TPE - Mucoviscidose et Probabilités

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PENET Sébastien, GOUY Rémi, AYELLO Pierre-Louis

Publié dans : Santé & Médecine
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TPE - Mucoviscidose et Probabilités

  1. 1. MALADIE GENETIQUE ET PROBABILITE :ETUDE DE LA MUCOVISCIDOSE<br />Problématique: <br />Quelle méthode les scientifiques utilisent-ils pour estimer les risques d’une maladie génétique ?<br />TPE Gouy / Ayello / Penet<br />22 mars 2011<br />
  2. 2. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />INTRODUCTION <br />Objectif du TPE : Mettre en place un raisonnement mathématique dans le domaine des Sciences et Vie de la Terre.<br />Nous avons étudié la démarche mathématique utilisée par les scientifiques pour estimer la probabilité d’avoir une maladie génétique.<br />Il a été décidé d’appliquer ce raisonnement à la mucoviscidose.<br />Après une présentation de la maladie du phénotype au génotype, nous vous expliquerons notre calcul de risque d’avoir la mucoviscidose à la naissance, réalisé grâce à un programme informatique.<br />
  3. 3. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  4. 4. A l’échelle moléculaire
  5. 5. Traitement
  6. 6. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  7. 7. Naissances et parents
  8. 8. Calcul de probabilités
  9. 9. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  10. 10. A l’échelle moléculaire
  11. 11. Traitement
  12. 12. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  13. 13. Naissances et parents
  14. 14. Calcul de probabilités
  15. 15. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle macroscopique<br />Mucoviscidose = Fibrose kystique du pancréas<br />Le terme de mucoviscidosis, créé à partir des termes « mucus » et « visqueux », fut utilisé pour la première fois en 1943 par le docteur Sydney Farber.<br />Maladie génétique létale héréditaire.<br />Maladie la plus fréquente dans les populations de type caucasienne, très rare dans les populations africaines et asiatiques.<br />
  16. 16. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle macroscopique<br />En France, environ 6000 personnes sont atteintes par la mucoviscidose. <br />L’âge moyen est égal à 17 ans.<br />Le nombre de patients âgés de moins de 18 ans représente 57 % de l’ensemble.<br />
  17. 17. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle macroscopique<br />Les symptômes :<br />La maladie touche de nombreux organes mais les atteintes respiratoires sont prédominantes et représentent l'essentiel de la morbidité.<br />La forme clinique la plus fréquente associe troubles respiratoires, troubles digestifs et troubles de la croissance.<br />
  18. 18. Présentation de la mucoviscidose à l’échelle macroscopique<br />MANIFESTATIONS EXTRA RESPIRATOIRES<br />Atteinte ORL<br />Atteinte pancréatique, intestinale<br />Mauvaise digestion des graisses, augmentation des besoins énergétiques en rapport avec le handicap respiratoire<br />Retard de puberté, azoospermie (95% des cas), fertilité diminuée chez la femme<br />22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />
  19. 19. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle macroscopique<br />Diagnostique<br />Basé sur:<br /><ul><li> les signes cliniques précédents
  20. 20. la présence de mutation anormale des gènes</li></ul>En l'absence de signe clinique, le diagnostique peut être fait <br /><ul><li>En cas de prédisposition génétique
  21. 21. Détection des couples à risque
  22. 22. Dépistage néonatal, mis en place en 2002 en France </li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  23. 23. A l’échelle moléculaire
  24. 24. Traitement
  25. 25. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  26. 26. Naissances et parents
  27. 27. Calcul de probabilités
  28. 28. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li><ul><li>La maladie est due à un disfonctionnement de la protéine CFTR (CysticFibrosisTrans-Membraniare conductance Regulator).
  29. 29. Cette protéine est un canal ionique, dont la fonction est de réguler le transport du chlore à travers les membranes cellulaires.
  30. 30. Son dysfonctionnement entraine une mauvaise régulation des canaux de chlore au niveau de l’épithélium bronchique, provoquant une augmentation de la viscosité du mucus et son accumulation dans les voies respiratoires et digestives (pancréas + foie).</li></ul>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle moléculaire<br />
  31. 31. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  32. 32. A l’échelle moléculaire
  33. 33. Traitement
  34. 34. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  35. 35. Naissances et parents
  36. 36. Calcul de probabilités
  37. 37. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>Traitement<br />Kinésithérapie respiratoire quotidienne <br />Oxygénothérapie<br />Bronchodilatateurs<br />Vaccination antigrippale systématique<br />Une greffe pulmonaire peut être nécessaire<br />Nombre de transplantations en 2007: 73 (soit 1,4 % de la population atteinte)<br />22 mars 2011<br />TPE Gouy / Ayello / Penet<br />
  38. 38. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  39. 39. A l’échelle moléculaire
  40. 40. Traitement
  41. 41. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  42. 42. Naissances et parents
  43. 43. Calcul de probabilités
  44. 44. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />La mucoviscidose est une maladie:<br /><ul><li> génétique
  45. 45. héréditaire
  46. 46. à transmission autosomique récessive.</li></ul>Le gène affecté est un autosome, c'est-à-dire un chromosome non sexuel. <br />Les allèles de ce gène sont récessifs, il faut la présence des deux allèles mutés pour que la maladie s’exprime. <br />L’un des deux allèles anormaux est transmis par le père, l’autre par la mère. De fait, la maladie atteint autant les hommes que les femmes.<br />La consanguinité augmente le risque d’être atteint par cette maladie. <br />Etre porteur de la mutation ne signifie pas être malade. 4% de la population mondiale est porteur sain.<br />22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />
  47. 47. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />Le gène responsable de la maladie a été identifié en 1989. <br />Il est situé sur le bras long du chromosome 7 et code pour la protéine CFTR. <br />Plus de 1600 mutations ont été identifiées à ce jour. La plus fréquente (80% des malades) est la mutation F508del.<br />
  48. 48. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />Il existe 5 cas différents d’unions entre:<br />des personnes malades<br />des personnes non malades<br /> et des porteurs sains. <br />
  49. 49. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />1er cas: Union d’un porteur sain et d’un individu non malade<br />A chaque grossesse:<br /> ½ d’avoir un enfant porteur sain <br />½ d’avoir un enfant non porteur<br />Dans ce cas, la transmission peut s’arrêter, il suffit qu’aucun enfant de l’union ne soit porteur.<br />
  50. 50. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />2ème cas:Union de 2 porteurs sains<br />A chaque grossesse:<br />¼ d’avoir un enfant malade<br /> ½d’avoir un enfant porteur sain<br />¼ d’avoir un enfant sain<br />
  51. 51. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />3ème cas: Union d’un individu malade et d’un individu sain<br />A chaque grossesse:<br />Tous les enfants de ce couple seront porteurs sains<br />
  52. 52. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />4ème cas: Union d’un individu malade et d’un porteur sain<br />A chaque grossesse:<br />½ d’avoir un enfant malade<br />½ d’avoir un enfant porteur sain<br />
  53. 53. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />5ème cas: Union de 2 individus malades<br />A chaque grossesse:<br />tous les enfants seront malades<br />
  54. 54. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Présentation de la mucoviscidose à l’échelle du génotype<br />Conclusion:<br /> Dans les maladies génétiques du type de la mucoviscidose, sur les 5 cas d’unions, 3 aboutissent à au moins un enfant malade.<br /> Pour estimer les risques d’une maladie génétique, les scientifiques doivent donc étudier toutes les unions possibles. <br /> Nous avons donc pris en compte ces 5 cas dans notre étude mathématiquevisant àcalculer la probabilité d’avoir cette maladie.<br />
  55. 55. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  56. 56. A l’échelle moléculaire
  57. 57. Traitement
  58. 58. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  59. 59. Naissances et parents
  60. 60. Calcul de probabilités
  61. 61. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul du risque: Détermination des groupes dans la population<br />S’agissant d’une maladie génétique récessive, 3 groupes:<br />
  62. 62. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul du risque: Population malade<br /><ul><li>Les rapports de l’ONM n’incluent que 90% des patients.
  63. 63. Notre étude portera sur le nombre total de patients estimé par l’ONM.</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul du risque: Population porteuse saine<br /><ul><li>On prend en compte 1/25 d’hétérozygotes.
  64. 64. Fréquence généralement admise pour une personne de type caucasien
  65. 65. Proportion d’hommes et de femmes selon les données de l’INED</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul du risque: Population saine<br /><ul><li>La population saine se retrouve en retirant la population porteuse saine et la population malade à la population totale.</li></li></ul><li>Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  66. 66. A l’échelle moléculaire
  67. 67. Traitement
  68. 68. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  69. 69. Naissances et parents
  70. 70. Calcul de probabilités
  71. 71. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></ul>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />
  72. 72. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Naissances et parents<br />Enfant<br />
  73. 73. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Naissances et parents: Pères<br />
  74. 74. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Naissances et parents: Mères – Saines et Porteuses Saines<br />
  75. 75. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Naissances et parents: Mères – Malades<br />
  76. 76. Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  77. 77. A l’échelle moléculaire
  78. 78. Traitement
  79. 79. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  80. 80. Naissances et parents
  81. 81. Calcul de probabilités
  82. 82. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></ul>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />
  83. 83. 3 épreuves aléatoires successives<br />22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul de probabilités<br />
  84. 84. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul de probabilités: Groupe du père et de la mère<br />Pour le père, et ensuite pour la mère, on trouve 3 événements.<br />Nombre de naissances issues de ce groupe de population<br />Nombre total de naissances vivantes<br />
  85. 85. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul de probabilités: Union du père et de la mère<br />Les événements du père et ceux de la mère sont indépendants<br />On multiplie donc la probabilité d’un père sain, porteur sain ou malade avec la probabilité d’une mère saine porteuse saine ou malade<br />
  86. 86. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul de probabilités: Transmission de l’allèle<br />Le père et la mère transmettent chacun un allèle<br />La probabilité d’avoir un allèle donné d’un homme est donc de ½, de même pour celui de la femme<br />On obtient quatre événements possibles indépendants deux à deux et vis-à-vis des événements de l’union du père et de la mère<br />½<br />½<br />½<br />½<br />
  87. 87. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Calcul de probabilités: Résultats<br />Le calcul a été informatisé par nos soins sous forme d’un petit programme informatique<br />L’ordinateur ne représente pas les nombres sous forme fractionnaire, il y a donc une légère imprécision<br />Sains:0.9602578365992007607486217260376610270152905850848<br />Porteurs sains:0.0393392574440725896433873113439951928096956613347<br />Malades:0.0004029059567266496079909626183437801750137535806<br />
  88. 88. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />PLAN<br />Partie SVT : Présentation de la maladie<br /><ul><li>A l’échelle macroscopique
  89. 89. A l’échelle moléculaire
  90. 90. Traitement
  91. 91. A l’échelle du génotype</li></ul>Partie Mathématiques : Calcul du risque<br /><ul><li>Détermination des groupes de population
  92. 92. Naissances et parents
  93. 93. Calcul de probabilités
  94. 94. Equilibre d’Hardy-Weinberg</li></li></ul><li>22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Equilibre d’Hardy-Weinberg: Hypothèses et Pré-requis<br />L’espèce étudiée est diploïde<br />Les générations ne se croisent pas<br />L’étude porte sur un gène autosome<br />La population étudiée est grande<br />La fréquence des génotypes est égale pour les deux sexes<br />L’union d’un mâle et d’une femelle est supposée aléatoire<br />Il n’y a pas de sélection naturelle, ni de migration<br />
  95. 95. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Equilibre d’Hardy-Weinberg: Théorie<br />La fréquence d’un génotype dépend des fréquences alléliques<br />Soit P l’allèle saine, et Q l’allèle muté. On pose p la fréquence de l’allèle saine et q la fréquence de l’allèle muté<br />Selon Hardy-Weinberg, on obtient:<br />(p + q)² = p² + 2pq + q² = 1<br />p² correspond au génotype P//P - sujet sain, q² au génotype Q//Q – sujet malade, et 2pq au génotype P//Q – sujet porteur sain<br />Pour la mucoviscidose, on sait qu’il y a 1 cas sur 2500 personnes<br />q² = 1/2500<br />De plus, la somme des fréquences alléliques est égale à 1, puisque l’on a soit l’allèle muté, soit l’allèle sain<br />p + q = 1<br />p = 1 – q<br />On obtient donc:<br />q² = 1/2500<br />p² = (1 - √1/2500)²<br />2pq = 2 × (1 - √1/2500) × √1/2500<br />
  96. 96. 22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />Equilibre d’Hardy-Weinberg: Résultats<br />Valeurs théoriques<br />Malades: p² = 0.0004<br />Sains: q² = 0.9604<br />Porteurs Sains: 2pq = 0.0392<br />Valeurs expérimentales (arrondies)<br />Malades: 0.0004<br />Sains: 0.9603<br />Porteurs Sains: 0.0393<br />Vérification de la cohérence de nos résultats<br />Malades: -<br />Sains: +3.446 × 10-6<br />Porteurs Sains: −3.446 × 10-6<br />
  97. 97. CONCLUSION<br />Ce TPE nous a permis :<br />De mettre en application et d’approfondir des connaissances acquises en 1ère dans les domaines de la SVT et des mathématiques <br />D’analyser une démarche scientifique<br />D’acquérir de nouvelles connaissances dans les maladies génétiques du type mucoviscidose<br />De travailler en groupe et ainsi nous préparer à notre vie professionnelle future.<br />De nous obliger à écouter l’autre, argumenter, partager des compétences, accepter des points de vue différents. <br />D’apprendre à nous organiser pour être plus performants<br />22 mars 2011<br />TPE Gouy/ Ayello / Penet<br />

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