Chapitre 5 : L’ADN est un objet des...

Thème 4 :Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l’information génétique

Chapitre 5 : L’ADN est un objet des biotechnologies Activité Elève

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Chapitre 5 : L’ADN est un objet des biotechnologies

La manipulation de l'ADN est rendue possible par diverses techniques et a trouvé de multiples

utilisations dans de nombreux domaines. Voici les exemples parmi les plus répandus :les

industries pharmaceutiques, agro-alimentaires, la médecine légale et la médecine clinique.

Activité 1 : Les OGM :organismes génétiquement modifiés

Les biotechnologies sont fondées sur la manipulation de l’ADN, elles permettent :

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L’ensemble des techniques de manipulations de l’ADN in vitro est appelé «génie génétique»

Définitions : Associer chaque terme à sa définition.

Biotechnologies Organisme (animal, végétal, bactérie) dont on a modifié le matériel

génétique (ensemble de gènes) par une technique dite de "génie

génétique" pour lui conférer une caractéristique nouvelle.

Transgénèse Technique qui consiste à isoler un fragment d'ADN et à le multiplier

à l'identique en l'« insérant » dans une molécule d'ADN

« porteuse » appelée vecteur.

OGM (organisme génétiquement

modifié)

Regroupe les techniques permettant de manipuler l’ADN, de

modifier le patrimoine génétique et de construire des OGM.

ADN recombinant ensemble des techniques qui utilisent des organismes vivants

(bactéries, champignons ou cellules animales et végétales), afin de

produire de nouveaux produits utiles à l’Homme.

Génie génétique opération de transfert dans le patrimoine génétique d'un individu

d'un gène qui lui est étranger.

Clonage d’un gène Molécule d’ADN dans laquelle on a inséré des séquences

nucléotidiques issues d’un autre organisme.

Connaissances Capacités

Le patrimoine génétique d’un organisme peut être modifié afin de conférer à cet organisme de nouvelles potentialités.

Exploiter des ressources documentaires pour : - identifier des domaines de production faisant intervenir des organismes génétiquement modifiés ;



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Document 1 : Clonage d’un gène et domaines d’application de l’OGM ainsi obtenu

A l’aide du document 1, compléter le tableau ci-dessous en indiquant les quatre domaines différents

d’applications d’utilisation des OGM, ce qui a été réalisé ou ce qui est envisagé.

Domaines d’application des OGM Réalisation

Maïs

génétiquement

modifié

Applications des OGM obtenus



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Activité 2 : Une application des OGM : la production de médicaments

Document 1 : Production d’insuline humaine par une bactérie transgénique

« L'insuline fut la première protéine à être synthétisée grâce à un OGM. Cette insuline humaine d'origine

transgénique a remplacé dès le début des années 1980 celle extraite d'animaux (bœuf et porc). Le traitement

du diabète a ainsi pu être grandement amélioré et permet à l'heure actuelle d'éviter chez certains patients les

multiples injections quotidiennes d'insuline.»

Document 2 : Production de médicaments par différents OGM

En règle générale, les médicaments sont produits chimiquement. Mais certaines molécules, les protéines, sont

trop complexes pour être synthétisées par cette voie. (...).

Aujourd'hui, les bactéries OGM produisent des insulines et des hormones de croissance. En termes

d'approvisionnement comme de sécurité sanitaire, les avantages de ces micro-organismes sont indéniables.

Une cuve de 500 litres de bactéries Escherichia coli remplacerait ainsi 35 000 donneurs humains ! Mais ce

mode de production souffre de quelques défauts. En particulier, (...) ces bactéries contiennent des facteurs

capables de déclencher des fièvres, qu'il faut éliminer par des méthodes de purification coûteuses.

Les levures, en revanche, ne présentent pas ces défauts. (...) L'industrie pharmaceutique modifie donc des

levures - la classique levure de boulanger- pour produire un vaccin contre l'hépatite B. Mais là encore, la

technique n'est pas apte à produire n'importe quelle molécule, la structure en 3D de la molécule

recombinante n'est pas toujours identique à celle de la protéine naturelle, ce qui induit un risque de rejet ou

de moindre efficacité.

(...) Dans les laboratoires, des mammifères - lapins, brebis... - génétiquement modifiés commencent ainsi à

produire des médicaments. On récupère alors les molécules dans leur lait. L'efficacité thérapeutique de

molécules ainsi produites est en cours d'évaluation sur l'homme.


Le patrimoine génétique d’un organisme peut être modifié afin de conférer à cet organisme de nouvelles potentialités.

Exploiter des ressources documentaires pour : - identifier des domaines de production faisant intervenir des organismes génétiquement modifiés ; - identifier la potentialité recherchée par une modification génétique et les éventuels risques associés.



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(...) L'utilisation de plantes génétiquement modifiées dans un but thérapeutique n'en est encore qu'au stade

expérimental. (...) Différents modes de production sont envisagés : en plein champ ou en laboratoire. Dans le

premier cas, (..) le prix de revient est alors minime. Mais il faut mesurer les risques de dissémination dans

l'environnement, aussi ceux pour la santé humaine. (...) Le second mode de production, en laboratoire, écarte

ce risque puisque ce sont des cellules cultivées in vitro ou dans des fermenteurs (...). Mais dans ce cas le coût

augmente. (...)

A plus long terme, les chercheurs tentent de fabriquer des vaccins dans des plantes comestibles (...).Ces «

vaccins à croquer » pourraient être délivrés par voie orale, ce qui éliminerait le matériel d'injection.

Source : Savoirs en Essonne

Questions :

1. D’après le texte du document 1, expliquer l'avantage de l'utilisation d'OGM par rapport à l'extraction à partir

d'animaux.

2. Rechercher dans le texte du document 2 une explication à l’intérêt de faire appel à des OGM pour produire

des médicaments.

3. Retrouver à l’aide du document 2quels OGM sont actuellement utilisés pour la production de médicaments

en vente sur le marché.Citer des exemples de médicaments produits par des OGM.

4. Indiquer quels autres OGM sont envisagés pour la production de médicaments. Citer des exemples

d’applications thérapeutiques.

5.Compléter le tableau suivant.

OGM utilisé Exemple de production

Mise sur le marché

Avantage Inconvénient



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Activité 3: L’identification par les empreintes génétiques

Donnée : Vidéo « Un expert en empreinte génétique »

https://www.youtube.com/watch?v=7bD7hCv7gAE

Document 1 : Réalisation d’empreintes génétiques

Une empreinte génétique ressemble à un code barres: une alternance de bandes. Ces bandes correspondent à

des fragments d'ADN de longueurs différentes. Après prélèvement d’ADN, celui-ci est amplifié puis découpé

avec des enzymes. Les différents fragments découpés sont séparés après migration dans un gel. Un fragment

court migre plus loin qu'un fragment long, et puisque selon les individus, la taille des fragments d'ADN varie,

cela permet d'identifier l'origine de l'ADN prélevé sur un individu. La comparaison des fragments à partir

d’échantillons indiquera l'éventuelle parenté entre les ADN analysés.


L’analyse de l’ADN permet d’identifier un individu et d’établir sa filiation.

Exploiter des ressources documentaires pour : - comparer des empreintes génétiques.

https://www.youtube.com/watch?v=7bD7hCv7gAE



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Document 2 : Comparaison d’empreintes génétiques

1. Comparer les empreintes génétiques du document 2. Indiquer les filiations.

Document 3 : Authentification du cœur de Louis-Charles de France

Cette technique de réalisation d’empreinte génétique est aussi bien utilisée pour identifier un individu

que pour révéler l'éventuelle parenté et son degré entre deux individus comme ce fut le cas lors de l'analyse

ADN de Louis XVII, fils présumé de Marie-Antoinette.

Les circonstances de la mort de l'héritier de Louis XVI ont laissé courir de nombreuses rumeurs sur son

évasion et ouvert la voie à plusieurs impostures. Des analyses génétiques par comparaison d'ADN

mitochondrial, pratiquées par les équipes de l'université de Louvain et de Muenster, sur le cœur du présumé

Louis XVII et des cheveux de Marie-Antoinette, ont démontré en 2000 qu'il appartient bien à un enfant

apparenté à cette dernière, en ligne féminine.

2. Expliquer pourquoi il a fallu un échantillon de cheveux de Marie-Antoinette pour réaliser l'analyse.



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Activité 4 : Similitude entre un individu sain et un individu atteint de béta-thalassémie

L’hémoglobine adulte (HbA) est formée de quatre sous-unités, deux chaînes protéiques alpha et deux bêta. On

connaît de nombreux allèles différents du gène codant la chaîne « béta » de l'hémoglobine. Certains allèles

sont responsables de graves anémies appelées thalassémies. Les thalassémies sont des maladies génétiques

atteignant la production de l'hémoglobine.

Les bêta thalassémies se caractérisent par l'absence de la chaîne β de l'hémoglobine.

Document 1: Séquence de nucléotides du gène codant la globine et séquence d’acides aminés

séquence de nucléotides de l’ARNm du gène séquence d’acides aminés de la -globine

1 AUG GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG 1 Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-

25 AAG UCU GCC GUU ACU GCC CUG UGG 9 Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Trp-

49 GGC AAG GUG AAC GUG GAU GAA GUU 17 Gly-Lys-Val-Asn-Val-D-Glu-Val-

73 GGU GGUGAGGCCCUG GGC AGG CUG 25 Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-R-Leu-

97 CUG GUG GUC UAC CCU UGGACCCAG 33 Leu-Val-Val-Tyr-Pro-Trp-Thr-Gln-

121 AGG UUC UUU GAG UCC UUU GGGGAU 41 Arg-Phe-Phe-Glu-Ser-Phe-Gln-Asp-

145 CUG UCC ACU CCU GAU GCU GUU AUG 49 Leu-Ser-Thr-Pro-Asp-Ala-Val-Met-

169 GGCAAC CCU AAG GUGAAG GCU CAU 57 Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-

Document 2 : Tableau présentant l’origine génétique de 3 béta-thalassémies

Thalassémie ADN Polypeptide

Position de la mutation

dans la séquence nucléotidique

Nature de la mutation

Position dans la séquence protéique

Changements dans le polypeptide

Tha3 47 Substitution :

G A

Tha6 51 Délétion de C

Tha7 28 Insertion de C


L’analyse de l’ADN permet d’identifier un individu et d’établir sa filiation.

Exploiter des ressources documentaires pour : - déterminer le pourcentage de similitude entre deux individus ;



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Document 3 : Code génétique

Questions : 1. Localiser à l’aide du document 2, les mutations nucléotidiques des 3 types de thalassémies sur les séquences

en nucléotides du document 1.

2. Sachant que le gène « normal » comporte 444 nucléotides, calculer le pourcentage de similitude entre un

individu sain et un individu atteint de thalassémie « 3 ».

3. Utiliser le code génétique du document 3 pour prévoir la ou les conséquences des mutations des séquences

nucléotidiques sur la séquence du polypeptide « chaine béta » et compléter le tableau du document 2.

Codon stop



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Activité 5 : La thérapie génique pour soigner les maladies génétiques

Document 1 : La stratégie de thérapie génique (dossier de presse INSERM modifié)

La thérapie génique est une stratégie thérapeutique qui consiste à faire pénétrer des gènes dans les cellules d'un individu

pour traiter une maladie liée à une mutation génétique. Du matériel génétique est transféré dans les cellules d’un malade

pour corriger l’absence ou la déficience d’un ou de plusieurs gènes qui provoque une maladie. Les gènes correcteurs sont

insérés dans des vecteurs, principalement viraux, qui vont permettre leur transfert au sein de l’ADN de la cellule hôte

après traitement.

La thérapie génique est encore en phase de recherche clinique. Il y a actuellement 50 essais autorisés en France. La

majorité des essais cliniques (85%) a pour objectif le traitement du cancer (notamment cancers du sein, du poumon).

Malgré les nombreux essais cliniques qui ont été mis en place depuis bientôt dix ans, peu de succès thérapeutiques ont

été enregistrés jusqu’à présent. Il faut noter les résultats positifs obtenus dans le traitement du déficit immunitaire

combiné sévère lié au chromosome X.

Document 2 : Principe de la thérapie génique

Questions :

1. Présenter le but de la thérapie génique.

2. Citer les effets indésirables observés dans les essais de thérapie génique.


Des recherches en thérapie génique explorent des pistes pour soigner les maladies génétiques.

Exploiter des ressources documentaires pour : - expliquer la stratégie mise en œuvre dans une thérapie génique; - distinguer, pour une thérapie génique donnée, ce qui est en cours de réalisation de ce qui est prospectif.



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RECAPITULATIF Définitions Biotechnologies : Ensemble des techniques qui utilisent des organismes vivants afin de produire de nouveaux produits utiles à l’Homme.

Génie génétique : Regroupe les techniques permettant de manipuler l’ADN, de modifier le patrimoine génétique et de construire des OGM. OGM : Organisme (animal, végétal, bactérie) dont on a modifié le matériel génétique par une technique dite de "génie génétique" pour lui conférer une caractéristique nouvelle.

Les domaines d’application des OGM

La thérapie génique

La thérapie génique est une stratégie thérapeutique qui consiste à faire pénétrer des gènes dans les cellules ou les tissus d'un

individu pour traiter une maladie.

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