Biotechnologie et bioéthique

Unité 3 – La Génie génétique et la bioéthique

Les endonucléases de restrictions

Pour se défendre contre l’infection par l’ADN étranger, la plupart des organismes procaryotes fabriquent une famille d’enzymes connue sous le nom d’endonucléases de restrictions.  (Enzymes de restrictions).  Les enzymes de restrictions reconnaissent une courte séquence nucléotidique spécifique (la séquence cible) sur un brin d’ADN et elles coupent le brin à un endroit particulier de cette séquence.  Ce point est un site de restriction.  Les sites de restrictions apparaissent par hasard à un ou plusieurs endroits dans presque tous les fragments d’ADN.

Les coupures faites par un enzyme de restriction sont spécifiques et prévisibles.  Un enzyme spécifique coupe toujours la même place de la même manière chaque fois.  La plupart des enzymes créent des coupures décalées qui laisse des paires de nucléotides non appariés sur un brin simple à chaque extrémité du fragment de restriction.  Ces courtes séquences sont appelés les extrémités cohésives (sticky ends) qui peuvent alors s’attaché a un autre brin avec une séquence complémentaire.  Si deux brins d’ADN différents sont coupés par le même enzyme de restriction, une peut former une paire avec l’autre, l’ADN ligase peut ensuite combler le trou laissé sur chaque brin dans la nouvelle molécule d’ADN.  Ainsi, les scientifiques fabriquent de l’ADN recombiné.

ADN recombiné

Quand on traite un échantillon cible d’ADN avec un enzyme de restriction, on décompose l’échantillon en un modèle spécifique de fragment de restriction, selon l’endroit ou l’enzyme a coupé.  Ensuite on colle ces échantillons à des plasmides bactériens qui ont été coupé par le même enzyme de restriction.  Les deux extrémités cohésives (sticky ends) du fragment et de la bactérie sont congruents donc se joignent ensemble et donne de l’ADN recombiné.

* le premier ADN recombiné a été produit en 1973 par Stanley Cohen et Herbert Broyer (américains).

Les bactéries

Escherichia coli ou "Colibacille" est une bactérie habituellement présente dans le gros intestin et non pathogène. Elle peut cependant le devenir lorsqu'elle envahit les voies urinaires. Ce micro-organisme peut aussi vivre à l'état libre, en particulier dans les eaux. Évacué avec les selles, il circule dans les égouts et peut polluer les eaux qu'il rend non potables, voire impropres à la baignade. Des prélèvements réguliers sont effectués dans les piscines et au niveau des plages pour détecter sa concentration.

UN ÉTONNANT POUVOIR DE SYNTHÈSE 

Escherichia coli mesure environ 2 µ (microns ou micromètres) et pèse 10^-12 g. C'est une cellule sans noyau véritable, mais possédant tous les éléments nécessaires à la synthèse des protéines, c'est-à-dire un chromosome de 1 mm de long, comportant environ 4 000 gènes et de nombreux ribosomes (*) dans le cytoplasme.

Dans les conditions optimales, chaque cellule se divise en 2 toutes les 20 minutes environ. C'est ainsi qu'en moins de 2 jours, 1 seule bactérie pourrait produire, si elle disposait d'une quantité suffisante de nourriture (...) une masse de 6 x 10²¹ tonnes, égale à celle de la Terre !  

TRANSFERT DE GÈNE CHEZ ESCHERICHIA COLI

Le génie génétique (ou recombinaison génétique, ou transgénèse) est né vers 1974, avec la découverte d'enzymes capables de couper l'A.D.N. en des endroits précis : les enzymes de restriction. D'autres enzymes, des ligases, permettent au contraire de "recoller" les morceaux. 

Il devenait ainsi possible d'introduire des gènes humains dans l'A.D.N. d'Escherichia coli en utilisant comme vecteur des plasmides (*) recombinés isolés, ou des bactériophages (*). 

  Clonage par vecteur bactérien

Étapes du clonage par vecteur bactérien








Cet A.D.N. recombiné étant ensuite reproduit par la bactérie, on obtient un grand nombre de copies du gène étranger intéressant. Le gène est "cloné". Il faut ensuite que ce gène s'exprime pour qu'il produise la protéine intéressante, ce qui a nécessité la maîtrise de nombreuses difficultés. 
Exemples :










Les Enzymes de restriction

Coupe se code d’ADN avec ECO RI

         CGAATTCCGGGAATTCGTAATGGAAT TCGCATCGA

         GCTTAAGGCCCTTAAGCAT TACCT TAAGCGTAGCT

La technologie de l’ADN recombiné

Tous les mammifères produisent une hormone de croissance appelée la somatotrophine.  Quand on traite une vache avec des taux élevés de cette hormone, elle devient plus grosse, elle a des pis plus gros et elle produit plus de lait.  En 1990, on a cloné avec succès le gène codant pour cette hormone chez le bétail (somatotrophine bovine ou BST) et on l’a introduit dans un vecteur bactérien à l’aide de la technique de l’ADN recombiné.  Produite à une échelle commerciale, cette hormone est devenue le premier produit transgénique approuvé pour utilisation agricole en Amérique du Nord.

La bioéthique :

La science en elle-même n'a pas pour tâche de définir les valeurs humaines. Elle doit donc être confrontée aux autres sciences, et l'homme doit aborder la question du sens et des conséquences des progrès scientifiques. La bioéthique est la recherche des réponses à ces questions. En cherchant à définir les frontières du possible et de la légitime, elle demeure dans la tradition des réflexions éthiques de notre passé.

La recherche des cellules souches, les tests génétiques, le clonage : les progrès dans le domaine des sciences de la vie ont doté les êtres humains d’un nouveau pouvoir pour améliorer la santé et contrôler les mécanismes de développement de toutes les espèces vivantes. Les interrogations concernant les implications sociales, culturelles, légales et morales de ces progrès ont mené à l’une des discussions les plus significatives du siècle passé.

Créé en 1993, le Comité international de bioéthique (CIB) est composé de 36 experts indépendants qui encadrent les progrès des recherches dans les sciences de la vie et leurs applications en veillant au respect des principes de dignité et de liberté de la personne humaine.

L’identification par le code génétique :

Le clonage :

La thérapie génique :

Les cellules souches :

Les OGM :

Le projet Génome humain :

Les bébés à la carte et la fertilisation Invitro :

La parthénogénèse :

Les robots chirurgicaux :

La nanotechnologie :

Le Biomimétisme :

La cryogénie :

1.  Expliquez c’est quoi un enzyme de restriction. Dites d’où ils viennent et expliquez leur rôle original.

2. Expliquez le processus du clonage à l’aide d’un vecteur bactérien.

3.  C’est quoi des extrémités cohésives (Sticky-ends) et pourquoi sont-ils importants ?

 

4.  Si HINDIII coupe au code AAGCTT comment se fera la coupure de cette ADN ?

                                               TTCGAA

            CGATTAAGCTTGGAATTGGTAAGCTTGAATTGGCAAGCTTA

            GCTAATT CGAACCTTAACCATTCGAACTTAACCGTTCGAAT

5.  Si une bactérie peut se diviser en 2 toutes les 20 minutes.  Combien de bactérie peuvent naitre d’une seule bactérie dans 3 heures ? Démontrez-le calcule.

6.  C’est quoi un OGM ?  Donnez deux exemples.

7.  Expliquez c’est quoi une cellule souche et comment ils peuvent être utilisé en médecins.

8. Expliquez le comment faire le clonage d’un animal.

9. Expliquez le processus de la fécondation In vitro.

10. C’est la parthénogénèse ?

11.  C’est quoi le projet génome humain ?

12.  Expliquez 3 types d’identification par le code génétique.

13.  C’est quoi la nanotechnologie ?

14.  Qui est Dolly ?

15.  C’est quoi un robot chirurgical ?

16.  Nommez deux avantages aux robots chirurgicaux.

17. Nommez deux avantages et deux désavantages du clonage.

18.  C’est quoi la cryogénie ? Donnez deux exemples de l’utilisation de cette technologie.

19.  C’est quoi la bioéthique ?

20. D’où viennent les enzymes de restrictions ?

21. Développer un exemple d’un dilemme de la bioéthique.

projet du modèle d'ADN

Les mutations

Les mutations et les mutagènes

Un changement permanent dans le matériel génétique s’appelle une mutation. Toutes les mutations peuvent être héréditaires parce qu’elles sont copiées pendant la réplication de l’ADN. Seuls les changements qui affectent l’information génétique contenue dans les cellules reproductrices d’un organisme, appelées : _____________Mutations germinales___________ se transmettront.

Les mutations se produisent dans les autres cellules d’un organisme pendant la durée de sa vie sont des ________________mutations somatiques________. Les générations futures n’héritent pas ce type de mutation.

Il y a constamment des mutations dans l’ADN de tout organisme vivant.  Plus d’un billion de mutations se produisent dans ton ADN pendant que tu lisais cette phrase.

Les types de mutations

Plusieurs changements consistent en petits changement dans la séquence nucléotidique de gènes particuliers.  Un changement chimique qui touche seulement un ou quelques nucléotides est une mutation ponctuelle.  Les mutations ponctuelles entraînent parfois la substitution d’un nucléotide à un autre, ou encore l’insertion ou la suppression d’un ou plusieurs nucléotides.

Substitution de nucléotide

Une substitution de nucléotides est le remplacement d’un nucléotide par un autre ; par exemple, un changement de la séquence d’ADN de CATCAT à CATTAT.  Ces substitutions ont en général des effets mineurs sur le métabolisme de la cellule.  Ces changements n’entrainent pas toujours un changement dans la chaine polypeptidique (acide aminé).  Même quand il y a une substitution d’un acide aminé pour une autre, le changement peut ne pas avoir de conséquence importante sur la structure ou la fonction de la protéine.  Une mutation qui n’a pas d’effet sur la métabolise cellulaire est dite une _____________Silencieux_________ (ou inaperçue).

S’il y a un changement, ces _______mutations contre-sens_________ peuvent être nuisibles.   Par exemple, un changement dans un seul acide aminé dans une des protéines de l’hémoglobine est responsable pour la drépanocytose, une maladie héréditaire des globules rouges.  D’autre part, les mutations à contresens peuvent aider des organismes à produire de nouvelles formes de protéines qui répondent à différent besoin.  Par exemple, il y a des preuves que les mutations à contresens jouent un rôle important dans la formation des innombrables variétés d’anticorps dont ton corps a besoin pour combattre les infections.

Certaines substitutions peuvent avoir des conséquences graves pour une cellule.  Un changement de la séquence codante d’un gène qui efface un signal initiateur ou qui insère un signal de terminaison prématuré peut empêcher la cellule de répondre correctement aux signaux métaboliques.  Toute mutation qui empêche le gène de coder un produit polypeptidique fonctionnel est appelée ____Non-sens_________.

L’anémie falciforme est un exemple de mutation ponctuelle due à une substitution d’un nucléotide par un autre.

Considérons la chaine d’acides aminés suivants :

a) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA

a) Val    –   his –   leu   –   thr   –   pro  –   glu   –  glu

a) la séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous.

b) GUU – CAU – UUG – ACC – CCC – GAA – GAA

b) Val    –   his –   leu   –   thr   –   pro  –   glu   –  glu

b) Cette mutation est silencieuse car le changement apporté à la séquence nucléotidique n’a pas d’effet sur le produit polypeptidique.

c) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GUA – GAA

c) Val    –   his –   leu   –   thr   –   pro  –   val   –  glu

c) Il s’agit d’une mutation à contresens, car elle entraîne l’insertion dans la chaîne polypeptidique de l’acide aminé de la valine à la place du glutamate.  La protéine obtenue est incapable de transporter efficacement l’oxygène et elle est à l’origine d’une maladie appelée la drépanocytose.

d) GUU – CAU – UAG

d) Val    –  his    –  stop 

d) Cette substitution entraîne une mutation non-sens en changeant le codon pour l’acide aminé de la leucine pour un codon de terminaison prématuré.  Ce gène ne produira pas de polypeptide fonctionnel. 

Les insertions ou les suppressions de nucléotides

L’insertion ou la suppression d’un ou de deux nucléotides dans une séquence de codons produit un deuxième type de mutation ponctuelle, appelé : _________________mutation décalantes__________. 

Contrairement aux substitutions de nucléotides, les insertions ou les suppressions de nucléotides modifient l’ensemble du cadre de lecture du gène.  Il est possible que deux mutations par décalage s’annulent. Donc, l’ajout d’un nucléotide à un endroit sur un gène peut être compensé par la suppression d’un autre nucléotide plus loin sur la séquence codante. 

Considérons la chaine d’acides aminés suivants :

a) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA

a) Val    –   his –   leu   –   thr   –   pro  –   glu   –  glu

a) La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous.

b) GUU – CAU –  GUU – GAC – UCC – CGA – AGA  A

b) Val    –   his –   val   –   ala   –   ser  –   arg   –  arg

b) L’insertion d’un seul nucléotide, dans ce cas la guanine, entraîne une mutation par décalage de séquence.

      A

c) GUU – CAU – UUG – CUC – CCG – AAG – AA

c) Val    –   his –   leu   –   leu   –  pro  –   lys  

c) La suppression d’un seul nucléotide, dans ce cas l’adénine, entraîne aussi une mutation par décalage de séquence.

La beta-thalassémie est un exemple de mutation par décalage.

Résumé des types de mutation :

Nom	Effet	Exemple dans une chaine d’acides aminés

Les causes des mutations

Beaucoup de mutations résultent des interactions moléculaires qui ont lieu naturellement dans la cellule.  On dit qu’il s’agit de mutations spontanées. La cause de ces mutations est souvent le mauvais appariement de bases par l’ADN polymérase pendant la réplication de l’ADN.  Toute cellule subit des mutations spontanées.  C’est important de noter que l’environnement peut avoir un grand impact sur le nombre de mutations.  Les mutations dues à des agents extérieurs à la cellule sont des mutations induites.  Une substance ou un évènement qui fait augmenter le taux de mutation dans un organisme s’appelle un mutagène.  Il y a deux catégories de mutagènes : Les mutagènes physiques et les mutagènes chimiques.

Les mutagènes physiques

Thomas Morgan un chercheur américain, est connu pour son travail avec la mouche Drosophile.  En 1926, un étudiant de Morgan ; Herman Muller, a bombardé une population de mouches des fruits avec des rayons X.  Cela produit plusieurs centaines de mutants en une seule journée.  Muller a alors étudié les propriétés mutagènes des rayons X et il a obtenu le prix Nobel en 1946. 

On dit qu’un rayonnement à grande énergie, comme celui des rayons X et des rayons gamma est un mutagène physique parce qu’il déchire littéralement les brins d’ADN, causant des changements aléatoires dans la séquence nucléotidique.  Le rayonnement à grande énergie est le type de mutagènes le plus dommageable connu à ce jour.

Les rayons UV présent dans les rayons du soleil sont plus faibles que les rayons X, mais peuvent causer une réaction chimique dans les bases azotées de l’ADN.  Les lésions causées par les rayons ultraviolets sont à l’origine du cancer de la peau (mélanome).  La mélanine aide à absorber le rayonnement UV et protège l’ADN à l’intérieur des cellules de l’épiderme.  Ainsi les personnes à la peau foncée ont moins de risques d’avoir un cancer causé par une exposition aux rayons solaires.

Les mutations chimiques

Une molécule qui peut pénétrer dans le noyau de la cellule et causer des mutations s’appelle un mutagène chimique, car elle réagit chimiquement avec l’ADN.  Certains mutagènes chimiques réagissent avec les nucléotides, ce qui modifie les formes et les liaisons des nucléotides. D’autres vont mal s’apparier durant la réplication de l’ADN qui cause des mutations par substituions.  Des exemples de mutagènes chimiques seraient : les nitrites (utilisé comme agents de conservation des aliments), les vapeurs d’essence et les composants de benzène dans la fumée de cigarette.

La plupart des mutagènes chimiques sont des agents cancérogènes.  Autrement dit, ils sont associés à une ou plusieurs formes de cancers.

Il existe un test simple qui évalue les possibilités qu’une substance chimique soit un mutagène : Le test d’Ames

Toutefois, il arrive occasionnellement que la protéine altérée fonctionne mieux que normalement ou confère un avantage sélectif à celui qui le possède.  C’est de cette façon qu’apparaissent de nouveaux allèles, qui contribuent à l’évolution des espèces.  Dans le cas de l’anémie falciforme et de la thalassémie, les individus hétérozygotes pour cette condition ne présentent que des formes mineures de l’anémie, mais ils manifestent une résistance accrue à la malaria comparativement aux personnes homozygotes dont l’hémoglobine est normale.

1. Expliquez la différence entre les mutagènes chimiques et physiques et donnez des exemples de chacun.

Révision d'ADN (Version SnapChat :) )

Le Snapchat: 

Ajoutez monsieurhilario sur snapchat.

Il y a quelques règles: 

1) Cette compte de SnapChat est STRICTEMENT POUR LES BUTS D'ÉDUCATION, donc m'envoyez pas des snaps ou des messages par rapport à votre vie personnelle, votre fin de semaine et ainsi de suite. 

2) Je n'utiliserai pas ce compte de Snapchat autre que durant nos classes et lorsque je dois préparer une activité/révision pour vous.

3)Soyez appropriés sur snapchat en général, TOUT que vous avez documentez, que vous documentez et que vous documenterez resteront sur l'Internet pour un temps indéfini. 

4)Amusez-vous, j'essaye d'intégrer vous vie moderne avec l'éducation dans une manière amusante:)  

La vidéo (version YouTube)

Les questions:

Quelles sont les trois parties d’un nucléotide ?

Nommez les 4 bases différentes chez les nucléotides

Quelles bases azotées des nucléotides sont des bases d’anneaux simples ?

Quelles bases azotées des nucléotides sont des bases d’anneaux doubles.

Adénine s’attache à quelle nucléotides?

Quel est le nucléotides complémentaire à guanine?

Quelles sont les trois fonctions d’ADN?

 Quelle sont quelques différence entre l’ADN et l’ARN ?

Quel est le lien entre l’ADN et les acides aminés ?

Quel est le lien entre les acides aminés et les protéines ?

Quel est le lien entre l’ADN et les protéines ?

Quelle sont les 3 phases de la réplication d’ADN ?

Quel est le rôle de l’Hélicase?

Quel est le rôle de polymérase ?

Quel est le rôle de primase ?

Quel est le rôle de ligase ?

Comment est-ce que les fragments d’okazaki sont-ils formés?

Quelle est la différence entre une brin d’ADN continue et un brin discontinue ?

Quel est l’importance de 5’ et 3’

Si primase l’attache au bout 3’ sur le brin original, elle va créer une amorce sur le nouveau brin. Est-ce que cette amorce et sur le bout 5’ ou 3’ ?