6.6 Maladies et changements climatiques |
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également un vaccin produit par des levures ou par des cellules génétiquement modifiées mises en culture. Dans le domaine végétal, le tabac peut être génétiquement modifié pour produire de l’hémoglobine.
On envisage actuellement l’utilisation de virus bactériophages pour lutter contre les bactéries qui deviennent résistantes aux antibiotiques, ou de virus tueurs pour lutter contre les tumeurs cancéreuses.
6.6MALADIES ET CHANGEMENTS CLIMATIQUES
Le réchauffement climatique va-t-il favoriser les maladies à vecteurs? La question fait débat. Certains pensent effectivement que les nouvelles conditions climatiques vont permettre à diverses espèces de vecteurs ou de parasites d’étendre leurs aires de répartition en latitude et en altitude. De fait, le moustique tigre se répand actuellement dans les pays méditerranéens. Autant de signes qui semblent conforter cette hypothèse. En matière de santé animale, selon les experts, seules quelques maladies ont des chances importantes de profiter du changement climatique: fièvre catarrhale ovine, fièvre du West Nile, leishmanioses, leptospiroses. En Afrique de l’Ouest, on attribue l’expansion de la borréliose à tiques (due à des bactéries du genre Borrélia), à la sécheresse du Sahel qui sévit depuis les années 1970. Cette maladie émergente qui est responsable de fièvres récurrentes, était rare avant 1980. Elle est maintenant, après le paludisme, la cause la plus fréquente des consultations dans les dispensaires.
D’autres scientifiques mettent néanmoins en avant le fait que l’expansion des maladies dépend également des systèmes de santé dans les pays concernés. Le paludisme existait en Europe au cours des siècles précédent et il a été éradiqué par l’action conjuguée de l’assèchement des marais et de l’utilisation d’antipaludéens. D’autre part, l’expansion de certaines maladies résulterait en premier lieu de la mondialisation des échanges qui favorise les transferts de parasites et de leurs vecteurs, et non pas du climat. Maladies émergentes et invasions biologiques sont deux phénomènes connectés. C’est le cas des épidémies dues au virus West Nile par exemple. Il faut donc, dans ce domaine, éviter de généraliser et considérer les problèmes au cas par cas.
Chapitre 7
Les ressources génétiques et les biotechnologies
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Les ressources génétiques sont un élément fondamental de la diversité biologique. Elles permettent de maintenir ou de créer des systèmes de production pour les espèces domestiques, et de modeler les espèces cultivées selon différents besoins agricoles, industriels ou médicaux.
Les ressources génétiques font partie intégrante de l’arsenal technologique et culturel des hommes. Comme la diversité biologique, elles ont été partiellement érodées au cours des dernières décennies. En effet, la Révolution verte des années 1960-1970 a favorisé des variétés végétales à haut rendement, et a conduit à l’abandon de certaines variétés locales.
Ressources génétiques, ressources biologiques
La Convention sur la diversité biologique définit les ressources génétiques comme le matériel génétique d’origine végétale, animale ou microbienne, contenant des unités fonctionnelles de l’hérédité et ayant une valeur effective ou potentielle. Pour les animaux il s’agit des populations sauvages, des races standardisées, des lignées ou souches sélectionnées. Pour les végétaux, ce sont les variétés cultivées anciennes ou modernes, les cultivars locaux, les formes sauvages ou apparentées. Pour les microbes: les souches, les isolats, les populations et les communautés microbiennes.
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Le concept de ressources biologiques a été promu en 1998 par l’OCDE. Ce sont les collections d’organismes cultivables (cellules végétales, microbiennes ou animales), les éléments réplicables de ces organismes (acides nucléiques, fragments de tissus), les organismes et tissus non encore réplicables, ainsi que les bases de données concernant les informations moléculaires, physiologiques et structurales relatives à ces collections. La bio-informatique assure le stockage et la valorisation des informations utiles aux biologistes.
7.1LA DOMESTICATION DE LA NATURE: UNE LONGUE HISTOIRE
Depuis l’émergence de l’espèce Homo sapiens, l’utilisation des ressources végétales et animales s’est faite au jour le jour et en accommodant les aléas épidémiques ou climatiques. La maîtrise des outils et du feu a augmenté l’efficacité de la cueillette, de la chasse et de la culture, et favorisé les efforts de domestication. L’agriculture et les défrichements ont été les grandes inventions des peuples néolithiques. De cette époque datent l’élevage des bovins, des caprins, des ovins, des chiens comme le choix raisonné des arbres à entretenir et des plantes à cultiver et à améliorer.
En Europe de l’Ouest, l’Antiquité est une période où les conquêtes romaines et l’expansion de la religion chrétienne amènent en pays océanique des plantes et des techniques qui n’y existaient pas: travail
À la fin du XVIe siècle Olivier de Serres, dans son traité d’agriculture, prônait pour la France des pratiques de bon père de famille. Il se souciait d’équilibrer les prélèvements et les exportations. Les profits tirés de la culture devraient être partagés entre gains immédiats et investissements destinés à maintenir le potentiel de production, la fertilité des sols et la diversité des ressources. L’auteur mettait en garde contre une exploitation qui extrait du vivant un profit comme le sel d’une mine et ne se préoccupe pas de fournir à l’agrosystème les moyens et le temps de se reconstituer. Là, réside en effet la spécificité remarquable de la vie qui est capable de se reproduire et de tolérer des prélèvements à condition que ceux-ci ne mettent pas en péril sa capacité de reconstruction.
7.2 Créer et sélectionner des espèces «utiles» |
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du sol et contrôle de l’eau, cultures de céréales et de la vigne, élevage des porcs, parcs pour le petit gibier (lapins), etc. Au Moyen Âge, pour lutter contre les famines populaires, les moines poussent au défrichement de la forêt, et les Croisés rapportent d’Orient de nombreuses plantes inconnues (légumes et arbres fruitiers) et des animaux (les chats) que nous considérons aujourd’hui comme autochtones. Le milieu naturel change, les relations entre les hommes et le vivant sont plus complexes, mais la croissance démographique et économique se poursuit.
Les grands voyages transocéaniques, les grandes explorations et la colonisation, du XVIe au XIXe siècle, mettent l’Europe occidentale au centre d’un système de mondialisation. De nouvelles espèces sont introduites, dont certaines nous sont maintenant familières (maïs, pomme de terre, tabac, tomate, etc.). Les transferts se font aussi vers les autres continents. Le cheval revient en Amérique, accompagné par les moutons, les bœufs, les moineaux, et un cortège de plantes, mais aussi par la variole et la syphilis. La diversité biologique des grandes plaines américaines en est bouleversée.
Les deux derniers siècles sont marqués par une emprise grandissante des hommes sur la diversité biologique. Dans toutes les régions du globe, les conquêtes coloniales, les cultures de rente et le commerce international ont transformé la diversité biologique. Des crises écologiques localisées sont apparues: déforestations, cultures industrielles, introductions d’espèces invasives, etc. Cette évolution rapide a les caractéristiques d’une course au trésor, impatiente de profits immédiats et peu soucieuse du lendemain. Les succès sont accompagnés d’échecs dont les conséquences peuvent se manifester sur le long terme. Les extinctions d’espèces, les disparitions d’écosystèmes et de structures sociales originales en sont les manifestations visibles et prévisibles. Après avoir fait le tour de la planète les sociétés modernes constatent maintenant que la diversité biologique n’est pas inépuisable.
7.2CRÉER ET SÉLECTIONNER DES ESPÈCES «UTILES»
L’acclimatation, la culture, l’entretien et l’élevage sont possibles grâce à l’aptitude à la reproduction copie conforme des cellules vivantes, Les techniques de clonage, micropropagation, bouturage, greffage, etc., exploitent ces propriétés et permettent la multiplication en principe indéfinie (en tout cas suffisamment pour les besoins de l’agriculture et
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de l’industrie) de génotypes particulièrement bien choisis par et pour les utilisateurs.
Ensuite l’amélioration génétique des plantes, des animaux et des micro-organismes s’appuie sur les processus de mutation pour enrichir la panoplie des génotypes disponibles. Elle exploite, à l’occasion de prospections, le stock des mutations apparues spontanément dans l’espèce et ses proches parents sauvages; elle a parfois recours également à la mutagenèse expérimentale. Les développements de la génétique depuis plus de cent ans ont rationalisé les pratiques empiriques des anciens obtenteurs et hybrideurs en pratiquant des croisements entre individus aux génotypes bien caractérisés et en analysant les descendances. Il est aussi possible de composer des génotypes recombinés qui présentent des assortiments inédits de gènes plus intéressants que leurs parents, et de les multiplier pour le bénéfice de la collectivité.
L’améliorateur utilise les mécanismes biologiques naturels de la reproduction sexuée (animaux, champignons, plantes) et des échanges génétiques (bactéries) qui brassent et recombinent les molécules d’ADN; d’ailleurs génétique mendélienne et génétique quantitative sont établies sur ces processus. Ce faisant, soit dans les champs, soit dans les laboratoires, des collections de génotypes (donc d’individus) très variés ont été constituées; elles représentent un enrichissement de la diversité biologique créé par les hommes. Bien entendu ces spécimens vivent et se multiplient sous la responsabilité des hommes qui assurent leur entretien et leur pérennité. Sans l’intervention de l’homme et sans conservation contrôlée, ces plantes évolueraient en entretenant des échanges avec les autres variétés et leurs cousins sauvages. Pour éviter les dérives et les mutations spontanées qui se produiraient à l’occasion de la multiplication et de l’entretien d’effectifs élevés, les collections de ces spécimens sont conservées dans un état dormant: graines sèches, pollens et spores lyophilisés, cryoconservation de sperme, de cellules somatiques et mycéliums. Le gestionnaire peut en extraire quelques aliquots pour s’assurer de la conformité, aux types catalogués, de génotypes, de souches, de races locales, de cultivars ou d’écotypes qu’il a créés par expérimentation génétique et sélection, ou rassemblés à l’occasion de prospections.
7.3GESTION ET DIVERSITÉ
DES RESSOURCES GÉNÉTIQUES
Le but général de la gestion des ressources génétiques est d’assurer la conservation, la disponibilité et, si possible, la diversification du matériel
7.3 Gestion et diversité des ressources génétiques |
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biologique dans lequel les utilisateurs seront susceptibles de trouver de nouvelles combinaisons génétiques pour répondre aux nécessités de la production et aux attentes de la société. Deux modes de gestion coexistent: la gestion ex situ et la gestion in situ.
La gestion ex situ tire parti de l’existence des collections de référence et des infrastructures de recherche, d’évaluation et d’exploitations existantes. Les spécimens ramenés des prospections ou issus des laboratoires d’amélioration y sont rassemblés et maintenus en conditions de conservation, à l’abri de pressions de sélection aléatoires. Le processus d’enrichissement génétique est entièrement contrôlé par les hommes et met en œuvre diverses techniques:
•Les cultures de tissus in vitro: la méthode consiste à conserver des parties minuscules de plantes dans des éprouvettes et à faire pousser de petits plants dans des tubes contenant un milieu nutritif. Elle convient au clonage intensif d’une espèce et à son stockage dans des conditions de croissance ralentie. Malgré ses limites c’est la seule méthode possible de conservation ex situ pour les plantes qui ne forment pas de graines ou qui se propagent par rhizome ou bulbe. Elle est associée parfois à la cryoconservation qui consiste à maintenir des cultures de tissus à très faible température, par exemple dans l’azote liquide (– 196°C).
•Les banques de graines, de pollens, de spores. La plupart des espèces végétales donnent des graines qui sont la partie de la plante la plus facile à conserver. Pour certaines espèces, dont la majorité des céréales, les graines peuvent être séchées et maintenues à faible température (environ – 20°C) sans perdre leur viabilité. Certaines graines peuvent ainsi survivre pendant une centaine d’années.
La gestion in situ, s’efforce quant à elle de maintenir la diversité génétique dans des sites où elle a été trouvée lors de prospections, ou introduite à partir de laboratoires. Elle y subit les contraintes complexes de l’environnement naturel (écosystèmes, agrosystèmes) et continue à évoluer. Plusieurs techniques sont utilisées:
•Les banques de gènes au champ: les espèces végétales qui ne donnent pas facilement de graines, ou dont les graines ne supportent pas la congélation, sont habituellement conservées sous forme de plantes sur pied. De nombreuses espèces cultivées qui sont importantes pour les pays tropicaux se reproduisent par voie végétative (patate douce, manioc, igname) et sont aussi conservées dans des jardins botaniques, des arboretums, ou des stations de recherche. C’est également sous cette forme que l’on conserve le matériel génétique de diverses espèces telles l’hévéa, le cocotier, le manioc, ainsi que le bananier et le caféier.
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•La conservation «à la ferme»: l’objectif est de préserver les nombreuses variétés locales de plantes cultivées ou d’animaux domestiques qui ont été patiemment sélectionnées par les agriculteurs sur des critères d’adaptation aux conditions locales ou d’usages spécifiques. Dans de nombreux pays les agriculteurs pratiquent à la ferme la conservation de la diversité génétique en entretenant des races traditionnelles.
•La conservation in situ des ressources génétiques des plantes sauvages apparentées aux plantes cultivées. Elle nécessite une approche spécifique car la plupart des aires protégées ont été établies pour entretenir un paysage renommé, ou pour sauver un mammifère ou un oiseau rare, mais rarement pour conserver une plante sauvage. En outre, beaucoup de ces variétés sauvages ne sont présentes que dans des zones assez limitées. Il en résulte que les zones naturelles protégées déjà existantes ne sont pas toutes aptes à la constitution de réserves génétiques de plantes sauvages apparentées et que des réserves spécialisées sont souvent nécessaires. Il semble logique d’accorder la priorité aux espèces qui ne peuvent être conservées facilement ex situ telles l’hévéa en Amazonie, le cacao et l’arachide en Amérique latine, le caféier en Afrique, les agrumes en Asie, etc.
Les deux modes de gestion sont clairement complémentaires pour optimiser l’enrichissement des ressources concernées. Les collections ainsi rassemblées ne présentent pas un échantillonnage équilibré de la diversité génétique végétale globale, puisque 60% des accessions proviennent de moins de 1% des espèces vivantes. De plus l’exploration des réserves potentielles est loin d’être assurée: les botanistes estiment que nous ne consommons que 3 000 espèces alors que 20 000 seraient comestibles!
La gestion des ressources génétiques animales se présente différemment. Seule une quarantaine d’espèces est concernée et beaucoup ne font pas l’objet de collections formellement organisées. Collections, banques de sperme et élevages contrôlés sont cependant indispensables pour entretenir la diversité des races domestiques. Les saumons ou les abeilles sont traités selon les mêmes démarches que les plantes. Un immense effort de cryoconservation est réalisé par les banques de sperme dans le cadre de programmes d’inséminations artificielles. Le maintien des races locales à faible effectif demande pour les ovins, les caprins, les volailles, etc., des plans d’élevage adaptés et des troupeaux spécialisés. La charge financière en est partagée entre les institutions publiques, les associations de professionnels et de nombreux amateurs.
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blé |
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tabac |
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coton |
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maïs |
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café |
aubergine |
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haricot |
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orge |
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sorgho |
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riz |
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Figure 7.1 Aires d’origine des principales plantes cultivées.
Ce sont des centres de diversité génétique car elles recèlent encore de nombreuses espèces sauvages, cousines des espèces cultivées.
génétiques ressources des diversité et Gestion 3.7
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7 • Les ressources génétiques et les biotechnologies |
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Les animaux domestiques
Actuellement, la planète compte 2,3 milliards de bœufs et de cochons d’élevage, et 17 milliards de poulets. La sélection naturelle et par l’homme a donné des milliers de races génétiquement différentes d’animaux d’élevage, adaptées à une grande variété de milieux naturels. Comme pour l’agriculture, l’intensification de l’élevage a entraîné au cours des dernières décennies une homogénéisation des productions et une diminution du nombre de races animales exploitées.
D’après la FAO, environ 20% des races animales sont menacées d’extinction, et une race disparaît chaque mois. Sur plus de 7 600 races d’animaux d’élevage figurant dans la base mondiale de données de la FAO, 190 ont disparu au cours des 15 dernières années et 1500 autres sont en péril. Or, le maintien de cette diversité permettrait peut-être de sélectionner, selon les circonstances, des animaux capables de résister à diverses maladies, de s’adapter aux changements climatiques ou de répondre aux demandes des consommateurs.
Les collections de champignons et de micro-organismes ont un double rôle: servir à la fois de référence en systématique et de source de matériel pour les utilisateurs. La Fédération mondiale des collections de cultures a recensé quelque 800 000 souches entretenues par près de 500 collections. Celles-ci font autorité en matière de nomenclature. Champignons et levures représentent 44%, les bactéries 43%, les virus 2%, les 11% restants comportent des algues, des protozoaires, des protistes, des plasmides. Comme les autres collections, elles ne présentent qu’une image biaisée de la diversité biologique parce que probablement plus des deux tiers des micro-organismes que les microbiologistes savent observer ne sont pas cultivables en conditions artificielles de laboratoire. Par conséquent ils n’entrent pas dans les collections vivantes (on les trouve cependant dans les banques d’ADN et de séquences).
Les bactéries représentent un gisement très important de ressources génétiques, encore peu exploré. Leur nombre a été estimé dans la biosphère entre 4 et 6 ¥ 1030, soit une biomasse équivalente à celle des végétaux. L’utilisation des ressources génétiques microbiennes présente une importance réelle ou potentielle dans des domaines aussi variés que l’industrie pharmaceutique et la santé humaine ou animale, la qualité
7.3 Gestion et diversité des ressources génétiques |
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de l’environnement, l’agroalimentaire, les biotechnologies (épuration, biodégradation, etc.).
On sait que dans le monde bactérien, les transferts de matériel génétique entre individus sont fréquents. Les ressources génétiques microbiennes (les unités fonctionnelles de l’hérédité) sont donc de plus en plus considérées comme des ressources déconnectées des organismes dans lesquelles elles s’expriment. Ainsi, le matériel génétique est le plus souvent conservé hors de l’organisme porteur, dans des banques de plasmides, ou de souches transformées, (E. coli le plus souvent).
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Les centres de ressources biologiques (CRB)
Les centres de ressources biologiques (CRB) sont un élément essentiel sur lequel s’appuient les biotechnologies. Ils sont composés de prestataires de services et de centres de conservation de cellules vivantes, de génomes de divers organismes et d’informations sur l’hérédité et les fonctions des systèmes biologiques. Les CRB détiennent des collections d’organismes cultivables (micro-organismes, cellules végétales, animales et humaines par exemple), des parties réplicables de ces organismes (par exemple, génomes, plasmides, virus, ADNc), des organismes viables mais pas encore cultivables, des cellules et des tissus ainsi que des bases de données contenant des informations moléculaires, physiologiques et structurelles sur ces collections, et la bio-informatique qui leur est associée.
Les CRB ont pour fonctions la conservation et la fourniture de ressources biologiques pour la recherche et le développement scientifique, la conservation pour la protection de la biodiversité, la conservation de ressources biologiques à des fins de protection de la propriété intellectuelle et industrielle, l’information du public, etc.
En conclusion, les collections de ressources génétiques sont peut-être loin de leurs objectifs théoriques. Elles sont coûteuses et difficiles à entretenir. Leur simple maintien est menacé en cas de crise économique. En dépit de tous ces défauts, elles ont apporté la preuve de leur intérêt scientifique économique et social. Une véritable lutte est engagée entre les États, les communautés, les entreprises (nationales et multinationales) et les individus pour s’assurer la propriété de ces ressources génétiques actuelles et futures. Les enjeux ont dépassé le niveau de la biologie. Ils sont si forts que la mise en œuvre de la Convention sur la diversité biologique passe surtout par des négociations sur les statuts, les droits