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C'est
une jeune-fille de bonne famille qui
rêvait de rencontrer le génome idéal ! |
Voir
Pensées & humour
GÉNOME Le génome est l'ensemble des gènes portés par les chromosomes de l'espèce. Ce matériel génétique est
codé dans son ADN. Environ
22 000 gènes dans le génome humain si l’on
considère tous les gènes (y compris ceux qui ne codent pas pour des
protéines). Notez
les deux mètres d’ADN environ compactés
dans un noyau ayant un volume d’environ 500 µm cube…
Assez incroyable que cela ne crée pas des nœuds… (évités grâce à la présence
d’enzymes appelées topo-isomérases…). La
taille du génome ne témoigne pas de l'évolution de l'espèce. Par exemple,
celui du pin (Pinus taeda) compte 25 milliards de paires de bases. |
Merci à Ken O.
3,2 milliards de paires de bases dans le génome. Le poisson osseux (Protoptère éthiopien) tient le
record avec 113 milliards de paires de bases. 3
054 815 472 paires de
bases d'ADN haploïde. |
20 000 gènes dans le génome (environ). Un gène instruit la cellule pour produire les protéines.
Celles-ci sont de l'ordre de 100 000. |
37 gènes dans le génome mitochondrial impliqué dans la
production d'énergie (sans doute une évolution à partir
du matériel génétique des bactéries originelles. |
1,80 m longueur de l'ADN d'une cellule. 150 000 fois
l'aller-retour vers la Lune pour tout l'ADN d'un humain (110 milliards de km). |
5 microns La taille du noyau de la cellule qui contient l'ADN. |
99,6 % de l'ADN est identique pour toute la population humaine. Les 0,4 % différents représentent 12 millions de paires. |
> 98% du génome est non-codant. Il ne contient aucune
information permettant la fabrication de protéines. |
46 chromosomes 23 paires dans le noyau des cellules humaines. 47 pour une personne
trisomique (Down syndrome). |
1953 découverte de la structure doublement hélicoïdale de
l'ADN. James Watson et Francis Crick: Noble 1962. |
Source Genetics
by the number – National Institute of General Medical Sciences
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Définition Génome: ensemble des gènes d’une cellule ou d’un organite
cellulaire. Le génome est porteur de toute l'hérédité d'un individu ou d'un
organisme. Son code est l'ADN dans la majorité des cas et l'ARN pour certains virus. Le génome inclus
les parties des gènes à:
séquences codantes, transcrites en ARN messagers pour
former les protéines et
séquences non-codantes qui semblent jouer un rôle
encore à préciser. Approche Un gène
(du grec genos, origine) est un élément du chromosome porté par les brins d'ADN. Le gène est une unité d'information
génétique. Il conditionne la transmission et la manifestation d'un caractère
héréditaire déterminé. Le support de l'information génétique est
formé de longues molécules d'ADN appelées chromosomes.
Les caractéristiques des chromosomes propres à une espèce est appelé son caryotype. L'ensemble des gènes des chromosomes d'une
espèce forme le génome. Il détermine le code
génétique d'un individu, c'est-à-dire: notre croissance, notre
développement et notre santé. Les cellules
d'une personne possèdent toutes le même génome. Les différences tiennent au
mode d'expression des gènes: certains gènes sont activés tandis que d’autres
sont inhibés pour créer tel ou tel type de cellules. Les
génomes humains haploïdes*, qui sont contenus dans les cellules germinales
(les cellules des gamètes de l'ovule et du sperme créées lors de la phase de
méiose de la reproduction sexuée avant la fécondation) sont constitués de 3 054 815 472 paires de bases d'ADN (si le
chromosome X est utilisé), tandis que les génomes diploïdes femelles (trouvés
dans les cellules somatiques) ont deux fois plus de contenu en ADN. *haploïde:
qui sert à la reproduction (spermatozoïdes et ovocytes). |
Le saviez-vous
Le
patrimoine héréditaire de l'humanité ne comprend que 24
000 gènes. Le double par
rapport au ver de terre ou encore la mouche du vinaigre. Tous les êtres
humains partagent le même code génétique à 99,99%.
Aucune différence génétique entre ce qui est appelé race. |
Son nom: CRISPR-Cas9 inventé par Emmanuelle
Charpentier et Jennifer Doudna Clustered
regularly-interspaced short palindromic repeats. Courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement
espacées. Cas: Crispr associated Son usage: sectionner et modifier l'ADN de n'importe
quelle cellule à volonté avec une
précision extrême et à un coût en nette diminution. Idée: issue du système de défense trouvé pour
une grande quantité de bactéries.
Celles-ci sont capables de reconnaitre un virus qui les a infectées et de
contrer son attaque. Applications: soigner les maladies génétiques,
modifier certaines caractéristiques humaines (ou animalières ou végétales) ,
et … autres usages eugéniques (hélas!). Domaine: recherche fondamentale, thérapie
génique, synthèse de biocarburants, synthèse de médicaments, agriculture … Modèle: les bactéries sont expertes en
manipulation de l'ADN depuis la nuit des temps. Mécanisme: l'enzyme Cas9, guidée par deux ARN,
reconnaît l'ADN à modifier et le rend inopérant en le coupant. Anglais: CRISPR,
a new genome editing tool, could transform the field of biology. A recent
study on genetically-engineered human embryos has converted this promise into
media hype (matraquage). But scientists have been tinkering
("bricoler") with genomes for decades (décennies). Why is CRISPR
suddenly such a big deal? In short, CRISPR is far better than older
techniques for gene splicing and editing. Voir Anglais |
Presse de 2015 – Comme Pour la Science
d'octobre 2015
Cripspr-Cas9,
l'outil qui révolutionne la génétique – Emmanuelle Charpentier et Pierre
Kaldy
D'après Australian Genetics Education: Genes and Chromosomes
ADN et ses quatre types de bases
Source image: National Human Genome
Research Institute
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Le génome humain est
pour sa quasi-totalité contenu
dans le noyau des cellules et,
dans les mitochondries pour une infime partie.
Le génome du noyau est réparti en 24 chromosomes :
22 chromosomes dits autosomes et
2 chromosomes
sexuels, le chromosome X et le chromosome Y.
La quantité totale de gènes
pour un humain est estimée à un peu plus de 20 000. Sans doute autour de 22
000. La mouche c'est 13 000, et c'est 20 000 gènes pour la souris ou le coq
ou le chien. À raison de trois ARN différents par gène, en moyenne,
l'ensemble des gènes humains produisent de l'ordre de 100 000 protéines différentes.
Un gène typique contient 30 000 paires
de bases (30 kbp). Mais la quantité est très variable: de 400 bp à 2,4
millions de bp (Mbp). De sorte que le
génome humain comprend au moins 3 milliards paires
de bases (A, C, G et T). Sans doute moins de 3,3 Mbp. Wikipédia
Human
genome donne: 3 080 Mbp pour les hommes et 3 022 Mbp pour les femmes (Mbp:
Méga paires de bases). Notes: une paire de base
(bp) mesure de l'ordre de 3,4 angströms
de long sur le brin d'ADN. Il y a environ 10 bp par boucle de spirale et la
hauteur d'une spire est d'environ 34 angströms (3,4 nm). La quantité de
paires de bases ne fait pas la qualité de l'organisme. Certaines plantes en
comptent 50 fois plus que l'homo sapiens. Le génome en tableau
La masse du génome est de 3,6 10-12 g ou 3,6
pg (picogrammes) ou, unité plus rarement employées: 2,2 Da (daltons)
Note: 1pg 1000 Mpb = 1 Gpb (Voir Grands nombres).
Note: le génome des
mitochondries est beaucoup plus petit. Il n'est constitué que d'un seul brin
qui renferme un peu plus de 16 000 paires de bases pour 37 gènes.
Le génome des humains est quasiment le même pour tout
le monde (99,9%). Mais chaque humain se distingue par la succession des
paires des bases. En 2007, la fonction des gènes est connue à plus de 50%.La
séquence complète du dernier chromosome dans le génome humain a été obtenue
en mai 2006. Il s'agissait du plus grand chromosome, contenant à lui seul 8%
de ce génome.
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Voir ADN en chiffres
2003 – 3 milliards $ – en 13 ans Par l'International Human Genome Sequencing
Consortium.
2010 – 10 000 $ – en 8 jours
2013 – 1 000 $
– en 15 minutes Estimations de Pacific Biosciences, of Menlo Park,
Californie.
La décroissance du coût est spectaculaire! |
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Chronologie
1920: on
connait des moyens de produire des mutations: exposition aux rayons X par Hermann
Muller (Prix Nobel 1946); puis utilisation de
produits chimiques; et, plus récemment des virus capables de s'insérer dans
le génome de manière aléatoire (sélection de plantes agricoles).
1953:
découverte de la structure de l'ADN et son rôle dans le transfert de l'information
génétique J
Watson, F Crick, R Franklin, M Wilkins – Prix Nobel 1962
1970: des
enzymes bactériennes, dites de restriction, coupent des séquences spécifiques
de l'ADN. Premiers outils de caractérisation et de manipulation de l'ADN in
vitro – Prix Nobel 1978.
1983: La
réaction en chaine par polymérase (PCR) permet de multiplier les séquences
d'ADN in vitro. Manipulation de séquences d'ADN possible in vitro – Prix
Nobel 1993.
1985:
première modification ciblée du génome (souris) par Oliver Smithies et al –
Prix Nobel 2007 pour Mario R.
Capecchi, Martin J. Evans et Oliver Smithies.
1994: la
réparation d'un gène par recombinaison homologue est fortement amplifiée dans
les cellules de mammifères quand on introduit dans ce gène une cassure avec
une enzyme de levure – Institut Pasteur et Institut Sloan-Kettering de New
York.
1996:
séquence complète de la levure (12,5 Mbp).
1997:
séquence de l'Escherichia coli (4,6 Mbp).
2000:
séquence de la mouche drosophile
(180 Mbp).
2000:
environ la moitié des gènes humains
sont cartographiés.
2002:
première mutation ciblée d'un gène
chez un être pluricellulaire, la mouche. Modification héréditaire du génome –
Dana Carroll et al.
2004: le
génome humain est complètement cartographié, mais à partir de plusieurs individus.
2007: codage
complet sur un seul individu.
2008:
modification du génome d'un poisson et 2009, d'un rat, du tabac, du maïs.
2010:
nouveau type d'enzyme spécifique de séquence avec motif d'une protéine
bactérienne (motif TALE). En la couplant, elle coupe l'ADN sur la séquence
ciblée. C'est ce nouveau "ciseau" qui est vite adopté dans de
nombreux laboratoires.
2012: mise
au point de l'outil CRISPR-Cas9, permettant des
modifications multiples ciblées et pratique de tout ADN in vitro. Cet outil
nouveau permet de s'affranchir de certains défauts découverts en 2010:
utilisation de Cas9 pour muter l'ADN de cellules ou d'organismes. Invention d'Emmanuelle Charpentier
(française, directrice de laboratoire à l'institut Max-Planck à Berlin) et
Jennifer Doudna, américaine. Emmanuelle Charpentier a reçu le
prix L'Oréal-Unesco pour les femmes et la science en mars 2016. Diffusion libre des outils et
bibliothèques dans les laboratoires. Mutualisation des moyens. Accélération
des essais et découvertes prometteuses.
2013:
plusieurs équipes décrivent l'inactivation de gènes dans les cellules
humaines.
2014: Blé
résistant à un champignon parasite – Japon
2014: Baisse
importante des cellules infectées par le Sida – É.-U.
2020: Prix Nobel de
chimie pour Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna Historique de l'évaluation du
nombre de gènes dans le génome humain
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Voir Histoire
des inventions / Histoire - Index
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21
000 = 1, 071 … 10301 C'est le nombre de combinaisons pour une
espèce dotée d'un millier de gènes. Or
le nombre de gènes codant une protéine chez l'humain est estimé à plus de 20
000. Comparaison
Espace de toutes les galaxies connues : 1088 mm3 Densité de spermatozoïdes :
108 / mm3 Nombres de spermatozoïdes logeables dans l'univers :
1096
L'univers ne contient pas, et de loin, l'espace
suffisant pour loger tous les gènes différents possibles de l'homme. L'homme est encore imprévisible pour
quelques temps ! |
Voir
Puissance de
deux
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A gene is a unit of heredity in a
living organism. All organisms have many genes corresponding to various
different biological traits, such as eye
color. The vast majority of living organisms
encode their genes in long strands of DNA.
DNA (deoxyribonucleic acid) consists of a chain made from four types of nucleotide subunits, each composed of: a
five-carbon sugar, a phosphate group, and one of the four
bases adenine, cytosine, guanine, and thymine. The total complement (Fr. effectif)
of genes in an organism or cell is known as its genome,
stored in chromosomes. Gene The fundamental physical and functional unit of heredity. A gene is an
ordered sequence of nucleotides located in a particular position on a
particular chromosome that encodes a specific functional product (i.e., a
protein or RNA molecule). Genome All the genetic material in the chromosomes of a particular organism;
its size is generally given as its total number of base pairs. The genome is an organism’s complete set of DNA. Genomes vary widely
in size:
the smallest known
genome for a free-living organism (a bacterium) contains about 600,000 DNA base pairs,
while human and
mouse genomes have some 3 billion. The human genome is estimated to contain 20,000-25,000
genes. Except for mature red blood cells, all human cells contain a complete
genome. The estimate, which was made in 2004 by the International Human Genome
Sequencing Consortium, suggested that there were around twenty to twenty-five thousand genes responsible
for coding proteins. |
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La différence génétique entre le chimpanzé et l'homme
porte sur à peine 1% de l'ensemble des séquences du génome. C'est cette petite
différence qui a permis des changements majeurs dans l'organisation anatomique
du cerveau, dans son développement, qui se prolonge après la naissance,
beaucoup plus longtemps chez l'homme que chez le singe. C'est ce qui permet
l'apprentissage, l'ouverture à l'environnement, le langage, la culture... Il
y a bien une certaine enveloppe génétique, un déterminisme qui donne à
l'homme cette capacité d'ouverture sociale et culturelle. Mais lequel ? |
Voir Caryotype dans le roman
Malhorne