Les secrets des gènes - BiOutils

Summer School
Les secrets des gènes
4 – 9 juillet 2011, Université de Genève
Organisateurs :
Michel Goldschmidt-Clermont, François Karch, Patrick Linder, Luis Lopez-Molina, Karl Perron et
Jean-David Rochaix
Introduction :
Le but de cette semaine expérimentale de biologie est d’initier des gymnasiens motivés de toute la
Suisse aux approches modernes de la génétique moléculaire et d’éveiller des vocations dans ce
domaine. Ils auront l’occasion de se plonger dans le monde de la recherche expérimentale, de
découvrir des méthodes et les grands concepts de la biologie moléculaire.
L’accent sera mis
1) sur les méthodes d’échanges de matériel génétique (transgenèse) et leurs utilisations en
biotechnologie et en recherche.
2) sur les techniques d’analyse de l’ADN
3) sur l’examen des conséquences des modifications génétiques sur le phénotype
4) sur des visites de laboratoire qui permettront aux collégiens d’apprécier la réalité des
structures de recherche.
Ce cours sera limité à 25 personnes et les candidat(e)s seront sélectionné(e)s après examen de
leur dossier.
Pendant ce cours les participants effectueront trois expériences différentes qui s’échelonnent
parallèlement sur plusieurs jours.
Description des expériences :
A) Bases génétiques de la photosynthèse.
Ce projet vise à illustrer que dans une cellule végétale plusieurs systèmes génétiques cohabitent et
coopèrent pour assurer le métabolisme et la croissance cellulaire. Dans le cas particulier de l’algue
unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii les participants pourront examiner le rôle des gènes
nucléaires et du chloroplaste dans le fonctionnement de l‘appareil de photosynthèse. Ils produiront
des algues transgéniques par transformation du chloroplaste avec un canon à gènes et apprendront
à utiliser des outils génétiques et biophysiques simples pour comprendre le fonctionnement des
gènes et des protéines impliqués dans la photosynthèse.
Détails
Utilisation du canon à gènes pour produire des algues transgéniques par transformation du
chloroplaste; inactivation spécifique de gènes du chloroplaste, complémentation de
mutants.
Tests de croissance de souches d’algues sauvages et mutantes sur différents milieux
(croissance photoautotrophe, hétérotrophe et mixotrophe)
Caractérisation de mutants nucléaires et chloroplastiques affectés dans l’activité
photosynthétique :
 Analyse des protéines par immunoblotting (mise en évidence de changement de
composition de protéines des complexes photosynthétiques)
 Analyse fonctionnelle de ces mutants par mesure de fluorescence des chlorophylles
Analyse globale et discussion des résultats
B) Analyse du génome humain avec l’aide des bactéries
Les participants analyseront leur propre ADN avec des techniques et des outils de biologie
moléculaire. Pour ce faire ils apprendront à manipuler des bactéries pour leur faire produire une
enzyme nécessaire pour cette analyse. En même temps ce projet vise à montrer l’importance
historique des bactéries pour établir certaines règles universelles du monde vivant (code
génétique, transcription, ARN messager, traduction, enzymes de restriction). Ces recherches ont
mené à la révolution biotechnologique des années 70. Les participants pourront modifier
génétiquement une bactérie pour produire une protéine recombinante en grande quantité et suivre
son activité in vivo.
Détails
Expérience de génotypage par PCR : prise de salive, extraction d’ADN et amplification par
PCR. Electrophorèse des produits PCR et analyse des résultats de génotypage.
Modification génétique des bactéries : Transformation de E. coli avec un plasmide portant
un gène de résistance à l’ampicilline et le gène d’une protéine étrangère contrôlé par un
promoteur inductible.
Sélection des transformants
 Observation des colonies des transformants sur milieu sélectif
 Préculture des bactéries modifiées génétiquement en absence d’inducteur
 Induction et mesure de la protéine
 Analyse sur gel de la protéine induite (en remarquant comment elle devient l’une des
protéines prédominantes fabriquée par la bactérie).
C) Génétique du développement de la mouche du vinaigre Drosophile.
Cette mouche s’est imposée comme un système modèle de choix pour l’étude du développement
des organismes eucaryotes. Depuis Thomas H. Morgan en 1909, la mouche du vinaigre Drosophila
melanogaster a été étudiée par plusieurs générations de généticiens qui ont progressivement
élucidé la nature des gènes et des chromosomes. Parmi les nombreuses mutations identifiées,
certaines ont des conséquences spectaculaires sur l’organisation du corps de la mouche, modifiant
par exemple le nombre ou la position des ailes ou des pattes. C’est le cas notamment des
mutations du gène homéotique Ultrabithorax, qui donnent naissance à des mouches qui portent 4
ailes au lieu de 2 (on parle de gène architecte du plan de développement). Des gènes et des
mécanismes similaires existent chez les mammifères et chez l’homme pour assurer la séquence du
développment de la tête, des bras et les jambes au cours de notre développement embryonnaire.
Pendant cette semaine, les participants pourront étudier le développement de l’embryon de
drosophile et de l’adulte.
Détails
Observation des patrons d’expression de différents gènes impliqués dans le plan de
développement de l’embryon et l’adulte de drosophiles. Des colorations seront effectuées
au moyen d’anticorps sur des embryons fixés. Nous effectuerons également des
observations in vivo grâce à l’utilisation de protéines fluorescentes.
Le cours comprendra en plus
 un exposé du professeur Michel Milinkovitch de l’Université de Genève sur les
mécanismes de l’évolution.
 une introduction par Mme Marie-Claude Blattner à la bioinformatique avec des exercices
d’analyse de séquences d’ADN et de protéines.
 Les participants visiteront aussi la plate-forme de génomique de l’Université de Genève
qui s’est spécialisée dans le séquençage de l’ADN et de l’ARN où ils découvriront les
derniers développements dans ce domaine.
L’horaire de la semaine se trouve ci-joint
2/2
SUMMER SCHOOL: Les secrets des gènes
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
Heures
Départ de l'auberge de jeunesse
le soir: Restaurant tous ensemble
Arrivée ScIII, Introduction générale
Arrivée auberge de jeunesse
Divers
Du 4 au 9 juillet 2011 à l'Université de Genève
Lundi
4 juillet
Mardi
5 juillet
Mercredi
6 juillet
Jeudi
7 juillet
Vendredi
8 juillet
Samedi
9 juillet
3/3
Charger gel de protéines + électrophorèse
Visite Plate-forme Génomique 2ème groupe
Visite Plate-forme Génomique groupe
13:30: Théorie séquençage de l'ADN/Patrick Descombes
gel + résultat
extraction d'ADN + PCR
Analyse sur gel protéines
Purification de la Taq polymérase (08:30)
Récapitulation, discussion des résultats, rédaction du rapport
Suite des obervations
enhancer trap
Coloration X-gal de diverses lignées
Microscopie en fluorescence
Alcaline phosphatase, Horseradish peroxydase
Colorations et 1ères observations
Lavages et incubation avec anticorps secondaires
Mise en route des incubations avec anticorps pour la nuit
Récolte et fixation des embryons de drosophiles
08:30: Introduction C
Développement de la Drosophile (C)
08:30: Bioinformatique: théorie + exercices pratiques (par MC Blatter). (dans la salle informatique)!!
western: incubation + développement
Transfert o/n du gel d eprotéines
Introduction fluorescence, mesure de fluorescence
Exposé M. Milinkovitch (A100): Les mécanismes de l'évolution
Dilution de culture, Induction de l'expression de la Taq
polymerase
13:30-13:50: Introducion B
Transformation et inoculation de bactéries
13:50-14:10: Introducition A
Génome humain et bactéries (B)
Tir (Petris déjà prêt), spot tests croissance (au 2ème)
Génétique de la photosynthèse (A)
Une introduction expérimentale dans le monde de la génétique, proposée par l'Académie suisse des sciences naturelles (SCNAT)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
8
9
10
11
12
13