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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
Menu
Définition de la biotechnologie
 4 grands axes
Outils de base
 Hybridation
 Enzymes de restriction
 Amplification (PCR et bactéries)
 Électrophorèse sur gel
Menu (suite)
Applications
 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
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
ADN
Première étape :
↑ température
DÉNATURATION
Deuxième étape :
Ajout d’ADN
complémentaire et
↓ température
RENATURATION
Outils de base - 2
Enzymes de restriction (Fig. 20.2 p.410)
 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
Fig. 20.3 P. 411
Bactéries amplifient l’ADN (in vivo)
 ACP (PCR)
Figure 20.7 p.415
Enzymes amplifient l’ADN (in vitro)
Fig. 19.4, p.395
1- Coupure de
l’ADN et ligation
avec un plasmide
2- Les bactéries se
multiplient
Chacune a une copie
du gène
Le gène est amplifié !
Retour amplification
Encadré p. 401
Le gène à amplifier
Enzyme
Unités d’acide
nucléique
Spécifiques
(ADN)
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
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 Figure 20.10 p. 419
 Techniques :
Restriction (enzymes)
Électrophorèse
Hybridation
 Utilité
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RFLP – ÉTAPE TECHNIQUES Fig 20.10
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TRANSGÉNÈSE VÉGÉTALE - ÉTAPES
TRANGÉNÈSE
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AU
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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

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  • 2. 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
  • 3. Menu Définition de la biotechnologie  4 grands axes Outils de base  Hybridation  Enzymes de restriction  Amplification (PCR et bactéries)  Électrophorèse sur gel
  • 4. Menu (suite) Applications  Sondes moléculaires  Analyse par RFLP  Transgénèse  Thérapie génique Séquençage du génome humain
  • 5. 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
  • 7. 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
  • 8. Culture de tissus Fabrication de tissus in vitro à l’aide de culture de cellules  Greffes de peau  Production de plantes
  • 9. Génie enzymatique Étude des enzymes et de leurs fonctions  Structure 3D  Étude de domaines fonctionnels  Modifications (mutations)  Fonctions altérées
  • 10. Bioréacteurs Utilisation des bioprocédés à plus grande échelle  Culture continue  Production de masse (protéines)  Fig. 20.1, p.409
  • 11. 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)
  • 12. Outils de base - 1 Hybridation Phénomènes impliqués :  Dénaturation  Complémentarité des bases ADN Première étape : ↑ température DÉNATURATION Deuxième étape : Ajout d’ADN complémentaire et ↓ température RENATURATION
  • 13. Outils de base - 2 Enzymes de restriction (Fig. 20.2 p.410)  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
  • 14.
  • 15. Outils de base - 3 Amplification (multiplier l’ADN)  Clonage Fig. 20.3 P. 411 Bactéries amplifient l’ADN (in vivo)  ACP (PCR) Figure 20.7 p.415 Enzymes amplifient l’ADN (in vitro)
  • 16. Fig. 19.4, p.395 1- Coupure de l’ADN et ligation avec un plasmide
  • 17. 2- Les bactéries se multiplient Chacune a une copie du gène Le gène est amplifié ! Retour amplification
  • 18. Encadré p. 401 Le gène à amplifier Enzyme Unités d’acide nucléique Spécifiques (ADN)
  • 20. 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
  • 21. 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
  • 22. 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
  • 23. 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
  • 24. Applications - 2 RFLP  Figure 20.10 p. 419  Techniques : Restriction (enzymes) Électrophorèse Hybridation  Utilité Paternité Criminologie
  • 25. RFLP – PRINCIPE TECHNIQUE 20.9
  • 26. RFLP – ÉTAPE TECHNIQUES Fig 20.10
  • 28. Applications - 3 Transgénèse p.430-432  Introduire ADN étranger dans organisme  Nouvelles caractéristiques  Bactéries, plantes, animaux
  • 31. 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 !!
  • 32. 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
  • 33. 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
  • 34. PROJET DE GÉNOME HUMAIN - HISTORIQUE 2000 Première copie de travail – Génome humain 2000 Mouche à fruit Drosophila melanogaster 2002 Souris Mus musculus Septembre 2005 ……
  • 35.
  • 36.
  • 37. PROJET GÉNOME HUMAIN – 2 APPROCHES
  • 38. GENECHIP – DÉCODAGE ACCÉLÉRÉ
  • 39. LIRE L’EXPRESSION DU GÉNOME EN DIRECT
  • 40. 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?
  • 41. 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