Le Génie Génétique Man Ig Origine 1 [PDF]

Zitiervorschau

Chapitre.4

La manipulation de l’information génétique ou Le génie génétique  : Principe et techniques

Objectifs :

L’élève sera capable : -d’identifier les principes et les objectifs du génie génétique., de décrire les techniques et les

outils du génie génétique. , Et de Se rendre compte de l’intérêt du génie génétique et des domaines de son application

Rappel: le transfert du gène GFP à l’origine de la synthèse de la protéine GFP ( Green Fluorescent Protein) de la cellule d’une méduse et son intégration à l’ADN de la cellule œuf d’un lapin (et d’un animal en général) nous donne un lapin modifié génétiquement qui émet à son tour de la lumière verte fluorescente quand il est éclairé. Ce transfert du gène d’un organisme à un autre est appelé……………………, le gène transféré est appelé …………………….ou gène d’………….et le lapin …………………..…ou………...

Document.1 Conclusion : Un gène particulier donne une protéine particulière qui donne à son tour un caractère particulier Autres exemples de transgénèse ……………………………………………. : En1979, deux hormones de nature protidique : l’insuline et l’hormone de croissance humaine sont synthétisées par génie génétique grâce à des colibacilles et des cellules de levure reprogrammés génétiquement par l’introduction des gènes humains qui contrôlent la synthèse de ces deux hormones. En 1987 , deux équipes de recherche belge et américaine ont réussi l’introduction dans le génome de plante de Tabac du gène codant pour la synthèse d’une protéine toxique pour les insectes. Ce gène est isolé d’une bactérie Bacillus Thuringiensis utilisée en agriculture biologique pour remplacer les pesticides. Les plantes transgéniques ainsi obtenues résistent aux insectes et provoquent leur mort.

Définition du génie génétique : Le génie génétique est un ensemble de techniques permettant la manipulation des gènes et leur transfert dans de nouveaux organismes animaux, végétaux ou microorganismes. Les organismes ainsi traités sont appelés organismes génétiquement modifiés ou OGM ou encore organismes transgéniques. En modifiant le matériel héréditaire des êtres vivants, le génie génétique permet de produire des organismes mieux adaptés aux besoins humains

Principes du génie génétique : Le génie génétique est basé sur deux principes essentiels : • Universalité du code génétique qui est le même de la bactérie à l'être humain, •  Possibilité d'isoler et de multiplier le gène d’intérêt : Il est donc possible d’isoler une séquence d’ADN codant une protéine d’intérêt. S’interroger : 1- Quelles sont les principales applications dans les domaines médical et agronomique du génie génétique ? 2- Quelles sont les étapes nécessaires pour obtenir un microorganisme ou un organisme transgénique ? 3- Quelles sont les techniques du génie génétique ? 4- Quels sont les outils utilisés en génie génétique ?

La galle du collet : Une transgénèse naturelle à la base du génie génétique

Activité.1

I-Observer et décrire : Le document.2 ci-dessous représente une maladie végétale causée par la bactérie Agrobacterium tumefaciens qui vit dans le sol, cette maladie est appelée La galle du collet (ou crowngall ) La galle du collet se reconnaît par les excroissances tumorales apparaissant sur les racines. L’infection peut entraîner un mauvais développement notamment lorsque les plantes sont infectées dans leurs premières phases de croissance.  la réduction du feuillage et le stress hydrique sont généralement associés aux maladies du système racinaire. La bactérie a été identifiée à partir de ces tumeurs en 1907 par deux chercheurs américains, E.F. Smith et C.O. Townsend.

Document.2

II-S’interroger ? Agrobacterium tumefaciens (Fig.1,doc.3) est une bactérie qui se développe dans le sol. Elle est attirée par des composés phénoliques dégagés par les plantes lorsqu’elles sont blessées(fi.2,Doc.3) Au niveau de cette blessure, Agrobacterium est capable de se fixer sur les cellules du végétal et d’induire la formation d’une galle (prolifération de tissus de la plante) lui fournissant des substrats’opines).

Fig.1

Fig.2

…………………………………………………………………………………………………………………… Document.3 …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ………………..………………………………………………………………………….…………… III-Construire : A- à quoi est due cette infection ? 1-Experience : L'inoculation de bactéries virulentes du genre Agrobacterium à des plantes saines sans plasmide (fig.1) et avec plasmide(fig.2) donne les résultats représentés par le document.4 a-Décrire…………………………………………………..……… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………….. …………… b-Déduire………………………….………………….………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………

Activité.1 2-Que se produit-il à l’échelle cellulaire :

B………… …………

Document.5

a- Décrire :

Agrobacterium tumefaciens est une ………………………qui vit dans …………, elle est attirée par les substances libérées par ……………………………….à la suite d’une…………………………….…………. Ag.tum  est capable de se fixer sur la cellule végétale et de lui transférer un ………………………………... De son plasmide pTi (ADN circulaire bactérien de petite taille), Ce fragment d’ADN, appelé…………….. s’insère dans le génome (………) chromosomique de la cellule végétale, Une fois intégré à l’ADN de la cellule végétale, les gènes de ……………..de Ag.tum vont s’exprimer  : - Les uns vont permettre la synthèse de facteurs de…………………………… comme l’auxine, hormone de croissance capable d’activer …………..……rapide des cellules au niveau de la blessure entrainant la formation d’une ……………….. (la galle) - les autres vont permettre la synthèse des acides aminés et fabriquer ………….. , protéine très utile pour la vie de la bactérie (énergie…)

b-Récapituler les étapes de la transgénèse

Document.6 3-De quoi est constitué le plasmide ? Structure du plasmide : Le plasmide pTi est un petit plasmide, de 215 000 paires de bases. Ce plasmide comporte plusieurs régions, le schéma ci-contre récapitule les régions responsables de ses différentes propriétés (carte génétique du plasmide Ti )  ADN-T :Région transférée de la bactérie à la cellule végétale :. - Cette région est limitée par deux zones (FD à droite et FG à gauche), importantes pour la réalisation du transfert. - L'ADN-T comporte une région permettant le développement de la tumeur ou la galle (par multiplication cellulaire) chez la plante infectée. - L'ADN-T comporte aussi les gènes permettant la synthèse et la libération des opines par les cellules végétales. Document.7

Vir :Région de virulence  : Cette région comporte une série de gènes, qui permettent la fixation de la bactérie aux cellules végétales et le transfert de l'ADN-T. OCC : Région de catabolisme des opines. Cette région permet à la bactérie d'utiliser les opines libérées par le végétal suite à son infection par l'ADN-T. ORI : Région de réplication. Cette région permet au plasmide de se multiplier dans la bactérie

Activité.1 4-Conclure : grâce à son plasmide……………, Agrobacterium réalise donc, une transgenèse…………….. d’une partie de ses gènes ou ………………….. dans un organisme végétal. L’ADN qui est ainsi transféré est nommé ……………(doc..6). IL est donc possible d’utiliser l’ADN-T d’Ag.tum dans un but de transgenèse comme étant un vecteur ou Document.6 ……………………. d’autres gènes d’intérêt, pour cela, il « suffit » de remplacer …………. par un autre ADN portant un gène ……………….., par exemple B- Agrobacterium, un exemple de vecteur pour la transgénèse(doc.8) pour réaliser un vecteur de transgenèse par Agrobacterium  tumefaciens : on remplace ………………… …qui sera transféré, par le ………………… que l’on souhaite ……………………dans le végétal ou …………… Ce transgène est un fragment d’ADN comportant en particulier …………………..…… (GI) accompagné d’un ……………………………… (GS) (doc.8).  Le gène de sélection permet de …………….. facilement les cellules qui ont intégré …………… transgénique à leur génome. Ce gène permet la survie de ces cellules dans certaines conditions particulières(comme la résistance ………………………………..), ou bien d’un gène aboutissant à la présence d’une molécule repérable facilement (par ……………………………….).

Document.8

C-Agrobacterium, Un outil de transgenèse végétale : le document.9,Résumé des étapes de la réalisation d’une plante transgénique grâce à Agrobacterium tumefaciens ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………….. ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………….. ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………….. ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… 1 – 2 – Les étapes de la transgénèse ………………………………………………………………… ……………………………………………………………….. I –Comment obtenir le caractère voulu ?

Activité.2

Document.9

Les techniques et les outils utilisés dans les étapes du génie génétique

I- Etape.1 : Identifier et isoler le gène d’intérêt à transferer. Le point de départ est le choix du caractère que l’on veut obtenir, comme par exemple la résistance à certains insectes, à certaines maladies, à des herbicides,…sachant qu’ à l’origine du caractère il y a une protéine donc il faut obtenir le gène codant pour la protéine désirée, ou le gène d’intérêt, comment ? A -Les techniques utilisées (document.10)

Document.10

Décrire les techniques utilisées : pour isoler le gène d’intérêt, deux méthodes sont utilisées : - Extraction de l’ADN du gène d’intérêt à partir d’une culture cellulaire, fragmentation ou découpage de l’ADN par une enzyme ……………………. ( ciseaux moléculaires) et identification du fragment d’ADN porteur du gène d’intérêt .grâce…………………………………………………… - Extraction de L’ARN messager codant pour la protéine désirée à partir des cellules contenant le gène d’intérêt, synthèse du brin de l’ADN porteur du gène grâce à ……………… ‘’ la transcriptase réverse’’ et duplication de ce brin d’ADN pour obtenir la molécule d’ADN double brin à transférer.

B- les outils utilisés.

1-L ’enzyme de restriction ou nucléases : enzyme d’origine bactérienne qui permet de couper l’ADN au niveau de certaines séquences ou sites bien définies. On connaît aujourd’hui 500 enzymes de restriction différentes. Grâce à ces enzymes un chromosome est découpé en 200 000 à 1 million de fragments d’ADN double brins,.Le tableau ci-dessous (document.11) présente des exemples de ces enzyme et le mode de leur intervention

Document.11

Activité.2 2- Transcriptase reverse: enzyme d’origine virale qui permet d’obtenir un brin d’ADN à partir d’un brin d’ARNm. 3- La sonde moléculaire radioactive : séquence de nucléotides permettant, après marquage radioactif d’un atome qui entre dans la composition des nucléotides de repérer dans l’ADN une séquence de nucléotides complémentaire avec laquelle elle s’hybride II- Intégrer ou insérer le gène d’intérêt dans un plasmide d’une cellule hôte ( ex : bacterie ……..………)  A-Les Techniques utilisées (document.12).: -Décrire :…………………………………… ………………………………………………….. ………………………………………………….. …………………………………………………. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. …………………………………………………. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. …………………………………………………..

-Greffe d’un gène d’intérêt dans un plasmide ………………………………………………

Expliquer :………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………

B- les principaux outils utilisés pour l’insertion d’un gène dans un plasmide 1- Un plasmide : molécule circulaire d’ADN de petite taille dans le cytoplasme bactérien (d’Agrobacterium, Echerichia coli ou autres bacteries ) Le plasmide pourra servir de ………….. pour transférer un gène ……………. à d’autre cellules. 2- ligase : enzyme qui assure la liaison entre deux molécules d’ADN (ou l’épissage des deux molécules),

Activité..2 III-Introduire des plasmides recombinés dans des bactéries et repérer les bactéries Transformées (doc.14) Document.14

On mélange dans un milieu de culture des bactéries avec des plasmides recombinés, parmi ces bactéries, certaines intègrent ce plasmide de façon spontanée alors que d’autres restent non transformés, pour distinguer ces deux types de bactéries, on associe avec le gène greffé, un deuxième gène qui permet la résistance à un antibiotique tel que la streptomycine. Les bactéries sauvages (naturels) sont sensibles à la streptomycine : elles ne se développent pas en sa présence IV-Transfert du gène aux cellules qu’on veut modifier Il y a plusieurs méthodes pour introduire un gène dans une cellule : La transformation biologique. Cette technique utilise une bactérie du sol, Agrobacterium, capable de transformer génétiquement la plante. Ainsi, un gène d’intérêt introduit dans la bactérie sera transférée dans la plante et intégrée à son génome(matériel génétique) . Cette technique est la plus couramment utilisée. Le transfert direct. Cette opération fait intervenir deux techniques :  soit une projection d’ADN portant le gène d’intérêt dans les cellules de la plante par l’utilisation d’un canon à particules qui projette dans les cellules des microparticules(microbilles) de métal enrobées d’ADN qui portent le gène d’intérêt.  soit l’introduction d’ADN dans des protoplastes ( Cellule végétale sans paroi squelettique externe) , par action d’un agent chimique ou d’un champ électrique .

V- Expression du gène (formation de la protéine désirée)

Le gène inséré dans le plasmide ne peut s’exprimer c.a.d donner une protéine chez la cellule hôte que s’il est accompagné par certains signaux indispensables à son expression. Ces signaux sont des séquences d’ADN dites gènes de régulation - le gène promoteur précédant le gène inséré qui donne le signal de départ de l’expression du géne - Le gène terminateur qui donne le signal d’arrêt de l’expression du gène c.a.d la fin de copie en ARNm qui se détache de l’ADN et la quitte vers les ribosomes au niveau du cytoplasme ou il sera traduit en protéine en faisant appel à l’ARNT qui rassemble les acides aminés en fonction des codons de l’ARNm Le document 15, montre schématiquement l’ensemble de ces signaux ainsi que le gène de structure responsable de la synthèse de la protéine recherchée et le gène de sélection qui permet de marquer les cellules transformées.

Activité.3

Document.15

Domaines d’application du génie génétique

I- Exemple.1 : Les étapes de la réalisation d’une plante transgénique résistante aux insectes A- Transformation biologique (document.16 ci-dessous)

B-Transfert direct : (document.17 ci-dessous)

Par une projection d’ADN d’intérêt dans les cellules de la plante par l’utilisation d’un canon à particules qui projette dans les cellules des microparticules de métal (or ou tungstène) enrobées d’ADN ou gène d’intérêt

Activité.3 II-Exemple.2 :Les étapes de la fabrication du vaccin contre l’hépatite B(document.18 ci-dessous) III- Exemple. III : étapes de production des médicaments comme l’hormone de croissance, insuline … (doc.19 ci-dessous)    le gène d'intérêt est isolé à partir du génome humain (1) puis inséré dans le plasmide d'une bactérie (2). Le plasmide modifié est alors transféré dans la bactérie (3), qui se multiplie rapidement en colonie, laquelle produit la protéine humaine d'intérêt en grandes quantités (4).(insuline, hormone de croissance ou autres protéine d’intérêt).

Production de protéine d’intérêt (…………………………………………………..…………………………………………………………..…)