La génétique de levure est plus précise que celle des végétaux supérieurs, mais le changement de l'expression d'un seul gène d'origine de cet organisme vivant peut changer les voies métaboliques dans leur ensemble et le faire d'une manière inattendue, nous informe le Professeur Joe Cummins
Le texte original en anglais et les références sont accessibles sur le web par : https://www.i-sis.org.uk/selfclonedwineyeast.php
La première levure de vinification modifiée génétiquement , et la seule qui ait été commercialement jusqu'à maintenant, a été décrite antérieurement [1] ( GM Wine Sold Unlabelled in the United States , dans cette même série).
En 2006, l'Administration de l'alimentation et des médicaments des Etats Unis, Food and Drug Administration ou FDA , a fait état d'une autre levure vinicole ECMo01 qui est généralement identifiée comme sûre, ( generally recognized as safe = GRAS, en anglais), au point de vue de la sécurité alimentaire ; c'est la seconde levure à être disséminée et développée pour un usage commercial.
Saccharomyces cerevisiae ECMo01 est dérivée de la souche Davis 522, une souche qui est couramment utilisée dans l'industrie vinicole. Elle porte une insertion génétique de recombinaison qui est composée de trois éléments : le gène DUR1,2, un promoteur et une terminateur , ces trois éléments proviennent de différentes souches de S. cerevisiae .
La souche Davis 522 possède réellement son propre gène DUR1,2, qui n'est pas normalement actif pendant la fermentation alcoolique . Le but visé pour la création de cette souche ECMo01, est d'augmenter l'expression de l'amidolyase de l'urée, qui catalyse l'hydrolyse de l' urée produite par la levure à vin pendant la fermentation alcoolique.
L'urée est un précurseur de carbamate d'éthyle ( uréthane ), qui est connu comme un agent provoquant des cancers chez les êtres humains : cette substance est formée dans le vin par une réaction entre l'urée et l'éthanol. Donc l'hydrolyse de l'urée devrait potentiellement réduire le potentiel de formation et d'accumulation de carbamate d'éthyle ou uréthane dans le vin [2].
Le gène DUR1,2 est sous le contrôle des signaux des promoteur et terminateur de S. cerevisiae PGK1 qui ont été intégrés dans le locus URA3 de la souche Davis 522. Les analyses in vivo ont prouvé que la souche génétiquement modifiée avait réduit le taux de carbamate éthylique 89.1 pour cent dans le vin Chardonnay. Les analyses du génotype , du phénotype , et du transcriptome ont indiqué que la levure génétiquement modifiée est équivalente en substance à la souche parentale [3].
Des publications ont été citées pour indiquer que le carbamate d'éthyle est un carcinogène puissant chez les animaux et chez les êtres humains et il y a un accord général au sujet de ces résultats de recherches. Un fait expérimental intéressant est que des souris auxquelles ont avait donné du carbamate d'éthyle et du vin, présentaient une réduction sensible de l'incidence de cancer, comparativement aux souris qui n'avaient reçu que du carbamate d'éthyle. Les composants du vin autres que l'éthanol semblent jouer un rôle positif dans la suppression des tumeurs [4].
L'expression auto-cloné a été inventée pour décrire une modification génétique qui sont pratiquées par un transfert de gène dans une même espèce, comme ce fut le cas avec les gènes de Saccharomyces cerevisae provenant de différentes souches et qui avaient été incorporées dans la souche génétiquement modifiée ECMo01.
La question due l'auto-clonage a été soulevée récemment au Japon, où une levure de saké (alcool de riz) a été modifiée génétiquement pour augmenter la saveur en incorporant un gène mutant de la synthase d'acide gras accompagné d'un gène. Une technique de contre sélection a alors été employée pour enlever le gène de résistance à l'antibiotique mais en conservant le gène mutant de la synthase d'acide gras dans la garniture chromosomique. Le gouvernement japonais a décidé que cette levure de saké est un organisme auto-cloné et, qu'à ce titre, elle n'était pas soumise à la réglementation qui couvre les Organismes Génétiquement Modifiés ou OGM [5].
L'auto-clonage couvre une classe croissante de levures vinicoles modifiées génétiquement qui sont en cours de développement pour augmenter ou améliorer la saveur des vins et des distillats. Les gènes de levure codant des enzymes synthétisant ou dégradant des esters sont les cibles des manipulations en cours. Les gènes impliqués codent pour une surproduction de l'acétyl-transférase de l'alcool et de l'hexanoyl-transférase de l'éthanol. Des copies additionnelles des gènes introduits dans les souches modifiées génétiquement, ont été ùise en place avec le promoteur PGK1 et le terminateur PGK de la levure. Le marqueur de sélection dominant était un gène mutant codant pour la synthase d'acétolactate ( ilv2 ) de la levure qui apporte une résistance à l'herbicide sulphométuron [non autorisé en France].
Une cassette contenant tous les gènes de levure à intégrer a été insérée au locus désigné ilv2 [6]. Quoique des bactéries aient été employées dans le clonage préliminaire, la levure modifiée génétiquement contient uniquement des gènes de levure et, dans ce sens, elle peut être comparable à la levure de saké citée plus haut.
Des raisins qui renferment une teneur élevée en sucre peuvent produire des vins un taux d'alcool excessif qui peut poser des problèmes de santé publique et une altération des arômes et des saveurs. Une souche champenoise de levure vinicole a été modifiée génétiquement en utilisant le gène codant pour l'oxydase du NADH de Lactococcus lactis sous le contrôle d'un promoteur de la déshydrogénase du glycéraldéhyde-3-phosphate – issue d'une levure - ; ce gène a été intégré au loci URA3 de la levure. Cette levure vinicole transgénique a été capable de consommer cette haute teneur en sucre sans produire nécessairement trop d'éthanol [7].
L' antioxydant resvératrol est un composant du vin dont l'effet bénéfique sur la santé a été démontré. Dans une nouvelle approche, un gène codant pour la ligase du coenzyme-A, provenant d'un hybride de peuplier, d'une part, et un gène codant pour la synthase du resvératrol issu de la vigne, d'autre part, ont été tous deux ajoutés aux chromosomes de la levure. Le gène de la ligase du coenzyme-A associé à un promoteur de l'alcool déshydrogénase de la levure et un terminateur de transcription ont été insérés au locus URA3 de la levure vinicole. Le gène de synthase du resvératrol sous le contrôle du promoteur et du terminateur de l'énolase de levure, a été inséré au loci LEU2 de la levure vinicole. De cette manière, la voie biochimique de la levure a été restructurée pour une augmentation de la synthèse du resvératrol [8], afin de produire, vraisemblablement d'un seul coup, le double de ce fameux antioxydant. Mais est-ce su sûr en terme de sécurité alimentaire ?
On a passé en revue récemment la liste des levures vinicoles qui ont fait l'objet de recombinaisons depuis 1993, dans le but d' améliorer la qualité ou la technologie du vin. Parmi 14 levures vinicoles recombinées, sept étaient transgéniques et sept étaient des modifications du génome qui utilisaient des gènes des levures vinicoles [8]. Il peut être important pour l'industrie vinicole de présenter les souches auto-clonées comme étant bien distinctes des souches transgéniques. Les deux types de levures, transgéniques et auto-clonées nécessitent tous les eux des évaluations soigneuses de leur sûreté, bien que les levures vinicoles transgéniques soient celles dont il faut se méfier le plus.
Jusqu'à maintenant, des comparaisons directes, pour les caractéristiques commerciales et environnementales entre des souches auto-clonées et des souches vinicoles, n'ont pas été rapportées dans la littérature scientifique. Toutefois, il y a eu une étude comparative de la levure commerciale de boulangerie entre une souche transgénique et une souche auto-clonée , qui avaient été changées pour une amélioration la pâte à pain congelée.
Les levures ont été rendues résistantes à la congélation en perturbant le gène qui code pour la tréhalose acide, par deux modes de transformation : soit avec un gène codant pour l'uracile 3 chez la levure, soit avec un gène bactérien qui se compose d'un fragment d'un gène indiquant la résistance à un antibiotique ; ces gènes ont été conduits par le gène de tréhalose de levure, au moyen de courts fragments du gène du tréhalose de la levure à chaque extrémité de la séquence perturbatrice du gène.
Les souches résistantes à la congélation ont été comparées dans un milieu à base des constituants naturels du sol, - qui était contrôlé pour éviter une dissémination éventuelle -, afin de déterminer si les souches auto-clonées et les souches transgéniques survivaient mieux dans un environnement naturel que le type de levure sauvage. Les cellules, tout comme l'ADN des souches auto-clonées et des souches transgéniques, se sont comportées de façon similaire au type de levure sauvage dans cet environnement naturel [9]. Ce type d'expérience pourrait se monter instructif pour une application expérimentale aux levures vinicoles.
Dans un autre ordre d'idées, touchant au développement des plantes cultivées génétiquement modifiées, les réalisateurs de ces plantes ont employé le terme de 'cisgénique' pour décrire des plantes OGM qui étaient dérivées de lignes sexuellement compatibles. Les techniciens qui ont mis ces formules au point ont argué du fait qu'il n'y avait aucunement besoin d'une autorisation réglementaire pour de telles plantes 'cisgéniques' qui s'avèrent exemptes d' ADN étranger [10]. Il y eut un soutient puissant des représentants des industriels concernés pour la proposition de sortir les plantes 'cisgéniques' du cadre réglementaire qui s'applique aux OGM [11].
Les généticiens moléculaires David Schubert et David Williams ont fourni des arguments incontestables contre la dissémination des plantes 'cisgéniques' sans une réglementation appropriée. Les plantes 'cisgéniques' souffrent de pratiquement toutes imperfections principales des OGM. Elles exigent toujours la transformation des cellules avec de l'ADN, un processus largement documenté pour avoir comme conséquence des translocations à grande échelle de l'ADN des plantes, le brouillage et la fragmentation du transgène, accompagnés d'insertions aléatoires fréquentes de l'ADN des plasmides. En outre, une plante 'cisgénique' pourrait probablement manquer de l'expression forte d'un gène introduit qui est spécifique dans un tissu donné. Il pourrait en résulter de ce fait des modifications secondaires anormales des protéines, telles que le glysosylation, qui peuvent causer des réponses immunitaires graves chez les animaux. En outre, indépendamment de la présence des éléments de régulation, le modèle et le niveau de l'expression d'un gène, peuvent changer considérablement et dépendre de son emplacement d'insertion [12].
Les plantes 'cisgéniques' ne devraient pas être confondues avec des levures auto-clonées . La génétique des végétaux supérieurs diffère fondamentalement de la génétique des levures. Les modifications génétiques des plantes sont basées sur des recombinaisons illégitimes, tandis que les modifications chez les levures font appel à des recombinaisons homologues légitimes, qui permettent les insertions de gène aux emplacements spécifiques, contrairement aux insertions imprévisibles et incontrôlables qui se produisent dans les modifications génétiques des plantes.
Néanmoins, même les levures auto-clonées doivent être sujettes à des expérimentations rigoureuses et complètes de sûreté, car il a déjà été démontré que tout changement dans l'expression d'un simple gène en levure peut avoir des effets inattendus.
En 1995, des chercheurs japonais avaient rapporté qu'une levure transgénique modifiée pour une augmentation du taux de fermentation, à partir de copies multiples de l'un de ses propres gènes, s'était traduite par une accumulation du métabolite méthylglyoxal , jusqu'à des niveaux toxiques et mutagènes aux niveaux toxiques et susceptibles de produire des mutations [14].
Article first published 08/01/07
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