Grand oral du bac : Le génome et son décryptage

« LE GtNoscoPE D'Evav la contribution française a été assurée par le Génoscope d'Evry.

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Sous la direction des Professeurs Weissenbach et Auffray, la part du travail que devait réaliser le Génoscope consistait dans le séquençage complet du chromosome 14 (long de 87 millions de nucléotides) et dans l'inventaire des gènes qu'il contient Financé par le ministère de la Recherche mais également par I'AFM (Association Française contre les Myopathies) et le Téléthon à hauteur de 10 millions d'euros, le Génoscope bénéficie de matériel d'analyse automatique de pointe.

En effet les neuf séquenceurs automatiques du Génoscope permettent de réaliser 14000 lectures de 800 nucléotides par jour soit 11 millions de nucléotides par jour.

Reste après cela à déterminer la position des gènes.

la stratégie que le Génoscope a choisi consistait dans un premier temps à fragmenter le chromosomes en longs fragments d'ADN (50000 à 200 000 nucléotides) avec des sites de coupures variables afin d'obtenir des fragments chevauchants.

les différents fragments ont été ordonnés tout en déterminant leur séquence afin d'éviter les redondances.

Ceci permettait en outre qu'il n'y ait pas de "trous » dans la séquence du chromosome.

les gènes du chromosomes 14 ont ensuite été annotés.

Pour cela, les chercheurs du Génoscope ont tiré parti de leur expertise en génomique comparative.

En effet les gènes chez l'homme sont communs aux gènes d'autres vertébrés et la comparaison avec le génome de ces autres espèces peut permettre d'identifier la structure de ces gènes.

Ainsi, les chercheurs se sont basés sur la séquence du génome de la souris et celui du poisson TetrDodon nigroviridis.

séquencé par le Génoscope, pour annoter les gènes sur le chromosomes 14.

le 6 février 2003, après cinq années d'effort, la séquence complète du chromosome 14, soit l'enchaînement exact des 87 410 661 nucléotides, a été publiée dans la très prestigieuse revue britannique Nature.

C'est le quatrième chromosome humain dont la séquence a été identifié après les chromosomes 21, 22 et 20 de plus petite taille.

Mais, surtout il est le premier publié sans « trous » rèsiduels dans la séquence.

Aux 506 gènes déjà connus sur le chromosomes 14, le travail du Génoscope a permis d'en ajouter 344.

Dans cet ensemble figurent 60 gènes impliqués dans des maladies génétiques.

On trouve notamment le gène impliqué dans une forme familiale à déclenchement précoce de maladie d'Alzheimer.

la détermination de la séquence complète du chromosome 14 facilite énormément l'identification de gène.

Ainsi, six gènes impliqués dans des maladies génétiques ont pu être identifiès par diverses équipes et notamment le gène d'une forme de paraplégie spastique familiale.

RtsuLTATS lancé en 1990, le Projet Génome Humain devait selon les prévisions s'achever fin 2005 pour un coût total de 3 milliards de dollars.

Grace à la coopération internationale et à des outils informatiques performants, le projet a pu s'achever avec 2 ans d'avance en avril 2003 soit 50 ans tout juste après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN.

li aura finalement coûté 2,7 milliards de dollars.

Chez l'homme, le nombre de gènes humains faisait depuis longtemps l'objet d'évaluations plus ou moins directes.

Or, le projet Génome Humain a révélé sur 3 milliards de nucléotides l'existence de 30 000 gènes seulement ! les gènes chez l'homme occupent donc moins de 30% de l'ADN.

le nombre de gènes est bien inférieur aux prévisions qui avaient été faites (le chiffre de 100 000 gènes était souvent avancé et communément accepté).

Cette annonce fut d'autant plus surprenante que l'on s'est rendu compte que le génome humain présentait à peine plus de deux fois plus de gènes que celui de la mouche du vinaigre (DrosophiiD MeiDnogDstei} qui compte 8 chromosomes et moins que celui du riz (50 000 gènes) ou de nombreuses autres plantes! le séquençage du génome va probablement avoir des répercussions importantes sur la recherche des gènes impliqués dans les maladies génétiques.

la connaissance de ces gènes va faciliter la compréhension des mécanismes moléculaires de ces maladies.

Néanmoins, la détermination du nombre de gènes chez l'homme était une première étape, il reste encore à déterminer la fonction de tous ces gènes et ce travail s'avère considérable.

Pour la plupart de ces gènes, on ne sait pas quelle protéine ils codent et à quel moment et dans quel tissu ils sont exprimés (d'autant plus que certains gènes sont sous le contrôle d'autres gènes qui codent pour des protéines régulatrices).

L'INTÉRÊT DU DÉCRYPTAGE DU GÉNOME les avancées de la génétique et de la biologie moléculaire ont permis de faire de grands progrès dans l'identification des gènes impliqués dans les maladies génétiques.

Actuellement, plus de 1 400 gènes impliquès dans des maladies génétiques ont été identifiés.

Il faut néanmoins noter qu'il reste bon nombre de maladies génétiques dont le ou les gènes responsables restent inconnus.

la localisation et l'identification du ou des gènes impliqués dans une maladie ont permis de développer des tests de dépistage de ces maladies génétiques.

DtPISTAGE DE MALADIES Dans le cas d'une famille à risque chez qui les parents sont porteurs d'une mutation ou chez qui le premier né est lll.liii��� malade, ces tests peuvent être étendus au diagnostic prénatal ou préimplantatoire (lors de procé­ dures de pro­ création médica­ lement assistée).

Des tests sont également réalisés de façon plus systématique chez toute femme enceinte de plus de 38 ans qui présente un risque plus élevé que la moyenne d'engendrer une anomalie chromosomique.

On peut aujourd'hui ainsi diagnostiquer plus de 300 maladies génétiques.

LA THt RAPIE GtNIQUE le développement du génie génétique offre également des perspectives intéressantes sur le plan thérapeutique.

En particulier, l'un des grands espoirs de soigner les maladies génétiques réside dans la thérapie génique.

la stratégie consiste à introduire à l'aide d'un vecteur un gène " thérapeutique » au sein des cellules malades pour pallier ou corriger le déficit génétique.

Il est ainsi possible d'envisager de corriger un défaut à l'origine d'une maladie génétique en introduisant la version correcte d'un gène ou en modulant la synthèse d'une protéine, en tuant spécifiquement certaines cellules (notamment les cellules cancé­ reuses) ou en stimulant les défenses immu­ nitaires.

Il est ainsi envisageable d'agir à l'origine de la maladie génétique.

Si la théorie semble simple, la mise est pratique est quant à elle beaucoup plus délicate.

Actuellement, plus de 400 essais cliniques de thérapies géniques sont menés dans le monde dont 15% concernent les maladies génétiques.

les maladies accessibles à la thérapie génique sont celles dont on connaît l'origine génétique précise et dans l'état actuel des connaissances, celles qui n'implique qu'un seul gène (mucoviscidose, myopathie, hémophilie ...

).11 faut néanmoins admettre que jusqu'à maintenant peu de ces essais ont été couronnés de succès.

À l'hôpital Necker, à Paris, des résultats très encourageants ont bien été obtenus sur des bébés atteints du syndrome d'immunodéficience sévère, déficit immunitaire gravissime, mais l'apparition d'effets indésirés a conduit à l'interruption de l'essai en cours.

SYNTHtsE DE PROTtlNES t:une des autres applications des techniques de génie génétique qui présentent un grand intérêt sur le plan médical consiste en la synthèse de protéine.

!:insuline fut la première protéine obtenue par les techniques de génie génétique et commercialisée.

! :insuline est une hormone produite par le pancréas et qui fait défaut dans les diabètes dits insulino-dépendants.

! :insuline doit alors être administrée aux patients diabétiques par voie exogène.

Dans un premier temps, de l'insuline d'origine bovine ou porcine, très proche de l'insuline humaine, pouvait être utilisée.

l'identi­ fication du gène de l'insuline humaine et les progrès du génie génétique per­ mettent main­ tenant de produire de grandes quantités d'insuline humaine.

la technique consiste à insérer le gène humain de l'insuline au sein du génome de bactéries et ainsi de faire produire l'insuline humaine par ces bactéries (génétiquement) transformées.

Cette technique est également utilisée pour la synthèse de l'hormone de croissance qui est administrée chez l'enfant dans les cas de déficits de croissance.

Cette hormone ainsi synthétisée a remplacé l'hormone de croissance qui était jusqu'alors prélevée post-mortem chez l'homme, technique qui pouvait transmettre des maladies telles que la maladie de Creutzfeld-Jakob.

APPL ICATIONS BASÉES SUR LE POLYMORPHISME DE L'ADN la plus grande partie du génome humain (plus de 70%} est non codante.

la fonction précise de ces régions est très peu connue.

les régions non codantes du génome peuvent néanmoins être exploitées.

En effet, dans les parties non codantes de l'ADN, il existe des régions très répétées.

Ces régions sont constituées d'une séquence de quelques nucléotides qui sont répétées des dizaines voire des centaines de fois.

Contrairement aux régions codantes de l'ADN qui sont généralement très semblables d'un individu à l'autre (car elles codent pour des protéines proches ou identiques), les régions non codantes de l'ADN sont quant à elles beaucoup plus variables.

En effet le nombre de répétitions de ces séquences peut énormément varier d'un individu à un autre.

On parle alors de polymorphisme de l'ADN.

Si l'on considère un grand nombre de ces régions très répétées, le poly­ morphisme de l'ADN constitue une véritable carte d'identité des individus.

On parle généralement d'empreinte génétique ou de profil génétique.

C'est à partir de l'étude du polymorphisme de l'ADN que l'on peut identifier les individus.

les applications se situent principa­ lement dans le domaine judiciaire puisque l'utilisation des empreintes génétiques constitue maintenant un argument irréprochable pour confondre un criminel.

Dans tous les cas, l'Identification ne peut se faire que par comparaison entre deux profils génétiques.

Un profil génétique est établi à partir de traces laissées par exemple sur le lieu d'un crime en extrayant l'ADN de cheveux, de cellules de peau ou sperme et comparé au profil génétique d'un suspect.

les empreintes génétiques sont également utilisées pour identifier des cadavres.

Dans ce cas, on peut utiliser des cheveux laissés sur une brosse par la victime supposée ou bien comparer le profil génétique du cadavre à celui des parents de la victime supposée.

Dans un autre registre, les empreintes géné­ tiques sont utilisées dans les tests de paternité.

le profil génétique de l'enfant est comparé à celui de sa mère (pour laquelle il n'y a pas d'ambiguné sur son lien de parenté) et à celui de son père supposé.

DECRYPTAGE DU GENOME ET BREVETABIUTt DU VIVANT Si le décryptage du génome humain promet de grands progrès en terme de santé humaine, à ces progrès s'adjoignent des enjeux économiques considérables.

l'idée de déposer des brevets sur certaines séquences d'ADN décryptées ou certaines mutations identifiées n'a pas échappé à certains.

Cela a été le cas pour une société américaine ayant déposé un brevet sur une mutation impliquée dans une forme familiale de cancer du sein.

Cette société revendique les droits sur tous les tests de dépistage de cette maladie.

les chercheurs de Projet Génome Humain ont été confrontés à l'importance qui pouvait être donnée au profit commercial.

la communauté internationale des chercheurs impliqués dans ce projet reconnut la nécessité de laisser dans le domaine public les informations sur le génome humain.

Elle décida ainsi de rendre publiques et accessib les à tous toutes les séquences dès leur identification.

En France, le Comité consultatif national d'éthique s'est prononcé en 1999 sur le principe intangible de non-commercialisation du corps humain et sur le fait que l'ensemble de l'information contenue dans le génome humain appartient au patrimoine commun de l'humani té et ne peut faire l'objet d'un monopole.

La plupart des comités d'éthique, de chercheurs et de législateurs se penchant sur le sujet s'accordent à cette idée.

Néanmoins, il persiste des incertitudes concernant la définition des limites du brevetable : le corps humain n'est pas brevetable mais qu'en est-il de ses produits? D'autre part des difficultès importantes sont causées par les différentes positions des acteurs internationaux concernant la protection de l'information biologique.

En effet les critères de brevetabilité ne sont actuellement définis qu'à l'échelle nationale et donc applicables uniquement dans le pays où le brevet a été déposé.

Sur le plan international, les critères de brevetabilité des États­ Unis et ceux de l'Europe s'opposent car, s'ils sont identiques dans les textes, leur interprétation par les organismes attribuant les brevets est différente.

les problèmes bioéthiques persisteront tant que les comités d'éthique nationaux n'auront pas pris position en la matière.

De plus, dans le contexte actuel de mondialisation des recherches et des échanges commerciaux, une harmonisation s'avère nécessaire.. »