Thème 10 : Biotechnologies Flashcards
Qu’est-ce que les biotechnologies ?
Ensemble des méthodes et des applications recourant à la manipulation d’organismes vivants ou de leur composants (ex. protéines) à des fins théoriques, techniques ou industrielles.
Qu’est-ce que le génie génétique ?
Ensemble de techniques portant sur la manipulation directe des gènes à des fins pratiques. C’est une branche des biotechnologies!
Donne 3 techniques portant sur le génie génétique
- Le clonage moléculaire
- La réaction d’amplification en chaîne par
polymérisation (ACP) ou Polymerase chain
reaction (PCR) - Le clonage d’organismes
Biotechnologie traditionnelle : fermentation
Catabolisme anaérobie qui produit de l’éthanol, du lactate ou d’autres composés organiques à partir de glucose.
Fermentation alimentaire : définition et exemples.
Toute conversion d’un produit alimentaire en un
autre sous l’action contrôlée de microorganismes. Céréales et fruits, légumes, soya, produits laitiers, viandes et poissons, etc.
Biotechnologies modernes
Les progrès en sciences biologiques ont mené au développements d’outils permettant d’utiliser les organismes vivants ou leurs composants dans différents domaines. Ex: - Protéomique : séquençage et synthèse de protéines - Génomique : Séquençage d’ADN, techniques de génie génétique
Que sont les biotechnologies vertes ?
Biotechnologies végétales :
Elles regroupent les biotechnologies, parfois très anciennes, qui intéressent l’agriculture, l’élevage et l’agroalimentaire
Biotechnologies historiques : Fermentation de micro-organismes pour produire de l’alcool (vin, cidre, bière) de l’acide acétique (vinaigre), des fromages et yaourts
Biotechnologies vertes modernes : Biologie moléculaire permettant en particulier la production d’OGM (amélioration d’espèces végétales d’intérêt économique, accroissement de productivité, fabrication de nouveaux produits, production de sources d’énergie renouvelable)
Que sont les biotechnologies jaunes ?
Biotechnologies environnementales qui rassemblent toutes les biotechnologies qui se rapportent à la protection de l’environnement et au traitement ou à l’élimination des pollutions
- Décontamination des sites pollués
- Traitement et le recyclage des déchjets et des odeurs
- Le traitement de l’eau
- La surveillance des agentd pathogènes dans l’environnement
- Les énergies renouvelables
Que sont les biotechnologies bleues ?
Les biotechnologies bleues ou marines désignent les méthodes de al biologie se servant des ressources marines comme matériau de base pour produire des services et des biens
- Domaine de la santé où certains produits sont déja en utilisation clinique ou encore en phases de tests cliniques (antidouleurs, anticancéreux)
- Polysaccharides issus d’algues qui servent de stabilisant, gélifiant ou épaississant utilisés dans les industries agro-alimentaires et cosmétiques
- Domaine des biocarburants ; il s’agit de production d’enzymes dégradant les produits lignocellulosiques et de production de microalgues génératrice de biocarburants
Que sont les biotechnologies blanches ?
Permettent la fabrication de produits (généralement synthétisés chimiquement) et la mise au point de bioprocédés
- Additifs, colorants, aromes pour les industries agro-alimentaires
- Nouvelles fibres textiles, plastiques biodégradables
- Industries de détergent et ses enzymes gloutonnes
- Biocarburants
Que sont les biotechnologies rouges ?
Concernent le domaine de la santé, du médicament, du diagnostic, de l’ingénierie tissulaire ainsi que le développement de procédés génétiques ou moléculaires ayant une finalité thérapeutique
- Production de vaccins, d’antibiotiques, d’hormones
- Thérapie génique : production d’un gène-médicament capable de remplacer ou de modifier l’expression du gène déficient.
- Thérapie cellulaire qui consiste à remplacer des cellules malades ou détruites par des cellules saines
En quoi consiste le clonage moléculaire ? (général)
Introduction d’un fragment d’ADN d’intérêt dans un plasmide
Objectifs :
- Répliquer le gène
- Produire une protéine
Qu’est-ce qu’un plasmide ? Où en retrouve-t-on ? Donne des caractéristiques
Un plasmide est une molécule d’ADN circulaire double brin, qui possède obligatoirement une origine de réplication, afin qu’il puisse se répliquer de manière autonome dans la cellule et un gène de sélection pour qu’il ne soit pas perdu par l’organisme au fil des multiplications cellulaires. On retrouve des plasmides dans les organismes procaryotes (les bactéries) et chez les eucaryotes (dont les levures).
- Réplication indépendante
- Possèdent peu de gènes
- Non-essentiel
- Avantage sélectif
Quels sont les caractéristiques d’un vecteur de clonage ?
- Réplication de l’ADN étranger introduit
Comporte : - Site de clonage
- Gène de résistance à un antibiotique
Quels sont les caractéristiques d’un vecteur d’expression ?
- Synthèse d'une protéine Comporte : - Site de clonage - Promoteur - Gène de résistance à un antibiotique
Quel est le processus du clonage moléculaire ? (4)
- Insertion du gène d’intérêt
- Transformation
- Mise en culture
- Applications
Explique l’étape 1 du clonage moléculaire : l’insertion du gène d’intérêt
- Obtention du plasmide. Obtention de l’ADN : Lyse des cellules, purification de l’ADN et amplification du gène d’intérêt par PCR
- Coupe dans le plasmide avec une enzyme de restriction qui coupe à un seul site dans le gène. Coupe les extrémités du fragment amplifié par PCR à l’aide de la même enzyme de restriction
- Mélange des morceaux de plasmides et des fragments d’ADN. Certains s’associent par appariement de leurs bases ; l’ajout d’ADN ligase permet de les souder. Les produits sont des plasmides recombinés et de nombreux plasmides non recombinés.
Qu’est-ce que l’amplification du gène d’intérêt par PCR ?
- Dénaturation : chauffage pendant une courte période pour séparer les brins d’ADN
- Hybridation : refroissement permettant aux amorces de former des liaisons hydrogène avec les extrémités de la séquence visée.
- Élongation : ajout de nucléotides par l’ADN polymérase à l’extrémité 3’ de chaque amorce
Quels sont les avantages et les inconvénients de l’amplification du gène d’intérêt par PCR?
Avantages :
- Rapide (milliards de copies en quelques heures)
- Sélectif (amplifie le fragment désiré uniquement)
Inconvénient :
- Introduction d’erreurs par l’ADN polymérase
Explique le principe d’électrophorèse sur gel d’agarose.
Les mélanges de molécules d’ADN de taille différente chargés négativements sont déposés à l’électrode négatifve. Lorsque du courant est appliqué, les molécules se déplacent vers l’électrode positive. Plus elles sont longues, moins elles se déplacent rapidement et vice-versa.
Explique l’étape 2 du clonage moléculaire : La transformation
- Insérer l’ADN dans bactérie, levure (modifications post-traductionnelles)
- Étendre sur une gélose sélective (un antibiotique, un indicateur colorimétrique – optionnel)
Plusieurs méthodes : - Choc thermique (variations de la température)
- Électroporation (impulsion électrique)
- Aiguille microscopique (injection)
- Liposomes (vésicules lipidiques)
- Biolistique (billes recouvertes d’ADN)
Explique l’étape 3 du clonage moléculaire : la mise en culture
Sélection par un gène rapporteur (ex: LacZ)
Sélection par antibiotique
Quels sont les 2 types de clonage d’organismes ?
Clonage d’organisme : Production d’organismes génétiquement identiques ou ‘‘parent’’
- Clonage reproductif : Production de nouveaux individus
- Clonage thérapeutique : Production de cellules souches embryonnaires pour traiter des maladies
Quel est le processus de clonage des végétaux ?
- Fragments mis en culture dans un milieu nutritif ; le brassage cause la séparation des cellules isolées
- Début de la division des cellules isolées en suspension dans le liquide
- Formation d’un embryon végétal à partir d’une cellule isolée mise en culture
- Plantule cultivée sur de l’agar et mise en terre par la suite
Quel est le processus de clonage reproductif des mammifères ?
- Culture de cellules mammaires dans un milieu pauvre en nutriments ; arrêt du cycle cellulaire et dédifférenciation du noyau
- Excision du noyau d’un ovocyte de deuxième ordre provenant d’un ovaire
- Fusion des cellules
- Croissance des cellules en milieu de culture
- Implantation de l’embryon dans l’utérus d’un troisième spécimen
- Développement embryonnaire ; spécimen génétiquement identique au fournisseur de la cellule mammaire
Clonage des humains ?
But : Production de cellules souches
- Cellules pancréatiques : diabète
- Neurones : Parkinson, Huntington
- Cellules de la moelle osseuse : Cancer, leucémie
Quels sont les 4 types de cellules souches ?
- Totipotentes
- Pluripotentes
- Multipotentes
- Unipotentes
Nomme 2 types de cellules souches animales susceptibles de générer quel autre type de cellule ?
- Cellules souches embryonnaires (totipentes) : Embryon humain au stade de blastocyste (équivalent de la blastula chez les mammifères) Cellules susceptibles de générer tous les types de cellules embryonnaires
- Cellules souches issus d’un adulte (ex :moelle osseuse - multipotentes) Cellules susceptibles de générer un nombre limité de types de cellules
Comment peut-on utiliser les cellules souches pluripotentes induites (SPi) ?
- Prélèvement de cellules de peau chez le patient
- Reprogrammation des cellules de peau après avoir introduit des facteurs de transcription spécifiques. Les cellules se convertissent alors en cellules souches pluripotentes induites (SPi)
- (Patient dont les tissus cardiaques sont endommagées ou présentant d’autres maladies) Traitement des cellules SPi avec les facteurs appropriés entrainant une différenciation en type de cellules spécifiques, comme des cellules cardiaques
- Réintroduction des cellules chez le patient, où elles peuvent réparer des tissus endommagés comme le tissu cardiaque
Exemple d’application des biotechnologies ; Médecine - Maladies
- ## Séquençage génome humain ; Plus le temps avance, moins ça coûte cher et moins ça prend de tempsDiagnostic :
- Détection des agents infectieux (PCR sur échantillons)
- ## Anomalies génétiques (amplification par PCR des gènes spécifiques pour détecter l’anomalie)Traitement :
- Peut différer selon l’expression de certains gènes
Comment fonctionne la thérapie génique ?
- Le gène responsable de la maladie est identifié et séquencé ; le but étant de le remplacer par le gène sain
- Un vecteur, un rétrovirus par exemple, est utilisé pour introduire le gène sain dans le noyau de la cellule et remplacer le gène déficient
- Deux possibilités :
Ex-vivo : a) Les cellules à traiter sont extraites de l’organisme; on leur transfère le gène médicament via le rétrovirus b) Les cellules corrigées sont réinjectées dans le malade
In-vivo : a) Le gène médicament est directement apporté par injection intra-musculaire ou par voie sanguine dans l’organisme. Il devra pénétrer lui-même jusqu’au noyau des cellules.v
Quels sont les avantages et les inconvénients des rétrovirus ?
Avantages : Ils s’intègrent dans l’ADN de la cellule infectée
Inconvénient : Insertion aléatoire dans les chromosomes. Selon le lieu, l’insertion peut causer des cancers
Médecine - Production de protéines recombinantes
- Culture cellulaire
- Clonage du gène d’intérêt dans un plasmide, transformation et purification de la protéine. Ex: L’insuline et l’hormone de croissance
- Animal transgénique
- Reçu un ou plusieurs gènes d’un autre organisme
- En général, la protéine sera sécrétée dans le lait ou présente dans les oeufs.
Comment se sert-on de l’ADN dans la justice ?
- – Basées sur variations en longueur des STR (short tandem repeat)
- Séquences 2 à 5 nucléotides répétées
- Dans régions spécifiques du génome
- Nombre de répétitions des STR varie entre les individus et les deux chromosomes homologues d’un individu
- Probabilité d’avoir 2 profils génétiques identiques en utilisant 13 marqueurs est entre 1/10milliard et 1/plusieurs bilions
Agriculture (biotechnologies)
- Organismes génétiquement modifiées (OGM)
- Animaux : Une meilleure laine, plus de viande, viande plus maigre, meilleure croissance..
- Plantes : Une résistance au froid, aux insecticides/herbicides
- Inconvénients chez les animaux
- Problèmes de fécondité
- Haute susceptibilité aux maladies
