécialisées, telles qu'une série de membranes supplémentaires et le plastome , ou ADN total du plastide. Ce génome de plastide code pour environ 100 des gènes nécessaires au plastide, mais les autres sont codés par le noyau de la cellule. Ainsi, le plastide n'est pas totalement indépendant du reste de la cellule, même s'il se divise séparément.
Des recherches agressives sont en cours pour utiliser les chloroplastes comme source de production de composés biologiques, tels que des enzymes et des anticorps. La transformation des plastides présente un grand avantage par rapport aux méthodes traditionnelles de génie génétique, car les plastides ne se retrouvent pas dans le pollen dans la plupart des cas. Ainsi, ils ne devraient pas se propager aux plantes voisines et les plantes génétiquement modifiées seraient isolées. Cela devrait contribuer à atténuer les préoccupations relatives à la propagation de gènes altérés dans l'environnement.
L'introduction de gènes dans le plastide est beaucoup plus compliquée que les méthodes traditionnelles d'introduction de gènes dans le noyau de la cellule, car chaque cellule peut contenir plus de 1 000 plastomes. Chacun doit être modifié de la même manière pour que cette technique réussisse. En cas de succès, cependant, le gène introduit peut comprendre jusqu'à 25% de la totalité de la protéine cellulaire. De plus, les plantes peuvent modifier les protéines que les bactéries ne peuvent pas, ce qui leur confère un avantage sur la production dans les systèmes de surexpression bactérienne.
Plusieurs plasties ont réussi à transformer leurs plastides. La transformation plastidiale d'embryons de plantes ou de cellules jeunes est souvent réalisée avec un pistolet à particules. Cette technique enrobe des particules d'or ou de tungstène avec de l'ADN, puis les envoie dans le tissu. L'ADN utilisé est un plasmide, une unité circulaire d'ADN contenant le gène souhaité. Il contiendra également une séquence d'ADN lui permettant de se répliquer dans la cellule, ainsi qu'un gène de résistance aux antibiotiques permettant d'identifier les cellules transformées.