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Ce thème commence en force ! Honnêtement, combien d'entre vous en lisant le premier mot (pour la première fois hein, après votre cours de bio, ça ne compte pas ) se sont dit : "Je sais de quoi ça parle !" ? Alors, nous allons d'abord commencer par comprendre ce qu'est un phénotype.

1) Démystifions le phénotype

Pour cela, il est nécessaire d'aller dans l'infiniment petit (ADN) pour arriver au (presque) infiniment grand (nous). L'ADN (Acide Désoxyribonucléique) est une molécule microscopique contenant l'information génétique. Elle est formée de deux très longs brins qui s'enroulent en double hélice. Ces brins sont eux-même formés par des nucléotides. Il faut voir les nucléotides comme des pièces de légo servant à construire la tour qu'est l'ADN. Chaque nucléotide contient :

• un sucre
• un groupement de phosphates
• un base azotée

Mais il existe quatre bases azotées différentes... et donc quatres nucléotides différents. Il vous faudra malheureusement les apprendre par coeur : Adénine (A), Thymine (T), Cytosine (C) et Guanine (G) dans l'ADN. Vous avez bien compris, vous êtes sûrs ?

Alors si je vous demande la définition d'une "base azotée" ? Ne cherchez pas une définition sur Internet ! Le correcteur attend que vous lui répondiez que "c'est une molécule entrant dans la composition de l'ADN et permettant de différencier les nucléotides entre eux.", puis que vous lui citiez les 4 bases azotées différentes, rien de plus ! Souvent en science, définir quelque chose, c'est donner sa fonction ! Il vous suffit donc souvent de comprendre pour savoir votre cours !

Les nucléotides sont donc différentiables par leurs bases azotées et présents sur les 2 brins parallèles de l'ADN. Les liaisons entre les 2 brins existent grâce aux bases azotées complémentaires (A avec T et C avec G).

Mais, à quoi servent donc les nucléotides? Un groupe de trois nucléotides permet de coder un acide aminé. Il existe 20 acides aminés qui sont utilisés dans la fabrication des protéines. Un triplet de nucléotide, aussi appelé codon, est toujours associé à la fabrication du MÊME acide aminé dans TOUTES les espèces. Le code génétique est donc universel. Toutefois, le même acide aminé peut être codé par plusieurs codons ! On parle alors de code génétique redondant. D'ailleurs, si vous faites le calcul, en sachant qu'un codon contient 3 nucléotides parmi 4 nucléotides possibles et que l'ordre compte, vous saurez qu'il existe 64 codons différents... Donnant seulement 20 acides aminés.

Une succession (ou polymère) d'acides aminés est une protéine. Il y a plusieurs milliers de combinaisons formant des protéines différentes car l'ordre et le nombre des acides aminés comptent. Ils forment la séquence ou structure primaire de la protéine. En effet, la séquence d'acides aminés détermine l'agencement spatial (ce n'est rien de plus que la forme ) et donc la fonction de la protéine. La succession de codons et d'acides aminés associés est codée jusqu'au codon-stop qui marque la fin de la séquence déterminant la fabrication de la protéine et ne correspond à aucun acide aminé. Cela veut dire qu'une protéine est la succession de nucléotides entre deux codons-stop successifs. Comme pour les acides aminés, plusieurs combinaisons (3 exactement) de bazes azotés peuvent donner un codon-stop.

Le fragment d'ADN qui contient l'information nécessaire pour la synthèse d'une protéine est appelé un gène. Chaque gène a une position précise ou locus au sein de l'ADN. L'ADN est donc une succession de gènes, l'ensemble des gènes d'un individu formant son génotype. Par contre, la séquence des nucléotides d'un gène donné peut varier d'un gène à l'autre. Les différentes variantes d'un même gène s'appellent des allèles. Certaines modifications passeront inaperçues, d'autres pourront empêcher la formation de la bonne protéine, ce qui modifira le fonctionnement de la cellule concernée, etc. 

La couleur des yeux, de la peau, la taille des organes, TOUT est géré par les gènes via la fabrication des protéines nécessaires. Ce TOUT, justement, est l'ensemble des caractéristiques OBSERVABLES de l'individu appelé le phénotype. Mais attention, quand je dis TOUT, c'est vraiment TOUT... de la circulation sanguine ralentie à la forme des globules rouges et jusqu'aux molécules elles-même  !

2) Des protéines au corps humain, l'expression d'un phénotype alternatif

Aussi, pour voir comment les gènes créent notre corps (ou plutôt pour effleurer ce sujet ), il est de coutume de prendre l'exemple de la drépanocytose. C'est une des maladies héréditaires les plus fréquentes au monde qui touche particulièrement les populations d'origine africaine. Nous allons donc faire dans l'originalité et prendre aussi le cas de cette maladie.  

Nous allons également aller du plus petit au plus grand. La plus petite échelle que nous allons étudier est l'échelle moléculaire. Mais, avant tout, j'ai encore un petit briefing vocabulaire à vous faire. Une succession d'acides aminés est une protéine... ou un oligopeptide s'il y a moins de 10 acides aminés et un polypeptide s'il y en a plus de 10. Si je dis peptide, polypeptide ou oligopeptide, vous devez donc penser : "succession d'acides aminés !".

À l'échelle moléculaire, l'hémoglobine d'un individu sain et d'un individu drépanocytaire diffèrent. L'hémoglobine est une molécule chargée de transporter l'oxygène et le dioxyde de carbone dans le corps. Elle donne au sang sa couleur rouge et est formée de quatre chaînes polypeptiques : deux `alpha` et deux `beta` . Chacune de ses chaînes protéiques est associée à un groupement non protéique appelé "hème" contenant un atome de fer impliqué dans le transport d'oxygène. L'hémoglobine drépanocytaire notée HbS et l'hémoglobine normale notée HbA diffèrent seulement d'un seul acide aminé (soit un seul triplet de nucléotides) sur le gène correspondant ! Une broutille ? Que nenni ! C'est l'acide aminé en 6ème position sur la chaîne `beta` !

Et alors ?...

L'acide glutamique a été remplacé par la valine. Alors que l'HbA est soluble dans le cytoplasme des globules rouges (= hématies), l'HbS tend à être insoluble dès qu'elle pert la molécule d'oxygène, et les molécules d'HbS se collent alors les unes aux autres...

... entraînant des modifications au niveau des hématies. Ces dernières sont en effet rigides, fibreuses et en forme de faucille au lieu d'avoir la forme d'une lentille à bord épais et d'être souple. (Au fait, on est passé à l'échelle suivante : l'échelle cellulaire !) Vous vous en doutez, interdiction de mettre sur votre copie que les hématies ressemblent à des lentilles, vous direz plutôt qu'elles sont "biconcaves" . La forme en faucille rend les hématies plus fragiles et plus cassantes. De plus, elles restent coincées dans les capillaires (qui sont les petits vaisseaux sanguins)...

... ce qui les empêchent de bien irriguer tout les organes. Etant plus fragiles, les hématies sont détruites plus facilement. L'individu drépanocytaire a donc un taux d'hémoglobine faible : il est victime d'anémie (d'ailleurs, le nom de jeune fille de la drépanocytose est l'anémie falciforme !). Voici quelques autres symptômes associés à cette erreur infime donnant l'HbS :

• fatigue anormale, essouflement très rapide, vertiges
• douleurs articulaires à cause des hématies coincées dans les capillaires
• troubles de la circulation sanguine tels que ralentissement, etc.
• tromboses (caillots de sang ou agglomérats de sang qui bloquent la circulation sanguine)
• augmentation du volume de la rate
• infection pulmonaire

Nous sommes à présent, depuis les derniers points de suspension, en train d'étudier le phénotype à l'échelle du corps humain. On parle d'échelle macroscopique... Et ce chapitre est déjà fini !

3) Modification médicale du génotype

Les génotypes alternatifs surviennent naturellement lorsque les deux gamètes se rencontrent, mettent en commun leurs patrimoines génétiques et que l'un ou les deux contiennent des erreurs.

La recherche médicale cherche à pouvoir remplacer les gènes déficients grâce à une technique appelée la transgénèse ou technique de l'ADN recombinant. Pour l'instant, cette dernière est surtout utilisée pour produire des médicaments, rendre des plantes plus résistantes à certains insectes... Disons le tout de suite, l'utilisation de cette pratique scientifique fait des vagues, notamment par le biais du débat sur les OGMs !

La transgénèse est le transfert du gène d'un organisme donneur à un organisme receveur... modifiant ainsi ce dernier. Il existe deux types de transgénèses : transgénèse intraspécifique (les deux individus sont de la même espèce) et transgénèse interspécifique (les deux individus sont d'espèces différentes). Grâce à l'universalité du code génétique, l'individu receveur fabriquera la protéine tel que le faisait l'organisme donneur.  Des bactéries peuvent donc produire de l'hormone de croissance ou de l'insuline humaine...

...et la voie de la thérapie génique s'ouvre (potentiellement) ! Un allèle non muté pourrait alors être introduit dans une cellule humaine contenant un allèle muté et lui permettre de produire la molécule adéquate. À noter, l'allèle introduit ne remplace pas l'"ancien" gène, il co-existe avec lui! Pour amener l'allèle jusqu'à la cellule, on utilise un virus rendu inoffensif ou un liposome (une goutte de lipide, autrement dit, de gras). Mais, soyons clairs sur ce point, les problèmes éthiques posés par la possibilité de modifier le génome humain sont pléthore !

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