fécondatin in vitro
fécondation
fécondation, en biologie, fusion
de deux cellules sexuelles ou gamètes, pour former un zygote, ou embryon, dans
le cadre d’une reproduction sexuée.
Le gamète femelle, également
appelé ovule ou cellule germinale femelle chez les animaux, anthérozoïde,
ovule ou oosphère chez les végétaux supérieurs, est relativement gros,
contient des réserves nutritives (vitellus) et n’est généralement pas
capable de se déplacer. Les gamètes mâles, appelés spermatozoïdes ou
cellules germinales mâles, sont beaucoup plus petits que les ovules,
contiennent peu de réserves nutritives, possèdent la plupart du temps un
centrosome (organite cellulaire impliqué dans la division cellulaire) et sont
en général capables de se mouvoir (s’ils ne le sont pas, comme chez
certaines plantes, leurs déplacements sont assurés par d’autres voies). Les
gamètes possèdent un seul jeu de chromosomes et sont dits haploïdes. L’œuf
résultant de leur fusion a deux jeux de chromosomes : il est diploïde.
La fécondation des ovules
d’un individu par les spermatozoïdes d’un autre est la règle chez la
plupart des végétaux et des animaux. Ce type de fécondation, dite croisée, a
une grande importance, car il permet un large éventail de variation
individuelle par le brassage et la recombinaison des gènes. L’autofécondation
(fécondation des ovules par les spermatozoïdes du même individu) limite les
variations, car elle ne permet pas l’introduction de nouveaux caractères héréditaires.
La plupart des espèces
de végétaux et d’animaux sont dioïques, c’est-à-dire que ce sont des
individus différents qui produisent spermatozoïdes et ovules. En revanche,
chez les espèces dites monoïques, ou hermaphrodites, ils sont produits par le
même organisme. Chez ces dernières, l’autofécondation est toutefois généralement
évitée par diverses adaptations. Par exemple, le développement des spermatozoïdes
et des ovules peut avoir lieu à des moments différents, ou bien, comme chez le
ver de terre, la disposition des organes reproducteurs et la méthode
d’accouplement peuvent interdire l’autofécondation. Chez de nombreux végétaux
monoïques, la taille des grains de pollen produits par un plant donné n’est
pas compatible avec le stigmate du pistil du même plant. Il existe alors deux
types de plantes : certaines fabriquent de petits grains de pollen, mais ne
peuvent être fécondées que par de gros grains ; d’autres, en revanche,
produisent des grains de petite taille et sont pollinisées par des grains de
grande taille.
Pour que la fécondation
ait lieu, il faut que les cellules germinales mâles et femelles (produites,
chez les animaux, dans les gonades à partir de cellules souches) soient à un
stade adéquat de leur maturation (voir Reproducteur, appareil). Pour le
gamète mâle, c’est le stade spermatozoïde proprement dit (après la
spermatogonie, les spermatocytes I et II et la spermatide, chez les mammifères).
Pour le gamète femelle, c’est l’ovule. Cependant, chez les mammifères,
c’est au stade « ovocyte II » que le gamète est fécondé.
La fécondation déclenche alors la dernière étape de la maturation de la
cellule, qui devient ovule juste avant de fusionner avec le spermatozoïde.
Lorsque les spermatozoïdes
et les ovules matures de la même espèce ou d’espèces étroitement apparentées
entrent en contact, et lorsque les conditions sont favorables, un spermatozoïde
pénètre dans l’ovule, l’embryon résultant n’étant toutefois viable ou
fertile que si mâle et femelle appartiennent à la même espèce (voir Hybride).
Chez les mammifères, comme chez de nombreux autres animaux, le point d’entrée
du spermatozoïde dans l’ovule peut se situer à n’importe quel endroit de
ce dernier. En revanche, les ovules de certains poissons, mollusques ou
insectes, sont entourés d’une membrane épaisse : les spermatozoïdes ne
peuvent y pénétrer que par une ouverture spéciale, appelée micropyle, située
à sa surface. C’est le cas également des ovules des plantes à fleurs.
Dans la plupart des cas,
un seul spermatozoïde peut pénétrer dans un ovule donné, son entrée déclenchant
des mécanismes inhibiteurs de la pénétration d’autres spermatozoïdes. Il
s’agit d’éviter que l’œuf n’ait un nombre de jeux de chromosomes
anormal. La polyspermie, au cours de laquelle plusieurs spermatozoïdes réussissent
à pénétrer dans l’ovule, est anormale chez la plupart des espèces. Dans ce
cas, un seul des spermatozoïdes participe activement à la fécondation
proprement dite de l’ovule.
Le noyau du spermatozoïde
va ensuite rejoindre celui de l’ovule pour fusionner avec lui. L’œuf possède
alors un noyau unique, qui contient un jeu de chromosomes paternel, et un jeu
maternel. En outre, les gamètes
mâles et femelles sont complémentaires d’un point de vue cellulaire :
l’ovule fournit la plus grande partie du cytoplasme (contenant les « signaux »
déclencheurs du développement) et des nutriments de l’embryon, le spermatozoïde
procure le centrosome nécessaire au bon déroulement des mitoses. Une fois la
fusion nucléaire réalisée, le programme de divisions cellulaires de l’œuf
commence : il passe du stade d’une cellule à deux, puis quatre, puis
huit, etc. Voir Développement.
La fécondation est généralement
l’étape initiale obligatoire du développement d’un embryon. Il existe
cependant quelques exceptions. Ainsi, les ovules de certains invertébrés comme
les abeilles se développent sans avoir été fécondés. Cette forme de
reproduction est appelée parthénogenèse.
Les plantes à fleurs présentent
un cas particulier : non seulement l’ovule est fécondé par un
spermatozoïde, mais les cellules qui l’entourent le sont également. Les
ovules (ou oosphères) d’une plante à fleurs se forment dans les ovaires,
situés au centre de la fleur (à l’intérieur du pistil). Après la méiose,
une petite structure, le sac embryonnaire (structure à deux noyaux), apparaît.
Les spermatozoïdes sont produits dans les étamines entourant le pistil. Deux
cellules mâles sont produites dans chaque grain de pollen.
Lors de la pollinisation,
le pollen est transféré vers le stigmate (extrémité supérieure du pistil)
de la plante réceptrice, sur lequel il est retenu. Le grain de pollen produit
alors un tube pollinique, qui apporte au contact du sac embryonnaire les deux
spermatozoïdes non mobiles (qui ont terminé leur différenciation dans le tube
pollinique). L’un d’eux fusionne avec l’ovule pour former un œuf, ou
zygote, pendant que l’autre fusionne avec le sac embryonnaire à deux noyaux,
constituant ainsi un tissu triploïde appelé endosperme, qui fournira les réserves
de la plantule. Ces deux fusions simultanées constituent la double fécondation.
L’embryon forme alors une graine, qui reste en dormance jusqu’à ce
qu’elle soit transportée par le vent, par l’eau ou par les animaux vers un
endroit propice à sa germination.
De nombreux animaux aquatiques,
comme la méduse ou l’oursin, libèrent simplement leurs gamètes dans
l’eau, et la fécondation se produit au hasard de leur rencontre, plus fréquente
là où la densité en ovules et en spermatozoïdes est la plus forte. C’est
la fécondation externe. Ce mode de fécondation, courant chez de nombreux
animaux inférieurs aquatiques, n’est en revanche guère employé par les végétaux
(les seuls à avoir une fécondation externe sont certaines algues).
Un certain nombre d’animaux,
tout en étant soumis aux aléas de la fécondation externe, usent néanmoins de
divers stratagèmes pour augmenter les chances de rencontre des gamètes. Ainsi,
chez le saumon, les deux sexes s’assemblent et libèrent les spermatozoïdes
et les ovules à proximité les uns des autres. Chez les amphibiens, le mâle
monte sur le dos de la femelle et arrose la ponte de cette dernière de son
sperme.
La fécondation interne,
qui se produit à l’intérieur du corps de la femelle est extrêmement répandue
dans le monde vivant, car elle assure une protection efficace de l’œuf et des
premiers stades de son développement et, chez les animaux plus évolués, de
l’embryon. Les modalités de la fécondation interne sont diverses. Chez
certaines salamandres, le mâle dépose ses spermatozoïdes sous la forme
d’une masse gélatineuse qui entre en contact avec le cloaque de la femelle.
C’est également le cas d’un certain nombre d’insectes terrestres, comme
le scorpion : le mâle dépose à terre une petite structure contenant ses
spermatozoïdes, le spermatophore, que la femelle saisit avec son cloaque. La
copulation, ou coït, permet aux cellules germinales du mâle d’être libérées
dans les voies génitales de la femelle (c’est l’insémination). Elle est
pratiquée, entre autres, par tous les reptiles, oiseaux et mammifères.
fécondation in vitro (FIV)
fécondation
in vitro (FIV), technique d’aide médicale à la procréation
permettant à un couple stérile d'avoir un enfant.
La fécondation in vitro est
utilisée pour contourner le problème de stérilité des femmes dont les
trompes de Fallope sont obstruées (40 p. 100 des stérilités). Dans
cette technique, un ou plusieurs œufs sont fécondés à l'extérieur du corps
humain, puis transplantés pour s'y développer. D’abord appliquée à l'élevage
animal, la fécondation in vitro a été utilisée pour la première fois dans
l'espèce humaine avec succès en 1978 en Angleterre avec la naissance de Louise
Brown. En France, la première a eu lieu en 1982, dans le service de René
Frydman qui collabore avec Jacques Testard, avec la naissance du premier
« bébé-éprouvette », Amandine.
Le processus débute par la
stimulation, par injection quotidienne d'hormones, de la croissance de plusieurs
ovocytes. Il est possible, également, de recueillir l'ovocyte naturellement émis
par l'ovaire. Les ovocytes sont prélevés par l'une des deux méthodes
suivantes : la plus courante, le prélèvement ultrasonographique, est un
guidage par ultrasons ; le prélèvement par laparoscopie se fait au
travers d'une petite incision de l'abdomen.
Une fois prélevés, les
ovocytes sont placés dans un milieu liquide spécifique auquel on ajoute le
sperme qui a été préparé. L'ensemble est laissé en incubation pendant 18 heures
environ. Les œufs sont ensuite transférés dans un milieu de croissance spécial
et examinés environ 40 heures plus tard. Si les œufs ont été fécondés
et se développent normalement, les embryons sont introduits dans l'utérus de
la femme (ou d'une autre femme). En général, on transfère plusieurs embryons
afin d'augmenter la probabilité de grossesse. Si on a plus de quatre embryons,
le couple a la possibilité de conserver les embryons restants par
cryoconservation pour permettre leur utilisation au cours d'un prochain cycle.
Après le transfert des embryons, de la progestérone est administrée
quotidiennement à la femme. La probabilité de grossesse pour un cycle de FIV
est d'environ 20 p. 100.
Il existe d'autres techniques
telles que le transfert de gamètes dans la trompe de Fallope ; la
technique est identique à celle de la FIV, mais les ovocytes et le sperme
recueillis sont placés directement dans les trompes de Fallope, la fécondation
se produisant dans le corps de la femme. Le transfert de zygotes intrafallopien
est identique à la méthode précédente mais ce sont de très jeunes embryons
qui sont placés directement dans les trompes de Fallope. D'autres techniques
utilisent les dons d'ovocytes ; les œufs prélevés sont implantés sur
des femmes dont les ovocytes sont incapables de donner des embryons.