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Génomique
  Sciences du génome




                       
Définition

   Sciences des génomes. La génomique regroupe un ensemble de sciences et d'analyses qui vont de
    l'établissement de cartes du génome (cartographie) à l'identification de nouveaux gènes, à l'étude de leurs
    fonctions et expressions ainsi qu’au séquençage des acides nucléiques (ADN).
   Ces sciences «-omiques » portent potentiellement sur l’ensemble des organismes vivant renfermant dans leurs
    cellules l’information génétique indispensable à la pérennité de leur espèce et à l’adaptation aux milieux.
   La « génomique », une science des « grandes perspectives ». Les connaissances à propos des micro-organismes
    sont importants, mais la génomique vise principalement à comprendre la complexité des interactions des gènes
    entre eux et avec leur environnement pour que les organismes vivants fassent ce qu’ils font.
   Utilité

    Connaitre la séquence nucléotidique permet entre autres :
         Explorer et identifier les fonctions associées aux gènes, aux variations alléliques et au polymorphisme
         génétique ;
         Reconstruire les arbres phylogénétiques d'espèces vivantes ;
         Analyser l'histoire évolutive des êtres vivants en lien avec leur écosystème
         Comprendre et détecter les maladies liées aux gènes
Définition

        Génomique structurale                                     Génomique fonctionnelle
 => Toutes les analyses de la structure des génomes, au     => L’identification de la fonction des séquences
sens « organisation des génomes »                          informatives identifiées

Les méthodes concernées sont donc le séquençage des        La génomique fonctionnelle peut être considérée comme
génomes, l'identification des gènes, des séquences         de la génétique à « haut débit ». Les techniques utilisées
régulatrices, des séquences répétées,                      seront comparables mais généralement appliqués à un
Après le séquençage, l'annotation des génomes (l’analyse   grand nombre de gènes en parallèles, cela peut par
informatique des séquences obtenues lors du                exemple être la création de mutants et l'analyse de leurs
séquençage) permet d'identifier les séquences              phénotypes pour toute une famille de gènes, ou l'analyse
informatives des génomes. Les gènes ne sont pas les        de l'expression tous les gènes d'un organisme entier.
seules cibles de l'annotation des génomes, il existe de
nombreux autres types de séquences importantes dans
les génomes (les séquences régulatrices, les éléments
transposables, etc.).

 Parallèlement, les recherches sur les nouvelles technologies génomiques sont indispensables à l’avancement des
connaissances en recherche fondamentale: c’est l’ensemble des technologies et techniques de détection, d'évaluation
                                               et de contrôle génomique.
Interrelations entre les sciences – omiques, les sciences de
              la vie et les secteurs d’activités

                                                       Les sciences -omiques




                                Au service de …




                                Trouvant une application en…
Intérêts de la génomique par
               secteurs d’activités

              Santé humaine                                              Foresterie
Améliorer les diagnostics                              Mettre au point de nouvelles sources d'énergie
                                                       (biocarburants)

Identifier des prédispositions génétiques d'une        Concevoir des outils de contrôle des polluants dans
personne par rapport à une maladie                     l'environnement

Mettre au point des traitements selon l'information    Décontaminer les terrains pollués
génétique de chaque individu et, par conséquent, de
permettre l'avancement de la médecine
personnalisée

Connaître les effets et interactions de nos modes de
vie et de notre environnement sur notre génome et
notre santé
Intérêts par secteurs d’activités

    Environnement                             Agriculture                       Aquaculture
Développement durable des forêts     Création de cultures résistantes    Augmenter la productivité et la
                                     aux maladies, aux insectes, au      croissance en ciblant et en
                                     froid, à la sécheresse, etc.        sélectionnant les meilleurs
                                                                         poissons pour la reproduction
Proposer des solutions biologiques   Mise au point de biopesticides      Intégrer des caractéristiques
permettant aux entreprises de                                            spécifiques aux programmes futurs
produire des produits davantage                                          de reproduction de façon à obtenir
écologiques                                                              des poissons à croissance rapide,
                                                                         sains et de grande qualité
Aider à faire face aux exigences     Culture d'aliments plus nutritifs
qu'impose le réchauffement de la
planète
                                     Élevage d'animaux destinés à
                                     l'alimentation plus résistants et
                                     plus nutritifs
Les technologies en génomique

   Les technologies «omiques» permettent de générer des quantités énormes de données à des niveaux
    biologiques multiples: du séquençage des gènes à l’expression des protéines et des structures métaboliques, ces
    données peuvent couvrir tous les mécanismes impliqués dans les variations qui se produisent dans les réseaux
    cellulaires et qui influencent le fonctionnement des systèmes organiques dans leur totalité. Cela a d’ailleurs
    récemment conduit à une surabondance de données dans le cadre des recherches biomédicales.

   Les technologies «omiques» ont fondamentalement modifié les procédures de recherche. Habituellement, les
    scientifiques se basent sur des hypothèses de recherche dans lesquelles une question/hypothèse est clairement
    articulée. Ils obtiennent ensuite des données qui viendront confirmer ou infirmer cette hypothèse. Or, avec
    l’avènement des technologies «omiques», il n’est plus nécessaire de poser une question précise pour débuter
    une recherche. En effet, les scientifiques peuvent rassembler de nombreuses données dans leurs études sans se
    baser sur une hypothèse initiale et attendre la production de ces données avant de formuler et de tester
    différentes hypothèses biologiques. Cette inversion du modèle de recherche ouvre de manière inédite la porte à
    de nombreuses découvertes sur les mécanismes ainsi que sur la compréhension des facteurs moléculaires qui
    influencent les interactions métaboliques.
Glossaire 1
     -Omique                                              Définition
Chimiogénomique   ⇒ L'étude de la réponse du génome à un composé chimique.
                  Cependant, les avancées technologiques simultanées dans les domaines de la biologie
                      (Séquençage des génomes) et de la chimie (Microplaques de composés chimiques)
                      modifient les processus de recherche. En effet, l'automatisation des tâches permet
                      d'étudier les réponses biologiques d'une large gamme de composés chimiques
                      (ligands) sur une multitude de cibles. La chimiogénomique peut alors être définie
                      comme la science ayant pour objectif l'étude des réponses génomiques à des
                      composés chimiques.
                  Ex: En pharmaceutique, une de ses applications est l'identification rapide de nouveaux
                      candidats-médicaments et de leurs cibles dans les premières phases de recherche et de
                      développement (R&D), en allant de l'identification de la cible et à sa validation, en
                      passant par la conception du composé avec ses voies synthèses et ses tests biologiques
                      et son profil ADME.

Épigénomique      ⇒ L'étude de l'ensemble des modifications épigénétiques d'une cellule.

                  L'épigénétique étudie comment l'environnement et l'histoire individuelle influent sur
                      l'expression des gènes, et plus précisément l'ensemble des modifications
                      transmissibles d'une génération à l'autre et réversibles de l'expression génique sans
                      altération des séquences nucléotidiques.
Glossaire 2
      -Omique                                                   Définition
Métagénomique         ⇒ Procédé méthodologique qui vise à étudier le contenu génétique d'un échantillon issu
                          d'un environnement complexe (intestin, océan, sols, etc.) trouvé dans la nature (par
                          opposition à des échantillons cultivés en laboratoire).
                      Le but de cette approche est d'avoir non seulement une description génomique du contenu
                          de l'échantillon mais aussi un aperçu du potentiel fonctionnel d'un environnement.
                          L'utilisation du préfixe « méta » fait référence à « ce qui vient après ». Ici, la
                          metagénomique vient après la génomique en étudiant les organismes microbiens par
                          exemple directement dans leur environnement sans passer par une étape de culture en
                          laboratoire. Les tailles des échantillons métagénomiques sont beaucoup plus importantes
                          que celles d'échantillons cultivés en laboratoire.
                      Pour connaître leur contenu, les biologistes ont recours aux technologies de séquençage haut-
                          débit. Les séquences d'ADN obtenues sont alors analysées par bioinformatique afin de
                          décrire la composition structurelle et fonctionnelle de l’échantillon environnemental.

Nutrigénomique        ⇒ L’étude de la façon dont les gènes et les nutriments interagissent.
                      Cette science recherche les raisons pour lesquelles les personnes réagissent différemment
                          aux nutriments en fonction des variations génétiques. Les nutriments contribuent à
                          l’allumage ou au contraire à l’extinction d’un ou de plusieurs gènes dans différents tissus


Pharmacogénomique ⇒ L’étude des effets des médicaments sur le génome humain.
                      À l’inverse de la pharmacogénétique qui étudie l’influence du patrimoine génétique sur le sort
                           des médicaments. Il est cependant fréquent que les deux termes soient utilisés
                           indistinctement.
Glossaire 3
     -Omique                                            Définition
Phylogénomique   ⇒ La rencontre de deux champs de recherche : la phylogénie et la génomique.
                 Ce terme est employé dans plusieurs contextes différents mais désigne toujours une
                     catégorie d'analyse impliquant des données génomique et de l'inférence évolutive, en
                     particulier la reconstruction phylogénétique.
                 La phylogénomique sert la prédiction des fonctions de gènes basée sur leur histoire
                     évolutive dans l'arbre phylogénétique. Elle conjecture la reconstruction
                     phylogénétique par combinaison d'un grand nombre de gènes ou de génomes
                     complets et opère la fusion des données issues de l'analyse des génomes et de la
                     reconstruction phylogénétique.



Interactomique   ⇒ L'étude des interactions entre les différentes molécules biochimiques.
                 Cette discipline présente un grand intérêt pour la compréhension des réseaux
                     d'interactions protéiques.


Métabolomique    ⇒ La science très récente qui étudie l'ensemble des métabolites (sucres, acides aminés,
                     acides gras, etc.) présents dans une cellule, un organe, un organisme.
                 C'est l'équivalent de la génomique pour l'ADN. Elle utilise la spectrométrie de masse et la
                     résonance magnétique nucléaire.
Glossaire 4
     -Omique                                               Définition
Protéomique        ⇒ L’étude des protéomes, c'est-à-dire l'ensemble des protéines d'une cellule, d'un
                      organite, d'un tissu, d'un organe ou d'un organisme à un moment donné et sous
                      des conditions données.
                   Dans la pratique, la protéomique s'attache à identifier de manière globale les protéines
                      extraites d'une culture cellulaire, d'un tissu ou d'un fluide biologique, leur localisation
                      dans les compartiments cellulaires, leurs éventuelles modifications post-
                      traductionnelles ainsi que leur quantité. Elle permet de quantifier les variations de
                      leur taux d'expression en fonction du temps, de leur environnement, de leur état de
                      développement, de leur état physiologique et pathologique, de l'espèce d'origine.
                      Elle étudie aussi les interactions que les protéines ont avec d'autres protéines, avec
                      l'ADN ou l'ARN, ou d'autres substances.

Transcriptomique   ⇒ L'étude de l'ensemble des ARN messagers produits lors du processus de
                        transcription d'un génome.
                   Elle repose sur la quantification systématique de ces ARNm, ce qui permet d'avoir une
                        indication relative du taux de transcription de différents gènes dans des conditions
                        données. Plusieurs techniques permettent d'avoir accès à cette information, en
                        particulier celle des puces à ADN, celle de la PCR quantitative ou encore celle du
                        séquençage systématique d'ADN complémentaires.

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  • 1. Génomique Sciences du génome 
  • 2. Définition  Sciences des génomes. La génomique regroupe un ensemble de sciences et d'analyses qui vont de l'établissement de cartes du génome (cartographie) à l'identification de nouveaux gènes, à l'étude de leurs fonctions et expressions ainsi qu’au séquençage des acides nucléiques (ADN).  Ces sciences «-omiques » portent potentiellement sur l’ensemble des organismes vivant renfermant dans leurs cellules l’information génétique indispensable à la pérennité de leur espèce et à l’adaptation aux milieux.  La « génomique », une science des « grandes perspectives ». Les connaissances à propos des micro-organismes sont importants, mais la génomique vise principalement à comprendre la complexité des interactions des gènes entre eux et avec leur environnement pour que les organismes vivants fassent ce qu’ils font.  Utilité Connaitre la séquence nucléotidique permet entre autres : Explorer et identifier les fonctions associées aux gènes, aux variations alléliques et au polymorphisme génétique ; Reconstruire les arbres phylogénétiques d'espèces vivantes ; Analyser l'histoire évolutive des êtres vivants en lien avec leur écosystème Comprendre et détecter les maladies liées aux gènes
  • 3. Définition Génomique structurale Génomique fonctionnelle => Toutes les analyses de la structure des génomes, au => L’identification de la fonction des séquences sens « organisation des génomes » informatives identifiées Les méthodes concernées sont donc le séquençage des La génomique fonctionnelle peut être considérée comme génomes, l'identification des gènes, des séquences de la génétique à « haut débit ». Les techniques utilisées régulatrices, des séquences répétées, seront comparables mais généralement appliqués à un Après le séquençage, l'annotation des génomes (l’analyse grand nombre de gènes en parallèles, cela peut par informatique des séquences obtenues lors du exemple être la création de mutants et l'analyse de leurs séquençage) permet d'identifier les séquences phénotypes pour toute une famille de gènes, ou l'analyse informatives des génomes. Les gènes ne sont pas les de l'expression tous les gènes d'un organisme entier. seules cibles de l'annotation des génomes, il existe de nombreux autres types de séquences importantes dans les génomes (les séquences régulatrices, les éléments transposables, etc.). Parallèlement, les recherches sur les nouvelles technologies génomiques sont indispensables à l’avancement des connaissances en recherche fondamentale: c’est l’ensemble des technologies et techniques de détection, d'évaluation et de contrôle génomique.
  • 4. Interrelations entre les sciences – omiques, les sciences de la vie et les secteurs d’activités Les sciences -omiques Au service de … Trouvant une application en…
  • 5. Intérêts de la génomique par secteurs d’activités Santé humaine Foresterie Améliorer les diagnostics Mettre au point de nouvelles sources d'énergie (biocarburants) Identifier des prédispositions génétiques d'une Concevoir des outils de contrôle des polluants dans personne par rapport à une maladie l'environnement Mettre au point des traitements selon l'information Décontaminer les terrains pollués génétique de chaque individu et, par conséquent, de permettre l'avancement de la médecine personnalisée Connaître les effets et interactions de nos modes de vie et de notre environnement sur notre génome et notre santé
  • 6. Intérêts par secteurs d’activités Environnement Agriculture Aquaculture Développement durable des forêts Création de cultures résistantes Augmenter la productivité et la aux maladies, aux insectes, au croissance en ciblant et en froid, à la sécheresse, etc. sélectionnant les meilleurs poissons pour la reproduction Proposer des solutions biologiques Mise au point de biopesticides Intégrer des caractéristiques permettant aux entreprises de spécifiques aux programmes futurs produire des produits davantage de reproduction de façon à obtenir écologiques des poissons à croissance rapide, sains et de grande qualité Aider à faire face aux exigences Culture d'aliments plus nutritifs qu'impose le réchauffement de la planète Élevage d'animaux destinés à l'alimentation plus résistants et plus nutritifs
  • 7. Les technologies en génomique  Les technologies «omiques» permettent de générer des quantités énormes de données à des niveaux biologiques multiples: du séquençage des gènes à l’expression des protéines et des structures métaboliques, ces données peuvent couvrir tous les mécanismes impliqués dans les variations qui se produisent dans les réseaux cellulaires et qui influencent le fonctionnement des systèmes organiques dans leur totalité. Cela a d’ailleurs récemment conduit à une surabondance de données dans le cadre des recherches biomédicales.  Les technologies «omiques» ont fondamentalement modifié les procédures de recherche. Habituellement, les scientifiques se basent sur des hypothèses de recherche dans lesquelles une question/hypothèse est clairement articulée. Ils obtiennent ensuite des données qui viendront confirmer ou infirmer cette hypothèse. Or, avec l’avènement des technologies «omiques», il n’est plus nécessaire de poser une question précise pour débuter une recherche. En effet, les scientifiques peuvent rassembler de nombreuses données dans leurs études sans se baser sur une hypothèse initiale et attendre la production de ces données avant de formuler et de tester différentes hypothèses biologiques. Cette inversion du modèle de recherche ouvre de manière inédite la porte à de nombreuses découvertes sur les mécanismes ainsi que sur la compréhension des facteurs moléculaires qui influencent les interactions métaboliques.
  • 8. Glossaire 1 -Omique Définition Chimiogénomique ⇒ L'étude de la réponse du génome à un composé chimique. Cependant, les avancées technologiques simultanées dans les domaines de la biologie (Séquençage des génomes) et de la chimie (Microplaques de composés chimiques) modifient les processus de recherche. En effet, l'automatisation des tâches permet d'étudier les réponses biologiques d'une large gamme de composés chimiques (ligands) sur une multitude de cibles. La chimiogénomique peut alors être définie comme la science ayant pour objectif l'étude des réponses génomiques à des composés chimiques. Ex: En pharmaceutique, une de ses applications est l'identification rapide de nouveaux candidats-médicaments et de leurs cibles dans les premières phases de recherche et de développement (R&D), en allant de l'identification de la cible et à sa validation, en passant par la conception du composé avec ses voies synthèses et ses tests biologiques et son profil ADME. Épigénomique ⇒ L'étude de l'ensemble des modifications épigénétiques d'une cellule. L'épigénétique étudie comment l'environnement et l'histoire individuelle influent sur l'expression des gènes, et plus précisément l'ensemble des modifications transmissibles d'une génération à l'autre et réversibles de l'expression génique sans altération des séquences nucléotidiques.
  • 9. Glossaire 2 -Omique Définition Métagénomique ⇒ Procédé méthodologique qui vise à étudier le contenu génétique d'un échantillon issu d'un environnement complexe (intestin, océan, sols, etc.) trouvé dans la nature (par opposition à des échantillons cultivés en laboratoire). Le but de cette approche est d'avoir non seulement une description génomique du contenu de l'échantillon mais aussi un aperçu du potentiel fonctionnel d'un environnement. L'utilisation du préfixe « méta » fait référence à « ce qui vient après ». Ici, la metagénomique vient après la génomique en étudiant les organismes microbiens par exemple directement dans leur environnement sans passer par une étape de culture en laboratoire. Les tailles des échantillons métagénomiques sont beaucoup plus importantes que celles d'échantillons cultivés en laboratoire. Pour connaître leur contenu, les biologistes ont recours aux technologies de séquençage haut- débit. Les séquences d'ADN obtenues sont alors analysées par bioinformatique afin de décrire la composition structurelle et fonctionnelle de l’échantillon environnemental. Nutrigénomique ⇒ L’étude de la façon dont les gènes et les nutriments interagissent. Cette science recherche les raisons pour lesquelles les personnes réagissent différemment aux nutriments en fonction des variations génétiques. Les nutriments contribuent à l’allumage ou au contraire à l’extinction d’un ou de plusieurs gènes dans différents tissus Pharmacogénomique ⇒ L’étude des effets des médicaments sur le génome humain. À l’inverse de la pharmacogénétique qui étudie l’influence du patrimoine génétique sur le sort des médicaments. Il est cependant fréquent que les deux termes soient utilisés indistinctement.
  • 10. Glossaire 3 -Omique Définition Phylogénomique ⇒ La rencontre de deux champs de recherche : la phylogénie et la génomique. Ce terme est employé dans plusieurs contextes différents mais désigne toujours une catégorie d'analyse impliquant des données génomique et de l'inférence évolutive, en particulier la reconstruction phylogénétique. La phylogénomique sert la prédiction des fonctions de gènes basée sur leur histoire évolutive dans l'arbre phylogénétique. Elle conjecture la reconstruction phylogénétique par combinaison d'un grand nombre de gènes ou de génomes complets et opère la fusion des données issues de l'analyse des génomes et de la reconstruction phylogénétique. Interactomique ⇒ L'étude des interactions entre les différentes molécules biochimiques. Cette discipline présente un grand intérêt pour la compréhension des réseaux d'interactions protéiques. Métabolomique ⇒ La science très récente qui étudie l'ensemble des métabolites (sucres, acides aminés, acides gras, etc.) présents dans une cellule, un organe, un organisme. C'est l'équivalent de la génomique pour l'ADN. Elle utilise la spectrométrie de masse et la résonance magnétique nucléaire.
  • 11. Glossaire 4 -Omique Définition Protéomique ⇒ L’étude des protéomes, c'est-à-dire l'ensemble des protéines d'une cellule, d'un organite, d'un tissu, d'un organe ou d'un organisme à un moment donné et sous des conditions données. Dans la pratique, la protéomique s'attache à identifier de manière globale les protéines extraites d'une culture cellulaire, d'un tissu ou d'un fluide biologique, leur localisation dans les compartiments cellulaires, leurs éventuelles modifications post- traductionnelles ainsi que leur quantité. Elle permet de quantifier les variations de leur taux d'expression en fonction du temps, de leur environnement, de leur état de développement, de leur état physiologique et pathologique, de l'espèce d'origine. Elle étudie aussi les interactions que les protéines ont avec d'autres protéines, avec l'ADN ou l'ARN, ou d'autres substances. Transcriptomique ⇒ L'étude de l'ensemble des ARN messagers produits lors du processus de transcription d'un génome. Elle repose sur la quantification systématique de ces ARNm, ce qui permet d'avoir une indication relative du taux de transcription de différents gènes dans des conditions données. Plusieurs techniques permettent d'avoir accès à cette information, en particulier celle des puces à ADN, celle de la PCR quantitative ou encore celle du séquençage systématique d'ADN complémentaires.