Thèmes: Economie, Géopolitique, Sciences, Société                                                                                                  Mardi 31 Janvier 2017

LES OGMs VEGETAUX – ENJEUX SCIENTIFIQUES ET ECONOMIQUES

par Bernard FRITIG – Ex-Directeur de Recherche au CNRS, Ex-Directeur (2000-2005) de l’Institut de Biologie Moléculaire des Plantes du CNRS, Strasbourg

Introduction

L’obtention d’OGMS végétaux est le résultat d’une technologie. Comme toute nouvelle technologie qu’on ne comprend pas, elle fait peur. Il faut dire à ce sujet, qu’en Europe en particulier, cette peur semble bien entretenue auprès du public par les media et un certain nombre d’organisations d’opposants farouches.

La technologie des OGMs est issue des progrès (assez extraordinaires, il faut le souligner) de la biologie moléculaire, une discipline scientifique particulièrement en vue dans les deux dernières décades du 20^ème siècle et en ce début du 21 ^ème siècle. En effet, alors que la biologie a été considérée et est restée très longtemps « descriptive », de nouvelles approches basées sur des techniques d’analyses chimiques et biochimiques de plus en plus performantes ont permis d’identifier et de caractériser les « molécules de la vie ». Il s’agit des molécules suivantes :

-les acides nucléiques : l’ADN (ou acide désoxyribonucléique, support de l’information génétique) et l’ARN (ou acide désoxyribonucléique) : il vaudrait mieux parler des ARNs, car il y en a plusieurs catégories remplissant des fonctions biologiques variées.

-les protéines qui sont de longs enchaînements d’acides aminés : l’ordre des acides aminés est déterminant pour la structure spatiale d’une protéine, et en conséquence pour son activité biologique dans les cellules.

On distingue 3 catégories majeures de ces protéines : les protéines structurales (intervenant dans les édifices cellulaires par leur association avec d’autres composants cellulaires), les protéines de réserve (surtout abondantes dans les graines), et les protéines enzymatiques (particulièrement importantes, car elles catalysent toutes les réactions chimiques permettant de fabriquer les très petites molécules appelées « métabolites » nécessaires pour la vie des cellules et celle de l’organisme entier

-les métabolites qui viennent d’être mentionnés et qui sont très nombreux (on estime qu’un végétal doit fabriquer de l’ordre de 100 000 métabolites pour réaliser toutes les fonctions et étapes de son développement).

Rôle des molécules de la vie dans le fonctionnement normal des cellules.

Une plante (comme tous les êtres évolués) comporte des organes qui eux-mêmes sont formés d’un grand nombre de cellules qui sont de types très variés. Celles-ci doivent fabriquer de nombreux métabolites au bon moment et au bon endroit, il y a donc des régulations spatio-temporelles très complexes, d’une part dans le cytoplasme, mais aussi dans les organites qui y sont assemblés. (Voir par exemple une représentation d’une cellule de feuille, figure 1 )

Figure 1 : représentation schématique d’une cellule de tissu foliaire.

Tout cela est programmé dans le génome, en fait l’information énorme nécessaire est contenue dans l’ADN sous forme d’un langage qui utilise un modeste alphabet à 4 lettres : il s’agit des 4 bases A (Adénine), T (Thymine), G (Guanine), C (Cytosine). Ce qui fait la « puissance » de l’information, c’est l’ordre (on utilise le terme de « séquence » ) dans lequel ces bases se suivent sur cette longue chaîne, la longueur pouvant atteindre des centaines de millions de bases pour les êtres évolués (environ 3 milliards chez l’Homme, et encore davantage chez certains végétaux !) Dans ces longues chaînes on trouve des segments de quelques milliers de bases, ce sont les gènes. Sur la longue molécule d’ADN, il y a des portions qui ne sont pas des gènes (c’est l’ADN « intergénique », dont on ne connaît pas encore exactement le(s) rôle(s)).

Les gènes eux-mêmes comportent plusieurs régions  : une région régulatrice appelée « promoteur » (1), une région codante (2) et une région (3) dite « terminatrice » (de son fonctionnement). C’est grâce à ces 3 régions, qui sont assez faciles à reconnaître lorsque l’on lit une séquence, qu’on identifie les gènes sur l’ADN. (Voir figure 2 )

Toutes les cellules d’un organisme contiennent le même ADN (et donc les mêmes gènes), et pourtant elles ne font pas la même chose : en fait, chacune n’utilise qu’une partie de l’information génétique, uniquement celle qui est nécessaire pour fabriquer les métabolites de sa spécialité (exemple : métabolisme de feuille, de tige, de racine, de fleur, etc…) La partie d’un gène impliquée dans la fonction est la partie codante (2), alors que les régions qui « décident » si ce gène reste silencieux ou s’il doit fonctionner sont les parties régulatrices (1) et (3).

Lorsque un gène « fonctionne » (on dit plutôt qu’il est « exprimé »), la partie (2) dite « codante » est copiée en un ARN « messager » ayant la même séquence (c’est à dire le même ordre des bases) : c’est le phénomène de transcription. L’ARN messager produit sort du noyau et va être pris en charge dans le cytoplasme par la machinerie de « traduction » en protéines : à chaque groupe de 3 lettres du messager (et donc de la partie codante du  gène) correspond un acide aminé déterminé. La correspondance entre un triplet de bases (appelé « codon ») et un acide aminé donné s’appelle le « code génétique » Il y a 20 acides aminés possibles : on voit donc qu’au niveau de la complexité on a franchi un pas important lors des phénomènes de transcription-traduction puisque on est passé d’un alphabet à 4 lettres chez l’ADN à un alphabet à 20 lettres chez les protéines : le nombre de combinaisons prévisibles est gigantesque, d’où la possibilité de produire des protéines extrêmement variées avec des propriétés tout aussi variées leur conférant une grande spécificité dans leur fonction biologique. Il faut aussi remarquer que sur les 20 acides aminés existant dans la nature, les plantes sont capables de les syntéhétiser tous, alors que les cellules humaines et animales n’en fabriquent qu’une dizaine. Ces dernières sont donc dépendantes de protéines végétales qu’elles doivent hydrolyser pour disposer de l’ensemble des acides aminés nécessaires à la synthèse de leur propres protéines.

Figure 2 : structure d’un gène et étapes de transcription puis traduction conduisant à la synthèse d’une protéine, produit du gène.

OGMs : définitions et stratégies

Il faut bien se rendre compte qu’il y a dans la nature de nombreux OGMs d’origine naturelle. Ainsi les mutations dans le génome (remplacement d’une ou plusieurs bases par une autre sur la chaîne d’ADN) se produisent spontanément avec une certaine fréquence. Si une telle mutation se produit dans une partie codante d’un gène, cela va conduire à la synthèse d’une protéine ayant un acide aminé modifié, et si celui-ci se trouve dans un domaine critique pour l’activité de la protéine, il pourra y avoir une influence sur la vie de la cellule. Heureusement, des systèmes de réparation naturels corrigent souvent ces erreurs lors de la réplication de l’ADN pendant la division des cellules.

Il faut aussi signaler la présence chez beaucoup d’organismes (particulièrement chez les plantes) de « transposons «  : ce sont des gènes « sauteurs » qui changent de position sur l’ADN, ils peuvent parfois sauter dans la partie codante d’un gène essentiel et supprimer son expression.

Un OGM (non naturel) est par définition un organisme obtenu par une technologie consistant à ajouter à une espèce un gène de la même espèce ou d’une espèce différente. Pour réaliser une telle opération, il faut d’abord obtenir des constructions génétiques qui sont réalisées grâce aux progrès de la biologie moléculaire : en effet, au laboratoire on sait maintenant facilement couper, coller, multiplier l’ADN. A partir de là, on peut fabriquer des constructions génétiques pratiquement à volonté. On les utilise dans plusieurs stratégies qui consistent à :

• Exprimer un gène déjà présent dans l’organisme, mais en changeant son « mode d’emploi » : alors qu’il n’est normalement exprimé que pendant un temps très limité, on essayera de l’exprimer fortement pendant toute la vie de la plante : pour cela on utilisera sa partie codante (2) et on la placera derrière une partie régulatrice (1) venant d’un autre gène et connue pour engendrer une forte expression et de longue durée. Il s’agit donc d’une construction pour une « surexpression »
• Au contraire de la stratégie précédente, on peut parvenir à inhiber un gène propre à un organisme, si on ne souhaite plus son expression : pour cela on prépare une construction anti-sens (partie codante (2) mise en orientation inverse), ou une autre construction plus moderne de type « ARN interférant », une technologie qui a permis à ses inventeurs d’obtenir le prix Nobel de médecine  2006 !!.
• Exprimer un gène « nouveau » (provenant d’une autre espèce ou provenant de la même espèce mais modifié pour aboutir à une protéine aux propriétés nouvelles). C’est la stratégie d’expression d’une protéine d’une autre espèce qui est la plus utilisée dans la production « massive » d’OGMs commercialisés, elle consiste à exprimer fortement dans les cellules végétales des protéines d’origine bactérienne (plante « insecticide » et plante résistante à des herbicides, voir plus loin).

Comment obtient-on une plante transgénique à partir d’une construction génétique ?

La méthode la plus utilisée s’inspire d’un phénomène naturel : la capacité d’une bactérie du sol (Agrobacterium tumefaciens) à intégrer une partie de son génome dans le génome de cellules de plantes qu’elle a infectées pour les obliger à fabriquer ses éléments nutritifs et lui permettre de s’y multiplier. C’est pourquoi la construction génétique retenue est elle-même insérée dans le génome de cette bactérie, et celle-ci fait ensuite…le boulot !

Il y a aussi des méthodes de « balistique », où l’ADN de la construction génétique est disposé sur des particules de métal qui sont ensuite propulsées à grande force sur des tissus de plantes, et avec une certaine fréquence cet ADN s’intégrera dans le génome de certaines cellules.

Quelle que soit la méthode de « transformation » génétique, il faudra ensuite beaucoup de travail au laboratoire pour sélectionner les cellules dont le génome a été modifié, les multiplier, et obtenir à partir d’elles une plante entière dont toutes les cellules possèdent la même modification génétique.

Quelques caractéristiques des OGMs

Le gène transféré représente 1 seul gène, rajouté aux dizaines de milliers d’autres gènes déjà présents

L’expérimentateur :
– connaît les caractéristiques souhaitées
– connaît la construction génétique
– ne maîtrise pas le processus de l’intégration (mais peut le déterminer a posteriori)
– sélectionne la plante conforme au cahier des charges et élimine toute plante non conforme
– inclut la stabilité génétique dans ses critères de sélection

Un transgène obéit aux lois biologiques spécifiques à cet organisme, il y a :
– équivalence avec les gènes « résidents »

Domaines d’utilisation des plantes OGM

1) Recherche scientifique : on peut dire que les plantes transgéniques représentent des outils fabuleux pour la recherche scientifique fondamentale, permettant des avancées beaucoup plus rapides dans nos connaissances
2) Santé : on en est au début, mais il y a beaucoup de perspectives intéressantes
3) Alimentation : avec des stratégies d’amélioration de  qualité
4) Agriculture : c’est le domaine le plus avancé dans l’application à des cultures de grande envergure, l’objectif étant l’augmentation des rendements
5) Industrie : c’est sans doute un des domaines les plus prometteurs allant tout à fait dans le sens du développement durable et de la fabrication de produits biodégradables.
6) Environnement : contrairement aux idées reçues, les OGMs végétaux utilisés dans les domaines 3), 4) et surtout 5) mentionnés ci-dessus peuvent avoir un impact plutôt positif que négatif sur l’environnement

 Les Plantes (et bactéries) OGM dans le domaine de la SANTE

– Vaccins contre l’hépatite B et diarrhées (Banane)
– Vaccin contre le choléra (Pomme de terre)
– Production d’anticorps humains (Maïs : lutte contre le cancer; Soja : herpès
– Production de protéines pharmaceutiques :

( L’insuline est produite depuis 1982 par des bactéries OGM, mais pourra être produite en plus grande quantité par des plantes transgéniques).
Hémoglobine (feuilles de Tabacs et de Colzas)
Albumine humaine (Tabacs et Pommes de terre)
Hormones de croissance

Protéine pour le traitement de la mucoviscidose(Colzas et Tournesols)

Utilisation de Plantes OGM dans le domaine de l’ALIMENTATION

– Conservation des produits frais

Exemple : Tomates résistantes au ramollissement, donc transportables à grandes distances avant utilisation industrielle
– Production d’aliments améliorés pour la santé
Exemple : huiles de cuisine plus riches en acides gras insaturés pour la  diminution des maladies cardio-vasculaires (Colza, Tournesol, Soja)
– Enrichissement des aliments
Ajout de vitamine A dans le riz et d’acides aminés dans le soja (Alimentation pour le bétail)
– Amélioration des qualités nutritives du Maïs (meilleure assimilation du phosphore par certains animaux)

Utilisation de Plantes OGM dans le domaine de l’AGRICULTURE

– Résistance aux stress d’environnement
Résistance à la sécheresse (Riz, Maïs)
Résistance au froid et à la chaleur
Résistance au sel

– Résistance aux parasites
Insectes, champignons, maladies cryptogamiques, virus (Maïs, Coton, Melon, Courge, Manioc, Papaye, Pomme de terre, Colza …)

– Lutte contre les « mauvaises » herbes
Plantes résistantes à un herbicide (Soja, Colza)

 Exemples d’utilisation de Plantes OGM dans le domaine de l’’INDUSTRIE
– Industrie du papier : Arbres  comportant moins de lignine (Peuplier, eucalyptus)
– Industrie textile : Coton coloré ; coton infroissable ; nouveaux  textiles ( avec imitation des protéines de la soie et de la toile d’araignée)
– Carburants : Biocarburants (ester méthylique) (Colza)
– Huiles industrielles : huiles pour l’automobile (Tournesol, Colza)

Utilisation de Plantes OGM dans la protection de l’ENVIRONNEMENT
– Réduction de l’utilisation de produits phytosanitaires (Fongicides ; Insecticides)
– Réduction de la pollution des eaux (Nitrates, Phosphates)
– Réduction des polluants industriels
(Blanchiment de la pâte à papier ; teintures textiles)
– Remplacement des ressources pétrolières et utilisation de produits biodégradables
– Décontamination des sols (les plantes sont d’excellents pièges à métaux lourds)

REMARQUE : pour la plupart des rubriques mentionnées ci-dessus, il s’agit d’études en cours et de projets au stade développement plutôt que de productions intensives. Cependant il y a actuellement des OGMs produits de manière intensive (180 millions d’ha, voir plus loin) qui sont essentiellement basées sur 2 stratégies :

• – La résistance aux insectes par surexpression de la toxine Bt (une protéine produite par la bactérie Bacillus thurengiensis) : cette méthode « imite » la méthode d’épandage de cette protéine insecticide, une méthode utilisée en agriculture biologique depuis 30 ans !
• – La résistance aux herbicides, également par surexpression d’une protéine bactérienne qui cette fois permet de détoxifier un herbicide total, le « RoundUp ». L’objectif est d’éviter le désherbage mécanique. Le conférencier reste très réservé (et plutôt hostile à cette stratégie), car elle suppose un épandage massif d’herbicides, ne va donc pas dans le sens de la préservation de l’environnement et n’est justifiée que par des aspects de rentabilité et de profit.
• – Une proportion croissante de plantes OGM est actuellement produite qui « empile » les 2 stratégies décrites ci-dessus, c’est-à-dire qui comportent les 2 gènes étrangers et sont donc résistantes à la fois aux insectes et à l’herbicide.

Questions posées sur l’utilisation de plantes  OGM 

Toxicité alimentaire. Peut-il y avoir formation de produits toxiques dans les plantes transgéniques ? Il est évident qu’il faut raisonner au cas par cas, et en fonction de la modification génétique introduite. Et surtout, il faut faire les vérifications et les tests, des questions qu’on ne se pose pas dans les autres modes de production de l’agriculture intensive et même… de l’agriculture biologique !

Développement de souches de parasites résistantes? Peut-il y avoir développement d’insectes devenus résistants à un insecticide. Rien de tel n’a encore été détecté dans la méthode Bt, malgré les surfaces cultivées à l’échelle de millions d’ha depuis 20 ans pour les plantes transgéniques (voir figure 3 ) et depuis 30 ans en agriculture biologique.

Dispersion du transgène? C’est une question qu’il faut se poser et qui a été étudiée, mais peut-être insuffisamment. Les conclusions divergent, selon les études, sur les taux de contamination de cultures non OGM voisines des cultures OGM. Mais là encore, au cours de 18 ans de pratique parfois très intensive, aucune contamination majeure n’avait été détectée. Cependant, depuis 2-3 ans, quelques rapports (notamment aux USA) indiquent une apparition de résistance aux herbicides chez des mauvaises herbes : s’agit-il d’une transmission du transgène ou d’une modification génétique d’adaptation à l’herbicide ?

Figure 3 : les principaux OGM végétaux sont cultivés par 18 millions d’agriculteurs de 28 pays dans le monde

En Europe :  1/1000 ème de la production mondiale !!!

100000 ha en Espagne quelques 10000 ha en Roumanie, Portugal, Tchéquie, Slovaquie

et dans le reste du monde :
180 millions d’ha …!!! (presque 12 % des surfaces totales cultivées)
Pays concernés : USA (40%), Brésil (24%), Argentine (14%),  Inde (6,4%) Canada (6,2%), Chine (2,1%), Paraguay (2,1%), Pakistan (1,6%), Afrique du Sud(1,3%), Uruguay (0,8%), Bolivie, Australie, etc…
Types d’OGM :
– Maïs Bt (et RoundUp) : 32% du maïs mondial) : 53,6 Mha
– Soja RoundUp (79% du soja mondial) : 92,1 Mha
– Coton Bt  (70 % du coton mondial) : 24, 0 Mha
-Colza Bt (24 % du colza mondial ) : 8,7 Mha

Conclusions et remarques générales concernant les OGM végétaux:

1 – C’est une technologie qui a un potentiel d’application énorme (voir ci-dessus)

2 – Les précautions prises sont exceptionnelles. En effet on oublie souvent que les performances actuelles de l’agriculture intensive et moderne ne font plus appel aux variétés de nos aïeux, mais sont le fruit du travail acharné des sélectionneurs. Pourtant les opérations d’amélioration ou de création de variétés font appel parfois à des techniques « sauvages » telles que la mutagénèse chimique ou l’irradiation par rayons gamma sur les graines. Toutes les objections soulevées et contrôles demandés pour les plantes OGM devraient s’appliquer tout aussi bien aux plantes issues de ces méthodes considérées à tort comme plus « naturelles ».
Récemment est apparue une nouvelle technologie, celle des « ciseaux » à ADN, et en particulier la technologie CRISPR-Cas9 plus facile à mettre en œuvre. Déjà utilisée classiquement (avec beaucoup d’efficacité) en recherche fondamentale, elle a conduit pour l’instant à une seule application chez les végétaux :  l’obtention d’un champignon de Paris inhibé dans son activité polyphénoloxydase, et donc à brunissement retardé. Ce végétal modifié a été mis sur le marché en échappant aux réglementations habituelles des plantes OGM…..
Pour cette nouvelle technologie l’inquiétude vient encore davantage du secteur médical : alors que certaines applications apparaissent enthousiasmantes (traitement de certaines maladies génétiques ou de cancers) , d’autres suscitent de grandes frayeurs (manipulations du génome humain) ….

3)La réticence du public (qui est même un blocage en Europe) reste forte. Les anti-OGM y ont été très efficaces, ils profitent même des OGMs végétaux en tant que symboles pour mener une campagne d’antimondialisation.

Il est vrai que les USA se sont lancés de manière « sauvage » dans une production intensive de plantes OGM, alors qu’il aurait fallu faire preuve de plus de réserve et de prudence. Ces excès ont alors terni et occulté l’ensemble des possibilités de cette technologie en la faisant apparaître comme une nouvelle dérive de l’ « agriculture industrielle », avec tous ses défauts, y compris des drames sociaux- économiques. En effet les approches criticables de plantes insecticides et de plantes résistantes aux herbicides représentent actuellement 98 % de la production de plantes OGM, alors qu’il y a tellement d’autres stratégies « élégantes »,  à moindres risques, et certaines à grande valeur ajoutée.
Ainsi l’Europe qui a été leader dans le domaine de l’innovation et de la mise au point d’OGMs végétaux n’en produit pratiquement plus, mais les importe massivement (exemple : la France importe chaque année 4 millions de tonnes d’OGMs végétaux !!) :même si ces OGMs sont destinés à l’alimentation animale, il s’en retrouve forcément en tant que contaminants dans l’alimentation humaine…

4) L’Europe parviendra-t-elle à combler son retard? Et sur ce point le conférencier n’est pas préoccupé tellement par le grand retard dans la production d’OGMs végétaux, mais surtout par celui de la recherche-développement et de l’innovation dans les biotechnologies, les décideurs considérant que les domaines qui engendrent une réticence du public ne sont plus prioritaires dans les financements et dans l’innovation……même de la recherche fondamentale publique…. !!