Introduction aux cellules Thème 1.1 Introduction aux cellules Idée Essentielle: l’évolution des organismes multicellulaires a permis la spécialisation et le remplacement des cellules.

Cette image montre des cellules souches totipotentes Cette image montre des cellules souches totipotentes. Ces cellules non spécialisées se diviseront et certaines deviendront des cellules qui forment le muscle cardiaque, les neurones dans le cerveau et des lymphocytes du sang. Ces trois types de cellules humaines spécialisées sont structurellement très différentes et accomplissent certaines fonctions plus efficacement qu’une cellule non spécialisée telles que les cellules embryonnaire pourraient le faire. Un autre avantage des organismes multicellulaires sur ceux unicellulaires est la sévérité des dommages ne mène pas nécessairement à la mort de l’organisme. Les cellules souches demeurent durant la vie d’un organismes multicellulaires, ce qui lui permet de digérer les cellules endommagées et les remplacer, ex. des blessures peuvent être guéries.

Nature de la science Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1) Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre éthique. (4.5) Notions-Clés 1.1 N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules. Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. 1.1 N2 Les organismes composés d’une seule cellule effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette cellule. On s’attend à ce que les élèves puissent nommer et décrire brièvement les fonctions de la vie suivantes : la nutrition, le métabolisme, la croissance, la réponse, l’excrétion, l’homéostasie et la reproduction 1.1 N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. 1.1 N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs composantes cellulaires.

Nature de la science Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1) Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre éthique. (4.5) Notions-Clés 1.1 N5 Les tissus spécialisés peuvent se développer par différenciation cellulaire dans les organismes multicellulaires. 1.1 N6 La différenciation implique l’expression de certains gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une cellule. 1.1 N7 L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à se différencier en empruntant des voies différentes est nécessaire dans le développement embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles conviennent pour être utilisées à des fins thérapeutiques.

Nature de la science Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1) Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre éthique. (4.5) Compétences et Applications 1.1 A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées. 1.1 A2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique nommé. Chlorella ou Scenedesmus sont des organismes unicellulaires photosynthétiques adéquats mais il faut éviter de nommer Euglena car elle peut se nourrir par voie hétérotrophe 1.1 A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée. 1.1 A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte

Nature de la science Recherche des tendances et des divergences : la plupart des organismes se conforment à la théorie cellulaire, mais il y a des exceptions. (3.1) Implications éthiques de la recherche : la recherche impliquant les cellules souches tient une place de plus en plus importante et elle soulève des questions d’ordre éthique. (4.5) Compétences et Applications 1.1 C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) Les échelles graphiques sont un moyen utile pour indiquer les tailles réelles sur les schémas et les photographies prises au microscope.

1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) L’apprentissage des microscopes se fait mieux par des expériences. Les liens ci-dessous visent ceux sans accès à un microscope. Comment utiliser un microscope Apprenez sur les microscopes: http://www.wisc-online.com/objects/ViewObject.aspx?ID=BIO905 Microscope Virtuel: http://www.udel.edu/biology/ketcham/microscope/scope.html Source: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Dinoflagellata

Agrandissement et échelle 1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) Agrandissement et échelle  Agrandissement Agrandissement = Grosseur de l’image ---------------------------- Grosseur de l’objet Avec un microscope, n’oubliez pas de multiplié la valeur de l’objectif par la valeur de l’oculaire(10x) Les micrographies et images imprimées ont normalement une échelle ou un agrandissement.

Agrandissement et échelle 1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) Agrandissement et échelle  Il est très important de s’assurer que les unités sont les mêmes en utilisant la formule. Elles pourraient être en mm ou en µm. Elles doivent être converties. La barre d’échelle est parfois ajoutée directement sur la micrographie ou le dessin, parfois sur le côté. Ces lignes droites représentent la grandeur réelle de l’objet Par exemple, si une barre de 10mm sur une micrographie avec un agrandissement de 10 000X, la barre aurait une indication de 1 µm.

Agrandissement et échelle 1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) Agrandissement et échelle  Exemple: La longueur d’une image est 30mm. Elle représente une structure qui a une mesure réelle de 3 µm. Déterminez l’agrandissement de l’image? Soit: 30 mm = 30 x 10-3 m 3 µm = 3 x 10-6 m Agrandissement = 30 x 10-3 3 x 10-6 = 10 000 X

Agrandissement et échelle 1.1.C1 L’utilisation d’un microscope optique pour examiner la structure de cellules et de tissus, avec schémas des cellules. Le calcul du grossissement des schémas et de la taille réelle des structures et ultrastructures représentées sur les schémas ou les photos prises au microscope. (Exercice de travaux pratiques 1) Agrandissement et échelle  Exemple: La longueur d’une image est 30mm. Elle représente une structure qui a une mesure réelle de 3 µm. Déterminez l’agrandissement de l’image? Ou 30 mm = 30, 000 µm Agrandissement = 30, 000 3 = 10 000 X

Mesure de la barre d’échelle Valeur de la barre d’échelle Calculer l’agrandissement On veux probablement savoir combien de fois l’image a été agrandie. La barre d’échelle représente la grosseur « réelle » de l’échantillon de l’image, donc nous n’avons qu’à travailler avec la barre d’échelle En premier lieu, convertissez vos unités pour qu’elles soient toutes identiques. Barre d’échelle = µm, alors convertissez la règle en µm. 1 mm = 1 000 µm, alors 20 mm = 20 000 µm. Maintenant, on peut calculer l’agrandissement. Mesure de la barre d’échelle (On vient de la calculer). 20 000 µm Valeur de la barre d’échelle (grosseur réelle de l’échantillon). 10 µm L’agrandissement = 2 000x

Imprimer cette feuille et calculer l’agrandissement des barres d’échelle: Rappel: Pour calculer l’agrandissement, l’image n’est pas nécessaire si vous avez la barre d’échelle. Tiré de:

Calculer l’agrandissement (sans barre d’échelle) Pour ce type de question, mesurer la partie de l’image à résoudre et diviser celle-ci par l’agrandissement. Convertissez vos unités de façon appropriée Ex.: Longueur mesurée ------------------------- Agrandissement OU Converti à Devrait avoir un nombre entier de ce côté de la virgule Une option possible

Seringue hypodermique x 100 Diatomée x 1 000 Diatomée x 5 000 Tête de Moustique x 200 Seringue hypodermique x 100

2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm 2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm. Un étudiant le dessine de 75 mm en longueur. Quel est l’agrandissement?

2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm 2. Un spermatozoïde a une queue de 50 µm. Un étudiant le dessine de 75 mm en longueur. Quel est l’agrandissement? Si vous êtes bloqué, dessinez le problème 1. Convertissez les mm en µm : 2. Longueur mesurée Mesure de la barre d’échelle Agrandissement

Agrandissement et échelle Micrographie d’un rein Source: http://www.trefle.com/a-vendre/art-collection-bibelot/normal-kidney-tissue-x100-micrograph-renal-urinary-photograp_91480426-loc-france-paris_75056.html

Agrandissement et échelle Sur l’image précédente, la zone identifié sur l’image mesure 1 cm. Avec un agrandissement de 100x, alors la taille de l’objet est alors: Taille de l’objet = Taille de l’image / agrandissement = 1 cm / 100 = 0,01 cm ou 0,1 mm

Selon la théorie cellulaire….. 1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules Selon la théorie cellulaire….. Les organismes vivants sont composés de cellules. Les cellules sont les plus petites unités de la vie. Les cellules proviennent de cellules préexistantes.

Le milieu de vie de la cellule 1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules Le milieu de vie de la cellule Liquide interstitiel : solution salée (comme dans le lab sur l’osmose)

Qu’est-ce que la vie ? La vie se définit au niveau cellulaire, mais qu'est-ce qu'une cellule vivante ? Qu’est-ce que la vie? Être vivant = structure pouvant : Se réparer (en puisant des matériaux et de l’énergie dans son environnement) Se reproduire Contrôler son fonctionnement en fonction des variations du milieu Et pour un pluricellulaire, qu’est-ce que la vie ?

1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules Tous les organismes vivants sont composés de cellules(ou produits de cellules) Longitudinal section of a root tip of Maize (Zea mays) by Science and Plants for Schools on Flickr (CC) http://flic.kr/p/bNNM6M

La cellule est la plus petite unité de vie 1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules La cellule est la plus petite unité de vie Les structures spécialisées dans les cellules (organites) complètent des fonctions différentes. Les Organites ne peuvent survivre seuls. Cette micrographie de Paramecium montre 2 vacuoles contractile , la rainure orale avec la formation d’une nouvelle vacuole de nourriture à son extrémité, et les cils qui l’entourent. http://www.infovisual.info/02/004_en.html Source: http://www.dr-ralf-wagner.de/

Les cellules proviennent de cellules préexistantes : 1.1.N1 Selon la théorie cellulaire, les organismes vivants se composent de cellules Les cellules proviennent de cellules préexistantes : Cellules se multiplient par division Toute vie a évolué d’ancêtres simples La mitose résulte en cellules filles diploïdes génétiquement identique La méiose génère des gamètes haploïdes (cellules sexuelles) Étape à 4 cellules du Dollar des sables ( Clypeaster subdepressus - Oursin) par Bruno Vellutini sur Flickr (CC) http://flic.kr/p/daWnnS

Contredit l’idée qu’une cellule a un noyau seulement 1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées Muscle Strié Contredit l’idée qu’une cellule a un noyau seulement Les cellules musculaire ont plus qu’un noyau par cellule Les cellules musculaires nommées fibres peuvent être très longues (300mm) Elles sont entourées par une membrane plasmique simple mais sont multi-nucléée (plusieurs noyaux). Ceci ne suit pas le principe d’un seul noyau par cellule Source: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Skeletal_striated_muscle.jpg

Contredit l’idée qu’une cellule a un noyau seulement. 1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées Hyphes fongiques aseptées Contredit l’idée qu’une cellule a un noyau seulement. Hyphes fongiques sont également très grosses avec plusieurs noyaux et un cytoplasme continue Le système tubulaires des hyphes forme un réseau dense nommé mycélium Comme les cellules musculaires, elles sont multi-nucléée Elles ont des parois cellulaires composée de chitine Le cytoplasme est continu le long de l’hyphe avec aucune paroi ou membrane terminale Source: http://www.apsnet.org/edcenter/intropp/pathogengroups/pages/introfungi.aspx

Algue géante (Acetabularia) 1.1.A1 La présentation de questions sur la théorie cellulaire en utilisant des exemples atypiques, notamment les muscles striés, les algues géantes et les hyphes fongiques non cloisonnées Algue géante (Acetabularia) Acetabularia est un organisme unicellulaire qui contredit les idées que les cellules doivent être structurellement simples et petites en grosseur Énorme en grosseur (5 – 100mm) Forme Complexe, elle consiste de trois parties anatomiques: Rhizoïde inférieur (qui ressemble à un groupe de racines courtes) Une tige longue Un groupement en parapluie de branches qui peuvent fusionner en chapeau. Le noyau simple se retrouve dans le rhizoïde Source: http://deptsec.ku.edu/~ifaaku/jpg/Inouye/Inouye_01.html

Fonctions de la vie Métabolisme Sensitivité Croissance Reproduction Organismes capable du toutes les fonctions de la vie telles que: Métabolisme Sensitivité Croissance Reproduction Homéostasie Nutrition

Vous connaissez: Dans le cours, ces fonctions sont raffinées: 1.1.N2 Les organismes composés d’une seule cellule effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette cellule Vous connaissez: Dans le cours, ces fonctions sont raffinées: Mouvement Reproduction Sensitivité Homéostasie Croissance Respiration Excrétion Nutrition Métabolisme – le réseau de toutes les réactions catalysées par un enzyme dans une cellule ou un organisme, ex. respiration Réponse – Les organismes vivants peuvent répondre et interagir avec l’environnement Homéostasie – Le maintien et le contrôle des conditions cellules internes, ex. eau et le pH Croissance - Les organismes vivants peuvent croitre ou changement de dimension / forme Excrétion – l’élimination des déchets métaboliques Reproduction - Les organismes vivants produisent des descendants, soit sexué ou asexué Nutrition – Se nourrir soit par la synthèse de molécules organiques (ex. photosynthèse) ou l’absorption de matière organique

Mémoriser les fonctions de la vie 1.1.N2 Les organismes composés d’une seule cellule effectuent toutes les fonctions de la vie dans cette cellule Mémoriser les fonctions de la vie Un moyen facile de s’en rappeler: Croissance, Homéostasie, Excrétion , Reproduction, Métabolisme, Sensitivité, et Nutrition est: “CHER M. S N” (chaque lettre est une fonction) Source: http://www.dr-ralf-wagner.de/

Comment cette paramécie démontre les fonctions de la vie? 1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique nommé Comment cette paramécie démontre les fonctions de la vie? Source: http://umanitoba.ca/Biology/BIOL1030/Lab1/biolab1_3.html#Ciliophora

1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique nommé Homéostasie – vacuole contractile se remplie d’eau et s’en débarrasse via la membrane plasmique pour contrôler le contenu en eau Excrétion – la membrane plasmique contrôle l’entrée et la sortie des substances incluant l’expulsion de déchets métaboliques Réponse – Le mouvement d’action de vagues par les cils déplace la paramécie en réponse aux changement dans l’environnement, ex. vers la nourriture. Source: http://umanitoba.ca/Biology/BIOL1030/Lab1/biolab1_3.html#Ciliophora Métabolisme – majorité des voies métaboliques ont lieu dans le cytoplasme Nutrition – Les vacuoles alimentaires contiennent les organismes que la paramécie a consommée Croissance – après avoir consommé et assimilé la biomasse de la nourriture, la paramécie deviendra plus grosse jusqu’à ce qu’elle se divise. Reproduction – Le noyau peut se diviser pour supporter la division cellulaire par mitose, la reproduction est souvent asexuée

Comment cette algue démontre les fonctions de la vie? 1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique nommé. Comment cette algue démontre les fonctions de la vie? Source: http://www.algae.info/Algaecomplete.aspx

1.1.N2 L’examen des fonctions de la vie chez Paramecium et un organisme unicellulaire photosynthétique nommé. Excrétion – la membrane plasmique contrôle l’entrée et la sortie des substances incluant la diffusion vers l’extérieur de l’oxygène en surplus Réponse – Le mouvement d’action de vagues par les cils déplace l’algues en réponse aux changement dans l’environnement, ex. vers la lumière. Reproduction – Le noyau peut se diviser pour supporter la division cellulaire par mitose (ces cellules sont en cytokinèse) Source: http://www.algae.info/Algaecomplete.aspx Métabolisme – majorité des voies métaboliques ont lieu dans le cytoplasme Homeostasis – vacuole contractile se remplie d’eau et s’en débarrasse via la membrane plasmique pour contrôler le contenu en eau Nutrition – La photosynthèse a lieu à l’intérieur des chloroplastes pour fournir de la nourriture à l’algue. Croissance – après avoir consommé et assimilé la biomasse de la nourriture, l’algue deviendra plus grosse jusqu’à ce qu’elle se divise.

Grosses cellules VS petites cellules 1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. Grosses cellules VS petites cellules Combien d’unités de membrane (surface) sont présentes par unité de volume La membrane plasmique est responsable des échanges (export/import) dans la cellules. Les réactions métaboliques ont lieu sur les membranes Un ratio plus large SA:Vol indique que la cellule agit de façon plus efficace: pour chaque unité de volume qui nécessite des éléments nutritifs ou produit des déchets, il y a plus de membranes pour les desservir

De quelle autre façon un grand ratio SA:Vol est bénéfique? 1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. De quelle autre façon un grand ratio SA:Vol est bénéfique? Les voies de diffusion sont plus courtes, donc plus efficace – les molécules n’ont pas besoin de voyage loin pour entrer/sortir de la cellule, alors prennent moins de temps et (si transport actif,) moins d’énergie. Les gradients de concentration sont plus facile à créer – ce qui rend la diffusion plus efficace. (i.e. on a besoin de moins de soluté pour faire une solution de 10% dans un bécher de 100ml que dans un sceau de 10L Un grand ration SA:Vol n’est pas toujours un avantage: Les petits mammifères à sang chaud perdent leur chaleur très vite à cause du grand ratio. Ils doivent manger constamment! (Pensez à comment vous avez faim dans les jours très froid) Les plantes désertiques perdraient leur eau rapidement avec des feuilles plates – donc elles minimisent leur ration SA:Vol afin de conserver l’eau. Certaines plantes changent leur métabolisme (CAM) pour préserver l’eau

Alors comment les organismes maximisent leur ratio SA:Vol 1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. Alors comment les organismes maximisent leur ratio SA:Vol Lorsque les organismes croissent , les cellules se divisent. Deux petites cellules sont plus efficace qu’une grosse cellules. Ceci permet aussi la différenciation cellulaire, des fonctions spécialisées et une vie multicellulaire plus complexe. Les cellules se cloisonnent - ils utilisent leurs membranes pour compléter les processus métaboliques. Chez les eucaryotes, on les nomme organites. Les organites eux-mêmes, comme cette mitochondrie, sont aussi composés de membranes – maximisant la surface pour les réactions. Certains organes (comme les intestins) se replient pour maximiser le rapport SA:Vol – permettant une absorption plus efficace des molécules de nourriture. Les alvéoles dans les poumons sont des membranes minces qui maximisent la surface pour les échanges gazeux. Les racines sont longues et ramifiées, avec des poils racinaires sur les cellules pour maximiser la surface d’absorption de l’eau.

1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. Cellules et tissus spécialisés pour les échanges gazeux ou de matériel vont augmenter leur surface pour optimiser les transferts de matériaux, ex. les microvillosités(ci-dessous) dans l’intestin grêle La cellule doit par conséquent se diviser afin de rétablir un rapport SA:Vol viable et survivre. A représente un petit organisme unicellulaire B un gros organisme unicellulaire C un organisme multicellulaire Surface augmente malgré que le volume total demeure constant A B C

1.1.N3 Le rapport surface/volume est important pour limiter la taille de la cellule. En résumé: Le taux métabolique d’une cellule est en fonction de sa masse / volume Le taux d’échange de matériaux (entre/sort) d’une cellule est fonction de sa surface Lorsque la cellule croît, son volume augmente plus vite que sa surface (menant à un rapport SA:Vol réduit) Si le taux métabolique est plus grand que le taux d’échange de matériaux vitaux et de déchets, la cellule mourra éventuellement Par conséquent, la cellule doit se diviser afin de rétablir un rapport SA:Vol viable et survivre Les cellules et tissus spécialisés pour les échanges gazeux ou de matériel (ex. alvéoles) vont augmenter leur surface pour optimiser les transferts de matériaux. Extension: Y a t-il des exceptions? Essayez de trouver des cellules inhabituellement grosses et comment elles sont adaptées pour survivre.

Comparaison de taille 1 µm = 1/1000 mm 1 nm = 1/1000 µm Virus (50 à 100 nm) Protéine ~ 3 nm Bactérie (2 µm)

L’ordre de grandeur Visible à l’œil nu 500 m L’épaisseur de la feuille de troène (Ligustrum) 200 m Paramécie(organisme unicellulaire) 100 m Diamètre d’une aiguille (pointe) et le plus petit objet visible par l’œil

Visible au microscope optique L’ordre de grandeur  Visible au microscope optique 40 m Diamètre de la cellule végétale 30 m Épaisseur de d’un cheveu humain très fin 20 m Diamètre d’une cellule animale 1 m Diamètre d’une mitochondrie 0,5 - 1 m (500 – 1000nm) Diamètre d’une bactérie 0,2 m (200 nm) Plus petit objet visible au microscope optique

Visible au microscope à électrons L’ordre de grandeur  Visible au microscope à électrons 20 nm Diamètre d’un ribosome 7 nm Épaisseur d’une membrane 2 nm Diamètre d’une molécule d’ADN 0,5 nm Plus petit objet visible au microscope à électrons Invisible 0,04 nm Diamètre d’un atome d’hydrogène (le plus petit atome)

1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs composantes cellulaires. Les propriétés émergentes proviennent de l’interaction de composantes. Le tout est plus grand que la somme de ses parties. Les organismes multicellulaires sont capable de compléter des fonctions que des cellules individuelles ne pourraient faire – Ceci est causé par l’interaction entre les cellules produisant de nouvelles fonctions.

1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs composantes cellulaires. La science a traditionnellement pris une approche réductionniste pour résoudre les problèmes et développer des théories. La biologie utilise une pensée inductive puisque elle a réalisé l’importance des propriétés émergentes, que ce soit l’interaction des gènes, enzymes travaillant ensemble dansune voie métabolique, ou des cellules qui forment des tissus, des tissus différents formant des organes, qui ensuite forme des systèmes et l’organisme lui-même. À chaque niveau, les propriétsé émergents apparaissent.

1.1.N4 Les organismes multicellulaires ont des propriétés qui émergent de l’interaction entre leurs composantes cellulaires. Comme modèle, prenez une ampoule électrique. L’ampoule est le système composé de filaments fait de tungstène, un bouchon métallique, et un contenant de verre. On peut étudier les composantes individuellement, leurs fonctions et leur propriétés. Ce serait les propriétés de : Tungstène Bouchon métallique Contenant de verre Lorsqu’on les étudie de façon individuelle, cela ne permet pas de prédire les propriétés de l’ampoule. Seulement lorsqu’on les combine pour former l’ampoule que les propriétés peuvent être déterminées. Il n’y a rien de supranaturel avec les propriétés émergentes mais simplement une combinaison des partis qui résulte en de nouvelles propriétés qui émergent. Source: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gluehlampe_01_KMJ.jpg

1.1.N5 Les tissus spécialisés peuvent se développer par différenciation cellulaire dans les organismes multicellulaires. Chez les humains, 220 types de cellules distinctes hautement spécialisées ont été identifiés Toutes les cellules spécialisées et les organes issus d’elles se sont développés à partir de la différentiation. Source: http://images.wisegeek.com/types-of-human-cells.jpg

1.1.N6 La différenciation implique l’expression de certains gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une cellule. Toutes les cellules (diploïde) d’un organisme partagent un génome identique – chaque cellule contient la recette entière d’instructions génétique pour cette organisme. MAIS pas tous les gènes sont exprimés (activés dans toutes les cellules. Dans les cellules souches embryonnaires (totipotente), le génome entier est actif Les nouvelles cellules créées reçoivent des signaux qui désactivent (ou plus rarement activent) les gènes, ex. une cellule de la peau ne peut pas produire de l’hémoglobine (le pigment dans les globules rouges qui transporte l’oxygène) Source: http://www.ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html

1.1.N6 La différenciation implique l’expression de certains gènes, mais pas d’autres dans le génome d’une cellule. Extension: Les gènes actifs sont normalement assemblés sous une forme accessible et élargie (euchromatine), tandis que les gènes inactifs sont plutôt assemblés sous une forme condensée (hétérochromatine) Le mois de gènes actifs qu’une cellule possède la plus spécialisée elle deviendra. En réponse à l’expression génique, la différentiation cellulaire débute: le métabolisme et la forme de la cellule change pour effectuer une fonction spécialisée. Source: http://www.ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html

Cellules souches sont non-spécialisées qui: 1.1.N7 L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à se différencier en empruntant des voies différentes est nécessaire dans le développement embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles conviennent pour être utilisées à des fins thérapeutiques Cellules souches sont non-spécialisées qui: Peuvent se diviser constamment et se répliquer Ont la capacité de se différencier en cellules spécialisées Totipotente Peut se différencier en n’importe quel type de cellules. Pluripotente Peut se différencier en plusieurs types de cellules. Multipotente Peut se différencier en certains types de cellules similaires. Unipotente Peut se régénérer mais peut seulement se différencier dans leur type de cellules (ex. cellules souches du foie peuvent seulement faire des cellules du foie). Image from: http://en.wikipedia.org/wiki/Stem_cell

Apprenez davantage sur les site ci-dessous 1.1.N7 L’aptitude qu’ont les cellules souches à se diviser et à se différencier en empruntant des voies différentes est nécessaire dans le développement embryonnaire ; c’est grâce à cette aptitude qu’elles conviennent pour être utilisées à des fins thérapeutiques Apprenez davantage sur les site ci-dessous http://ns.umich.edu/stemcells/022706_Intro.html A Stem Cell Story http://learn.genetics.utah.edu/content/stemcells/scintro/ http://www.youtube.com/watch?v=2-3J6JGN-_Y

Dystrophie maculaire de Stargardt 1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée Dystrophie maculaire de Stargardt Le problème Affecte environ un sur 10,000 enfants Condition génétique récessive (héritée) Une mutation cause le mauvais fonctionnement d’une protéine de transport actif sur des cellules photo réceptrices La cellule photo réceptrice dégénère La production d’une protéine dysfonctionnelle qui ne peut pas faire de transport d’énergie et qui cause progressivement et éventuellement la perte de la vision Le traitement Les cellules souches embryonnaires sont traitées pour se diviser et se différencier en cellules rétiniennes Les cellules rétiniennes sont injectées dans la rétine Les cellules rétiniennes s’attachent à la rétine et deviennent fonctionnelles La vision centrale s’améliore suite à un plus grand nombre de cellules rétiniennes fonctionnelles. Le futur Ce traitement est encore au stade des essais cliniques limités, mais devrait être utilisé fréquemment dans le futur

1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée Apprenez davantage sur les thérapies avec cellules souches au site suivant http://media.hhmi.org/biointeractive/click/Stem_Cell_Therapies/01.html

1.1.A3 L’utilisation des cellules souches pour traiter la maladie de Stargardt et une autre affection nommée Leucémie Le problème Cancer du sang ou de la moelle osseuse, résultant en niveaux élevés et anormaux de globules blancs qui fonctionnent mal. Le traitement Cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont récoltées de la moelle osseuse, le sang périphérique ou le sang du cordon ombilical La chimiothérapie et radiothérapie sont utilisées pour détruire les globules blancs infectés De nouveau globules blancs ont besoin d’être remplacés par cellules en santé. CSH sont transplantés dans la moelle osseuse CSH se différencie pour former de nouveau globules blancs sains Le bénéfice L’utilisation des CSH propres au patient diminue grandement le risque d’un rejet immunitaire comparativement à une transplantation traditionnelle de la moelle osseuse.

Comparaison des sources de cellules souches 1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Comparaison des sources de cellules souches Embryon Sang du cordon Adulte Facilité d’extraction Peut être obtenue d’embryons excédentaires via FIV. Facilement obtenu et stockée, cependant en quantité limitée. Difficulté d’obtention car elles sont rares et cachées profondément dans les tissus Éthique de l’extraction Peut seulement être obtenu suite à la destruction de l’embryon Cordon ombilical est retiré à la naissance et jeté qu’on récolte ou non les cellules souches. Le patient adulte peut donner sa permission pour l’extraction des cellules Potentiel de croissance Presque illimité Potentiel réduit (en comparaison aux cellules embryonnaires) Risque de tumeur Haut risque de développement Risque plus faible de développement

Comparaison des sources de cellules souches 1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Comparaison des sources de cellules souches Embryon Sang du cordon Adulte Différentiation Peut se différencier en n’importe quel type de cellules Capacité limitée de se différencier (sans aide, se divise naturellement en cellules du sang) Capacité limitée de se différencier (selon la source du tissu) Dommage génétique Moins de change de dommage génétique que les cellules adultes Avec l’accumulation des mutations dans la vie d’un adulte, des dommages génétiques peuvent avoir lieu. Compatibilité Cellules souches ne sont pas génétiquement identiques au patient Complètement compatible avec le patient puisque les cellules souches sont génétiquement identiques

Arguments pour le clonage thérapeutiques 1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Arguments pour le clonage thérapeutiques La recherche sur les cellules souches nous dirige vers des découvertes futures et des technologies bénéfiques qui n’auraient pas eu lieu si leur usage était banni Peut être utilisé pour guérir des maladies sérieuses ou handicap avec une thérapie cellulaire (remplaçant les mauvaises cellules avec des bonnes) Transplants ont moins de chance d’être rejeté puisque leur cellules sont génétiquement identique à ceux des parents Transplants n’ont pas besoin de la mort d’un donneur Cellules souches peuvent être retirées des embryons qui ont cessé leur développement et qui seraient mort de toute façon (ex. avortements) Les cellules sont récoltées à un stade où l’embryon n’a pas de système nerveux et par conséquent ne ressent pas la douleur Les cellules souches peuvent être créées sans le besoin de fertilisation et de destruction d’embryons humains ‘naturels’ – CSPi

Arguments contre le clonage thérapeutiques 1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Arguments contre le clonage thérapeutiques Implique la création et destruction d’embryons humains (à quel moment offre-t-on le droit de vivre?) Les cellules souches embryonnaires sont capable de division continue et peuvent se développer en cellules cancéreuses et causer des tumeurs Plus d’embryons que nécessaire sont produits, donc l’excédent est tué. Avec des coûts et des efforts additionnels, des technologies alternatives peuvent remplir des rôles similaires (ex. reprogrammation nucléique des cellules différenciées) Objections religieuses ou morales selon l’argument ‘On prend le rôle de Dieu’. L’embryon qui est crée pourrait potentiellement être utilisé dans FIV et se développer en un fétus humain, alors est-ce qu’on crée la vie humaine pour la détruire? Malgré que le clonage reproductif humain est illégal, Ceci n’a pas été ratifié par toutes les nations. Il existe un potentiel pour une course vers le clonage du premier humain.

1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Les cellules souches CSPi pourraient réduire le besoin de cellules souches embryonnaires. Pluripotente induite. Cellules différenciées qui peuvent être reprogrammées pour retourner à l’état de cellules souches.

Regardez les nouvelles – Il y a des articles sur CSPi tout le temps. 1.1.A4 Les aspects éthiques de l’utilisation à des fins thérapeutiques de cellules souches provenant d’embryons créés tout spécialement à cette fin, du cordon ombilical d’un nouveau-né et des propres tissus d’un adulte Reprogrammation: Comment converti n’importe quelle cellule du corps en une cellule souche pluripotente. Regardez les nouvelles – Il y a des articles sur CSPi tout le temps. Nouveau type de cellule pluripotente découverte dans des tissus de la poitrine d’un adulte Des essais avant-gardistes sur des cellules souches adultes ont été approuvé au Japon.

Bibliographie / Remerciements Jason de Nys