Les plastes sont des structures spécialisées au sein des cellules végétales qui fabriquent et stockent des aliments et des pigments pour la cellule. Pensés pour avoir évolué à partir 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. Il y a beaucoup d’intérêt à utiliser les plastes comme usines de production de protéines d’intérêt pharmaceutique.
Les plastes les plus connus sont les chloroplastes, qui sont le siège de la photosynthèse. D’autres incluent les chromoplastes qui stockent les pigments, tels que les caroténoïdes, qui sont responsables de la coloration des fruits et des fleurs. Les leucoplastes stockent l’amidon, les lipides ou les protéines, toutes sources potentielles de nourriture. Les racines de stockage, comme les pommes de terre et les carottes, peuvent contenir des leucoplastes pleins d’amidon. Les types de plastes peuvent s’interconvertir, devenant d’autres types de plastes, selon 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 du soleil et l’utilise pour séparer l’hydrogène de l’oxygène de l’eau. Cela produit l’oxygène que les humains et les animaux respirent. 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 le métabolisme.
Les tissus végétaux peuvent avoir un grand nombre de plastes dans leur cytoplasme ; une cellule peut en contenir plus de 50. Ceux-ci se forment à partir de la division des plastes existants et ne sont hérités que d’un seul parent.
Les plastes ont une double membrane interne qui les sépare du reste de la cellule. À l’intérieur de cette membrane se trouvent de nombreuses caractéristiques spécialisées, telles qu’une série de membranes supplémentaires et le plastome, ou l’ADN total du plaste. Ce génome de plaste code environ 100 des gènes nécessaires au plaste, mais le reste est codé par le noyau de la cellule. Ainsi, le plaste 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 les enzymes et les anticorps. La transformation des plastes présente un grand avantage par rapport aux méthodes traditionnelles de génie génétique des plantes, car les plastes ne se trouvent 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 inquiétudes concernant la propagation de gènes modifiés dans l’environnement.
L’introduction de gènes dans le plaste est beaucoup plus compliquée que les méthodes traditionnelles d’introduction de gènes dans le noyau de la cellule, car chaque cellule peut avoir plus de 1,000 25 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 XNUMX % de la totalité de la protéine cellulaire. De plus, les plantes sont capables d’apporter des modifications aux protéines que les bactéries ne peuvent pas, ce qui leur donne un avantage sur la production dans les systèmes de surexpression bactériens.
Plusieurs espèces végétales différentes ont vu leurs plastes transformés avec succès. La transformation plastidiale des embryons végétaux, ou des jeunes cellules, est souvent réalisée avec un canon à particules. Cette technique enrobe des particules d’or ou de tungstène avec de l’ADN, puis les projette dans le tissu. L’ADN utilisé est un plasmide, une unité circulaire d’ADN contenant le gène désiré. Il contiendra également une séquence d’ADN qui lui permet de se répliquer dans la cellule, et un gène de résistance aux antibiotiques pour identifier quelles cellules ont été transformées.