Qu'est-ce que l'ADN ?

La molécule d’ADN

Derrière l’ADN se cache un nom un peu barbare : “Acide DésoxyriboNucléique”, qui est la signification de l’ADN. Cette molécule est présente dans tous les êtres vivants (même les plantes) et contient le patrimoine génétique de l’espèce. Elle est unique d’un individu à un autre et elle est d’ailleurs responsable de la diversité génétique des êtres vivants.

Ce code génétique contient toutes les informations définissant notre apparence : la couleur de nos cheveux, de nos yeux, la forme de notre visage, notre taille… mais également les informations nécessaires au bon fonctionnement de notre organisme. Bref, nos caractéristiques sont définies par notre ADN.

L’ADN est une composante de nos cellules : chacune de nos cellules (plus de 30 000 milliards chez l’Homme) contiennent des molécules d’ADN et sont strictement identiques d’une cellule à une autre.

Si nous devions dérouler notre ADN afin d’obtenir une corde, sa taille mesurerait pas loin de 2 mètres de long! Et si nous collions toutes ces cordes (pour chacune des cellules), on pourrait faire des allers-retours terre/lune sans aucun souci.

L’apparence de l’ADN

L’ADN est structuré de deux brins qui s’enroulent pour former une hélice. Ces deux brins sont reliés par des “bâtonnets” et forment ainsi une sorte d’échelle. Une cellule humaine mesure quelques micromètres et l’ADN fait partie des molécules de la cellule.

ADN

Une cellule a une taille vraiment petite, à l’exception du jaune d’oeuf… En effet, un jaune d’oeuf est une et une seule cellule à part entière. Surprenant, non?

De la cellule à l’ADN

  1. Une cellule contient un génome, l’intégralité du patrimoine génétique d’une espèce vivante. Ce génome est présent au sein du noyau de la cellule.
  2. Si nous zoomons sur un génome, nous allons apercevoir un ou des chromosomes (en fonction de l’espèce). L’Homme possède au total 46 chromosomes répartis en 23 paires (les chromosomes sont par deux). Nous avons 22 paires d’autosomes numérotés de 1 à 22 et la paire 23 correspond aux chromosomes sexuels, X et Y. La femme possède deux chromosomes X (XX) et l’homme possède un chromosome X et un chromosome Y (XY).
  3. Un chromosome possède une molécule d’ADN. Ce brin d’ADN est segmenté en plusieurs gènes (~22 000 chez l’Homme), permettant de coder des protéines.
  4. Un gène est un fragment d’une molécule d’ADN. Un zoom sur un gène nous permettrait d’apercevoir la structure de l’ADN qui le compose : une succession de bases azotées (bâtonnets colorés sur le schéma).

Un petit schéma très bien fait va nous permettre d’y voir un peu plus clair :

Génome William Crochot

Vous êtes toujours là j’espère? Nous avons encore plein de choses à voir exceptionnellement fascinantes! Poursuivons notre voyage :)

La composition de l’ADN

L’ADN est composé d’une suite d’éléments qui sont appelés nucléotides et qui sont emboités comme des legos. Tout à l’heure j’ai parlé de base azotée… une base azotée est un composant clé des nucléotides et c’est en enchainant des bases azotées qu’il est possible de coder une protéine.

Il existe au total 4 bases azotées différentes :

  • L’adénime => A
  • La thymine => T
  • La Cytosine => C
  • La Guanine => G

Pour former un “bâtonnet”, il faut assembler deux nucléotides complémentaires et nous obtenons une séquence. Les “bâtonnets” dont je vous parle depuis le début sont donc des séquences, un ensemble de deux nucléotides.

Les bases azotées ne peuvent pas s’assembler avec n’importe quelle autre base azotée, elles doivent en effet être complémentaires :

  • A <=> T
  • C <=> G

Zoom ADN Désolé pour la qualité du schéma…

Nous pouvons constater sur le schéma qu’un nucléotide n’est pas composé uniquement d’une base azotée. En effet, pour que cette base azotée puisse tenir à son brin d’ADN, un sucre (ou désoxyribose) ainsi qu’un phosphate sont nécessaires.

Zoom ADN

Pour résumé, un gène n’est rien d’autre qu’un enchainement de nucléotides permettant de coder une protéine. Par exemple:

La réplication et la mutation génétique

Une réplication constante

Durant la vie d’un individu, les cellules sont amenées à être répliquées puis se divisent en deux cellules filles équivalentes. Cette réplication cellulaire est nécessaire à la croissance, la formation de l’organisme et également au renouvellement des cellules à la suite d’une mort naturelle ou programmée. Chez l’Homme, des millions de cellules par seconde sont répliquées. Cette réplication cellulaire est appelée le cycle cellulaire.

Durant le processus de réplication, l’ADN est copié à l’identique afin d’obtenir deux cellules strictement identiques.

Parfois, il y a mutation

Le processus de réplication cellulaire peut entrainer une mutation, c’est-à-dire le remplacement, la perte ou l’ajout d’un nucléotique au sein de l’ADN :

AT CG TA GC => AT CC TA GC

Cette mutation génétique peut être produite lors d’une erreur de réplication de la cellule ou être provoquée par des agents mutagènes tels que les rayons X ou la radioactivité.

La mutation d’un gène peut potentiellement être néfaste pour l’organisme. En effet, la modification d’un gène à la suite d’une mutation peut coder une protéine différente, ou même arrêter la production de la protéine. La modification ou l’arrêt d’une protéine peut faire suite à l’apparition d’un cancer ou d’une maladie rare.

Il peut arriver qu’une mutation n’entraine pas la modification de la protéine produite, on va alors parler d’une mutation silencieuse.

Les mutations des gènes sont à l’origine de l’évolution de l’espèce et de la biodiversité. Si cette mutation génétique est transmise à la génération suivante, elle est dite mutation héréditaire.

Evolution

Les gènes de l’être humain présentent des différences d’une population à une autre. Ces différences sont dues à la suite d’une mutation génétique au cours des générations humaines, permettant ainsi d’adapter l’être humain à son environnement et à devenir plus résistant.

Face au SIDA, des inégalités dans le monde existent à la suite d’une mutation génétique. Une mutation génétique a fait suite à la modification du fonctionnement d’un récepteur surnommé CCR5. Plusieurs formes du virus VIH utilisent ce récepteur pour pénétrer les cellules humaines et ainsi mettre en péril notre organisme. La modification de ce récepteur permet ainsi de réduire le risque d’attraper le VIH ou de le transmettre à une personne.

Le virus du SIDA

Le virus du SIDA (Syndrome d’ImmunoDéficience Humaine) est composé de deux brins d’ARN avec un peu moins de 10 000 nucléotides (pour 1 brin). Il fait partie de la famille des lentivirus, c’est-à-dire qu’il a la capacité de tuer les cellules qu’ils infectent.

Le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine) est le virus qui peut déclencher la maladie nommée SIDA. Une personne atteinte du VIH est dite séropositive, cela ne veut pas forcément dire qu’elle est atteinte du SIDA. L’infection par le VIH peut rester invisible durant de nombreuses années sans avoir le moindre symptôme. En revanche, dès la contamination, la maladie du VIH est transmissible mais n’est pas contagieuse (la différence est importante).

Le SIDA vient littéralement écrouler le système immunitaire, un système biologique permettant de reconnaître un virus et de mettre en place les défenses nécessaires pour l’élimination de ce dernier. Pour ce faire, le virus vient prendre le contrôle du gène responsable de la production de la protéine CD4. Il endommage le gène et va finir par le détruire, provoquant l’arrêt de la production de la protéine. Le virus entre dans une cellule cible et l’infecte en lui injectant son patrimoine génétique.

  1. Primo-infection : le virus envahit progressivement l’organisme contaminé jusqu’à une prise de contrôle globale. Cette colonisation est très rapide et la quantité de protéines CD4 chute brutalement. Des symptômes peuvent apparaître comme un mal de tête, de la fièvre, une grande fatigue… Après quelques semaines, le système immunitaire commence à réagir contre le virus en produisant des anticorps et la maladie recule. La quantité de protéines CD4 augmente à nouveau et le système immunitaire reprend le dessus.

  2. La phase asymptomatique : une longue guerre débute entre le virus et le système immunitaire. Le système immunitaire produit des anticorps afin de lutter contre le virus alors que le virus vient détruire les protéines permettant de lutter contre les virus… malheureusement le virus va prendre peu à peu le dessus en détruisant les productions de CD4.

  3. La phase SIDA (phase terminale) : la quantité de protéines CD4 s’effondre et c’est l’intégralité du système immunitaire qui s’écroule. La charge virale devient extrêmement importante, mais ce n’est pas ça qui tue : c’est l’absence du système immunitaire, obligatoire pour survivre. L’organisme est fragilisé et extrêmement sensible aux agressions extérieures. A ce stade, une simple grippe peut nous rendre très malade voire tuer.

Avec les derniers traitements, il est tout à fait possible de vivre avec le virus du VIH et rester en bonne santé. Ces traitements sont dits “traitements antirétroviraux” ou ARV. L’objectif de ces traitements est de bloquer le processus de réplication du virus et de limiter ainsi le nombre de cellules infectées. Ils permettent également de renforcer le système immunitaire

Les vrais jumeaux (homozygotes)

Comme dit précédemment, l’ADN est unique d’un individu à un autre. Mais il y a une exception… Les vrais jumeaux (homozygotes) ont exactement le même profil d’ADN. Depuis les années 80, l’ADN est utilisé par la police scientifique afin d’identifier un criminel mais il n’est pas possible de distinguer deux vrais jumeaux par ce moyen.

Sauf que… il existe une méthode génétique qui permet de différencier deux vrais jumeaux : les mutations épigénétiques!

Une mutation dite “épigénétique” est la modification d’une “couche” d’informations complémentaires qui indique comment ces gènes doivent être utilisés par la cellule. Cette modification ne modifie pas les séquences d’ADN, aucun nucléotide n’est donc affecté par ce changement : elle peut activer ou non un gène. Cette “couche” d’informations peut être transmise lors de la réplication cellulaire. Durant la vie d’un individu, des mutations épigénétiques peuvent apparaître en fonction de facteurs environnementaux (la cigarette, l’alcool, le sport…). Cette mutation n’est pas transmissible à ses descendants.

C’est en identifiant des mutations épigénétiques qu’il est possible de différencier deux vrais jumeaux par prélèvement d’ADN. En revanche, cette méthode d’identification est très coûteuse, c’est pourquoi elle est rarement utilisée mais il faut savoir que c’est techniquement possible de différencier des vrais jumeaux.

Human Genom Project (HGP), une mission importante

Le génome humain a une taille d’environ 3,2 milliards de paires de nucléotides répartie sur 23 chromosomes… Le Projet Génome Humain est une mission mise en place par le consortium international et qui a débuté en 1990 dont l’objectif était d’identifier le séquençage complet de l’ADN du génome humain. Une mission complètement folle qui a duré plus de 13 ans à la suite du travail acharné de plus de 1000 scientifiques répartis dans le monde entier. En avril 2003, le génome humain a été couvert à 99% avec une précision de 99.99%, la mission s’est achevée !

Le résultat de cette mission est totalement public et disponible ici. Et vous savez quoi? Vous pouvez même télécharger le fichier contenant le génome humain, un fichier de plus de 3 GigaOctets : ici

Génome humain

Si vous souhaitez explorer le génome humain, je vous conseille ce ticket de Sacha Schutz.

Le génome d’une seule personne ?

Eh non, cela ne serait pas pertinent suite au brassage et aux mutations des gènes durant la vie d’un individu. Le génome humain a été séquencé grâce à plusieurs individus qui ont fait le don de leurs ADN de façon totalement anonyme. Par la suite, ces dons ont été dispersés dans plusieurs laboratoires afin de répartir la charge de travail astronomique, le séquençage du génome.

Conclusion

L’ADN a encore bien des mystères à nous révéler mais la connaissance de l’ADN et de son fonctionnement a fortement progressé durant ces dernières années grâce aux progrès technologiques, et notamment avec les séquenceurs d’ADN. La maîtrise de notre patrimoine génétique nous permettrait à l’avenir de soigner des maladies génétiques, des cancers ou même le SIDA.

La maîtrise et la modification de l’ADN n’ont pas que du positif… il y a en effet des risques de dérives éthiques. Quand je parle de “dérives éthiques”, je pense à la manipulation du génome humain (modification). CRISPR-Cas (ou “ciseaux moléculaires”) est une méthode permettant de modifier le génome de façon ciblée, simple, rapide et abordable. C’est cette méthode qui a été utilisée pour la modification génétique d’embryons humains faisant suite à la naissance de deux jumelles… Nous devons rester vigilants sur ce que pourrait nous apporter la connaissance et la maîtrise du génome humain, qui est à utiliser avec prudence.

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