Uriah Mamane, Christopher Harless, et Arnaud Strubin LA

Uriah Mamane,
Christopher Harless,
et Arnaud Strubin
LA GENOMIQUE :
Le génome est l’ensemble de tous les gènes d’un organisme vivant.
La
génomique, quant à elle, est le séquençage du génome entier de n’importe quel
organisme. Il ne faut donc pas confondre la génomique avec la génétique. En
génomique, la recherche scientifique est basée sur l’ensemble des gènes d’un
organisme (génome), et non pas sur un gène unique comme en génétique. La
génomique repose sur des méthodes de séquençages d’ADN, c’est-à-dire sur des
décodages de séquences. Elle repose aussi sur de nombreuses analyses dont nous
parlerons plus tard. Il y a trois sous domaine important en génomique qui sont : -La
génomique structurale, -la génomique fonctionnelle et, -la génomique comparative.
Mais nous parlerons initialement de l’histoire de la génomique.
En 1920, le début de la génomique apparaît, on essaye d’identifier et de
cartographier tout les gènes du génome d’un organisme.
1) La première méthode utilisée était en 2 parties :
La première était d’identifier ou de créer des mutations sur les gènes puis la seconde
était de construire des cartes génétiques en analysant les liaisons génétiques
existantes entre les mutations.
Les premières expériences furent essayées sur les animaux favoris de la génétique :
La souris, les bactéries, la drosophile, la levure et le maïs.
Le problème de cette technique était que la cartographie était trop longue et pas
assez claire. Il était difficile d’identifier tout les gènes car : 1mutation= 1 gène. Il
suffisait que certain gène n’ait pas muté pour qu’on les oublie. La cartographie était
trop compliquée.
2) Une deuxième méthode vu le jour, elle consistait à cartographier sur des
chromosomes des séquences d’ADN clonée. Le problème était que certaines
séquences récupérées, voir toute, n’était pas des gènes mais des marqueurs
génétiques comme du RFLP ou du SNP. Ces marqueurs ont quand même servis. On
les a utilisés pour trouver des régions chromosomiques responsables de certaines
maladies génétiques comme la mucoviscidose. On appel cela du CLONAGE
POSITIONEL. Mais cette technique de cartographie prend un gène à la fois.
EN 1978, Fred Sanger séquença de nombreux génome. Ce fut très lent mais il
trouva plus de 5400 nucléotides du virus oX174. La génomique devient de plus en
plus importante et a des objectifs ambitieux.
Revenons au trois sous-domaine.
-La génomique structurale. Elle consiste à identifier des gènes et à acquérir des
données de séquences.
-La génomique fonctionnelle : Elle détermine les fonctions biologiques des gènes ou
encore leurs fonctions de régulation et ce qu’elles produisent.
-La génomique comparative : Celle-ci compare les séquences entre génomes. Elle
essaye de comprendre leur lien fonctionnel et évolutif.
Nous allons voir à présent les objectifs de la génomique :
-Déterminer les séquences génomiques des organismes
-Localiser tout les gènes d’un génome. (Quel est leur place ?)
-Annoté l’ensemble des gènes du génome.
-Déterminer leur fonction.
-Voir leur expression génique dans certaines conditions.
-Identifier toute les protéines produites par un génome.
-Comparer les gènes et les protéines entre des organismes pour déterminer leur
parenté évolutive. (arbre généalogique)
Ce qui est souvent lié à la génomique est la protéomique qui est l’étude des
protéines.
Il y a bcp de projet pour la génomique car celle-ci demande souvent la collaboration
de plusieurs labos dans le monde. Le plus connu est le PGH (projet génomique
humain), Il a séquencé plus de 3,2 milliards de paires de bases du génome humain
et à identifier tout ses gènes.
Nous verrons à présent les différentes technologies de génomique.
La méthode hiérarchique ou clone-par-clone qui consiste à assembler un génome en
clonant des séquences et les rassemblant comme un puzzle mais cela est très long.
La technique la plus efficace est la méthode aléatoire. Celle-ci consiste à créer une
banque d’ADN qui sont des fragments pris au hasard dans la séquence puis de les
assembler grâce à un logiciel d’ordinateur. Ce logiciel va, petit à petit, rassembler le
puzzle génomique au complet.
Il y a ensuite l’analyse génomique qui consiste à voir si aucun gène n’a été oublié.
Pour cela, on procède à une vérification des introns et des exons, on confirme
l’identité des gènes grâce au bases de données et on compare les séquences d’ADN
avec les séquences de protéines (pour vérifier que le gène est bien localisé).
Il y a ensuite l’ANNOTATION qui est une identification des gènes, de leur fonction et
de leur séquences de régulation.
Début du code=ATG
Fin du code= TAA, TAG ou TGA
On a découvert 6 cadres de lecture possible.
Souvent la longueur de la séquence détermine le gène. (+ son code)
La Phase ouverte ou le Cadre ouvert de lecture (ORF) est recherché en génomique
et génétique pour voir où le gène commence…
La Génomique fonctionnelle :
-Recherche du gène dans les bases de données (ex : Gen Bank)
- Comparaison de la séquence de l’ORF avec celle d’un gène caractérisé chez un
autre organisme.
-Analyse de l’ORF, on cherche la région de l’ADN qui code certains domaines
Malheureusement pas tous les gènes ont des fonctions connues.
Les génomes bactériens sont souvent beaucoup plus petit que les génomes
humains.
Grâce à la génomique on a pu effectuer des recherches sur le cholera en étudiant
les deux chromosomes de sa bactérie.
La génomique cherche au-delà de ce qu’on peu imaginer et elle soulève des
questions naturelle ou contredit certaines théories… Arnaud
Les génomes eucaryotes :
La taille des génomes eucaryotes est extrêmement variable : de 10Mb environ chez
les champignons à plus de 100 000 Mb chez certaines plantes florales. Si le nombre
de chromosomes par génome fluctue de deux à plusieurs centaines, le nombre des
gènes varie beaucoup moins.
Comparés aux procaryotes, les eucaryotes ont une densité génique relativement plus
faible.
Il y a plusieurs régions dans les génomes eucaryotes :
-densité génique
-Introns (la plupart des gènes humains en contient)
-séquences répétées.
La présence d’introns et l’existence de séquences répétées sont deux causes
majeures de la grande variabilité de taille des génomes eucaryotes. Chez quelques
plantes comme le mais, les séquences répétées sont la caractéristique dominante du
génome.
Il est important de noter que le nombre de gènes n’est pas proportionnel à la
grandeur de l’être vivant.
Génome de l’homme : Le Projet génome humain (PGH)
Le projet génome humain poursuit la tradition de la cartographie génétique démarée
par les généticiens au début du vingtième siècle. Le but de l’analyse mutationnelle
est l’identification et la cartographie de tous les gènes d’un organisme. La
technologie utilisée est la technologie de l’ADN recombinant et le séquençage à la
place de l’analyse mutationnelle. Le PGH a entrepris de séquencer tout l’ADN du
génome humain. Il a donc entrepris d’établir la fonction de tous les gènes.
Ce que démontrent à ce jour les données recueillies pour un grand nombre
d’organismes, c’est que les humains et toutes les autres espèces partagent un lot de
gènes communs, confirmant que tous les organismes vivants sont issus d’un ancêtre
commun. Par exemple, il apparaît que les hommes et les chimpanzés ont eu un
dernier ancêtre commun il y a 6 millions d’années environ ; depuis , les deux
génomes ont évolué séparément.
Tout cela est aussi utile pour étudier les maladies humaines héréditaires.
Beaucoup de programmes génétiques ont été développés. Les projets génomiques
sont de plus en plus nombreux ; ils sont en cours ou achevés pour des centaines
d’espèces de procaryotes et d’eucaryotes.
Principales caractéristiques du génome humain :
-Le génomes humain contient plus de 3 milliards de paires de bases mais les
séquences codantes ne représentent que 5% du génome environ.
- Au moins 50% du génome provient d’éléments transposables.
-Le génomes humain contient entre 25000 et 30000 gènes.
- Plus de 40% des gènes identifiés n’ont pas de fonction moléculaire connue.
- Les gènes ne sont pas uniformément distribués sur les 24 chromosomes humains.
Le chromosome 19 a la plus forte densité génique et les chromosomes 13 et Y ont la
plus faible densité génique.
- Les gènes humains sont plus grands et contiennent des introns plus nombreux et
plus grands que les gènes des génomes des invertébrés.
- Le nombre d’introns dans les gènes humains est compris entre 0 et 234.
L’organisation chromosomique des gènes humains :
L’organisation des gènes sur les bras longs des chromosomes 21 et 22 humains
révèle quelques caractéristiques intéressantes de l’architecture génétique des
chromosomes de l’homme. Les gènes de ces chromosomes ne sont uniformément
répartis. Sur le chromosome 21, la région du bras long proche du centromère est
pauvre en gènes. La région du bras long proche du télomère a une densité génique
bien plus grande. Plusieurs régions du chromosome 21 sont presque dépourvus de
gènes. Le chromosome 22 a une région dépourvues de gène. Cette distribution rend
compte du fait que la plupart du génome humain ne contient pas de gènes. En outre,
les deux chromosomes 21 et 22 contiennent des régions dupliquées.
Génomique comparative :
La génomique comparative est un nouveau domaine de la biologie qui compare
directement l’information génétique de deux organismes. La génomique comparative
identifie les différences et les similarités génétiques entre les organismes, pour
déterminer comment ces différences contribuent aux changements de phénotype ou
de cycle biologique, par exemple, et pour établir l’histoire évolutive de ces
modifications génétiques.
Toutes ces méthodes sur les génomes ont permis de grandes avancées en matière
de recherche, de traitement de maladies et de beaucoup d’autres choses.
Uriah