Les biotechnologies

Objectifs du chapitre Décrire les principales applications technologiques des biotechnologies Génie génétique Enzymes de restriction, électrophorèse, sonde moléculaire Décrire leurs conséquences Applications possibles Enjeux éthiques Ces objectifs sont tirés du plan de cours. C’est sur ces objectifs que vous serez questionnés à l’examen.

Menu Définition de la biotechnologie Outils de base 4 grands axes Hybridation Enzymes de restriction Amplification (PCR et bactéries) Électrophorèse sur gel

Menu (suite) Applications Séquençage du génome humain Sondes moléculaires Analyse par RFLP Transgénèse Thérapie génique Séquençage du génome humain

Définition de la biotechnologie Utilisation d’organismes vivants ou de leurs composantes → Transformations pratiques 4 grands domaines Génie génétique Culture de tissus Génie enzymatique Bioréacteurs Organismes vivants: Micro-organismes, cellules de plantes ou d’animaux Transformations pratiques: Produire des biens ou rendre des services

CONVERGENCE PLUSIEURS DISCIPLINES

Génie génétique Manipulation du matériel génétique (ADN, ARN) à des fins pratiques Connaissances permettant de transférer du matériel génétique d’un organisme à un autre ADN recombinant

Culture de tissus Fabrication de tissus in vitro à l’aide de culture de cellules Greffes de peau Production de plantes

Génie enzymatique Étude des enzymes et de leurs fonctions Structure 3D Étude de domaines fonctionnels Modifications (mutations) Fonctions altérées

Bioréacteurs Utilisation des bioprocédés à plus grande échelle Culture continue Production de masse (protéines) Fig. 20.1, p.409

Les biotechs : Partout autour de nous !! Alimentation : Yogourt, bière, vin, fromage, vinaigre Santé : Vaccins, insuline, diagnostic rapide d’infections Environnement : Eaux usées, bioremédiation (produits pétroliers)

Outils de base - 1 Hybridation Phénomènes impliqués : Dénaturation Complémentarité des bases Première étape : ↑ température DÉNATURATION ADN Deuxième étape : Ajout d’ADN complémentaire et ↓ température RENATURATION

Outils de base - 2 Enzymes de restriction (Fig. 20.2 p.410) ADN ligase Coupent l’ADN à un endroit particulier Séquence spécifique Créent des bouts cohésifs qui sont complémentaires ADN ligase Relie les bouts d’ADN coupé avec des enzymes de restriction

Outils de base - 3 Amplification (multiplier l’ADN) Clonage ACP (PCR) Fig. 20.3 P. 411 Bactéries amplifient l’ADN (in vivo) ACP (PCR) Figure 20.7 p.415 Enzymes amplifient l’ADN (in vitro)

1- Coupure de l’ADN et ligation avec un plasmide Fig. 19.4, p.395

2- Les bactéries se multiplient Chacune a une copie du gène Le gène est amplifié ! Retour amplification

Encadré p. 401 Enzyme Spécifiques (ADN) Le gène à amplifier Unités d’acide nucléique

Renaturation : HYBRIDATION des amorces Dénaturation Renaturation : HYBRIDATION des amorces Polymérisation (AMPLIFICATION) Retour amplification

Outils de base - 4 Électrophorèse (p.416) But : Séparer les fragments d’ADN (ou d’ARN) Gel d’agarose ou d’acrylamide  pores Courant électrique  cathode (-) et anode (+) L’ADN est chargé négativement (-) L’ADN migre vers l ’anode (+) selon sa grosseur (pores) Animation

Retour - questions Quel est le principe de l’hybridation ? Séparation des brins d ’ADN (chaleur) et réappariement des brins par complémentarité À quoi servent les enzymes de restriction ? À couper l ’ADN à des séquences spécifiques Créent des extrémités cohésives, pouvant s ’apparier et être reliés par la ligase Comment peut-on amplifier un gène ? Par clonage dans des bactéries qui se multiplient Par PCR

Retour - questions (suite) Quelle est l’utilité de l’amplification ? Obtenir un très grand nombre de molécules identiques (gènes) pour pouvoir, par exemple, en étudier la fonction Quel est le principe de l’électrophorèse sur gel ? ADN (-) se déplace vers un pôle positif Gel ayant des pores de grosseur déterminée La migration est inversement proportionnelle à la taille de l ’ADN Quels sont les 4 outils de base en génie génétique  ? Hybridation, enzymes de restriction, amplification, électrophorèse

Applications - 1 Sondes moléculaires Bout d’ADN marqué (radioactif ou fluorescent) Techniques : Clonage et Hybridation Fig. 20.4 p.412 Diagnostique de maladies génétiques Sélection d’embryons Détecter les bactéries qui ont le gène d’intérêt

Applications - 2 RFLP Figure 20.10 p. 419 Techniques : Utilité Restriction (enzymes) Électrophorèse Hybridation Utilité Paternité Criminologie

RFLP – PRINCIPE TECHNIQUE 20.9

RFLP – ÉTAPE TECHNIQUES Fig 20.10

Pouvez –vous résoudre le crime?

Applications - 3 Transgénèse p.430-432 Introduire ADN étranger dans organisme Nouvelles caractéristiques Bactéries, plantes, animaux

TRANSGÉNÈSE VÉGÉTALE - ÉTAPES

TRANGÉNÈSE ANIMALE DES RÉUSSITES AU QUÉBEC

Applications - 4 Thérapie génique Fig. 20.16 P.427 ADN normal dans un rétrovirus Injection du virus dans l’organisme Rétrovirus attaque les cellules (pénètre) Insère son ADN dans le nôtre Cellules normales !!

PROJET DU GÉNOME HUMAIN 1953 Structure de l’ADN – Watson et Crick 1977 Séquençage ADN – Sanger (Fig 20.12 – p.421) 1986 Département de l’Énergie E-U – accélération technologique - vitesse de séquençage X 100 - départage automatisé chromosomes et cellules - algorithmes de programmation analyse automatisée des génomes - bases de données communes reliées par internet 1995 Craig Venter TIGER et CELERA

PROJET DE GÉNOME HUMAIN - HISTORIQUE 1995 Bactérie Haemophilius influenza 1996 Levure Saccharomyces cerevisiae 1997 Bactérie Escherichia coli 1998 Nématode Caenorhabditis elegans 1999 Premier chromosome humain terminé : 22

PROJET DE GÉNOME HUMAIN - HISTORIQUE 2000 Première copie de travail – Génome humain 2000 Mouche à fruit Drosophila melanogaster 2002 Souris Mus musculus Septembre 2005 ……

PROJET GÉNOME HUMAIN – 2 APPROCHES

GENECHIP – DÉCODAGE ACCÉLÉRÉ

LIRE L’EXPRESSION DU GÉNOME EN DIRECT

PROJET GÉNOME HUMAIN – ENJEUX ÉTHIQUES À qui appartiennent les gènes ? Le piratage de la diversité génétique Cart@gène , banques de données et confidentialité Jusqu’où aller dans la le dépistage préventif? Peut- on sélectionner des embryons ? Pourquoi ne pas « solutionner » définitivement une maladie génétique par thérapie génétique?

Questions ???? Le Power Point sur le web : http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/jpsabourin/ Belles animations à télécharger : http://www.nhgri.nih.gov/Pages/EducationKit/download.html