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PLAN INTRODUCTION I.

SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 1. Expérience de Griffith 2. Expérience d'Avery, Mac Leod et Mac Carthy 3. Expérience de Hershey et Chase

II.

APPLICATIONS

CONCLUSION Références bibliographique

INTRODUCTION La génétique est une partie de la biologie relative à l’hérédité et à la variation. Hérédité est le passage des caractères des individus parentaux à leur descendance. La variabilité est la possibilité qu’a une information génétique transmise d’être modifié par des agents divers (agencement au hasard du patrimoine génétique paternels et maternels et les mutations au sens large). L’information génétique est l’une des bases de cette discipline. Dans cette exposé nous présenterons les différentes expériences ayant abouti à la découverte de l’ADN comme support de l’information génétique et les applications de cette découverte dans différents domaines .

I.

SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

L'histoire de la génétique a commencé avec le travail du frère augustin Gregor Johann Mendel. Son travail sur les plantes de pois, publié en 1866, décrit ce qui est venu à être connu comme mendélienne héritage. Dans les siècles avant et pendant plusieurs décennies après les travaux de Mendel, grande variété de théories de l'hérédité proliféré. La découverte de l’ADN comme support de l’information génétique résulte principalement de trois expériences fondamentales. Il s’agit de l’expérience de Griffith en 1928, de celle de Avery, Mac Leod et Mac Carthy en 1944 et de Hershey et Chase.

1. L'expérience de Griffith C’est une expérience qui n’avait, au départ, rien à voir avec la recherche des facteurs héréditaires qui mettra les biologistes sur la piste de l’ADN.

Le premier phénomène qui allait permettre de progresser dans l'identification du support de l'hérédité est celui de la transformation bactérienne, rapporté en 1928 par l'anglais Fred Griffith (1877 - 1941). Celui-ci travaillait alors au laboratoire de pathologie du ministère de la santé du Royaume Uni. Frederick Griffith travaillait sur Streptococcus pneumoniae, une bactérie pouvant causer une grave méningite et ou une pneumonie mortelle chez l'humain. Griffith décrit deux souches de pneumocoques Diplococcus pneumomiae : la souche R (rough, car lorsque cette souche est cultivée sur milieu de culture artificiel, les colonies obtenues ont un aspect rugueux) et la souche S (smooth, car les colonies ont au contraire un aspect lisse). La souche S doit son aspect à une capsule polysaccharidique qu'elle synthétise autour d'elle. Cette souche est mortelle pour la souris lorsqu'elle lui est injectée. A l'inverse, la souche R ne synthétise pas une telle capsule, et elle n'est pas nocive lorsqu'elle est injectée à une souris. On sait aujourd'hui que cette différence entre les deux souches est due à une mutation, chez la bactérie R, du gène codant l'enzyme responsable de la synthèse de la capsule. Griffith observe tout d'abord que l'injection de bactéries S, si elles ont été préalablement tuées par la chaleur, n'est plus létale pour la souris. Pour une raison qui nous est toujours inconnue, Griffith décide alors d'injecter conjointement des bactéries S chauffées mélangées à des bactéries R vivantes. Cette fois, les souris meurent de septicémie. Les bactéries R, au contact des bactéries S tuées, ont donc acquis un caractère pathogène qu'elles ne possédaient pas précédemment. Ce phénomène a été appelé transformation bactérienne, et il a été par la suite reproduit chez plusieurs autres espèces bactériennes. Il existe en fait plusieurs souches de pneumocoques (types I, II, ou III), discernables grâce à des tests

immunologiques. Lorsque qu'une souche R de type III est injectée avec une souche S de type II inactivée, la bactérie virulente qui est ré-isolée de la souris tuée est toujours du type II. Ce changement est stable et définitif. Ceci suggère donc qu'il existe chez les cellules un "facteur transformant", probablement libéré par la chaleur, susceptible d'être intégré par d'autres bactéries, et qui leur confère de façon héréditaire de nouvelles propriétés génétiques.

Interprétation moderne de l'expérience de Griffith 

Les bactéries S synthétisent une capsule leur permettant de résister au système immunitaire. La capsule est une épaisse enveloppe de polysaccharides qui entoure certaines espèces de bactéries. Cette capsule peut protéger la bactérie contre le système immunitaire de l'organisme qu'elle envahit.



Les R sont dépourvues d'une enzyme essentielle à la synthèse de cette capsule car elles n'ont pas la recette de cette enzyme (en fait elles en ont une, mais une mutation l'a rendue défectueuse).



Les bactéries S ont donné aux R la recette de l'enzyme qui leur manquait. Ainsi, les R pouvant maintenant fabriquer l'enzyme ont pu synthétiser la capsule. Elles sont devenues des bactéries S.

Ce phénomène représentait un test d'activité biologique, grâce auquel on pouvait envisager de déterminer la nature du matériel génétique responsable de la transformation de bactérie du type R en bactérie de type S. Griffith ne sut pas en tirer lui-même avantage, et la nature du "facteur transformant" sera élucidée plus de 10 ans plus tard par Avery et ses collègues.

3. Expérience d'Avery, Mac Leod et Mac Carthy

L'expérience de Avery, MacLeod et MacCarthy est l'adaptation, en 1944, de l' expérience de Griffith. La grande question était de savoir ce qu'était ce quelque chose pouvant passer d'une bactérie à l'autre. Deux hypothèses s'affrontaient. La première, qui faisait presque consensus chez les biologistes, soutenait qu'il devait s'agir de protéines. La seconde, soutenue par une minorité, penchait plutôt pour l'acide désoxyribonucléique ou ADN. La nature biochimique du matériel génétique mis en évidence par Griffith est élucidée en 1944 par les travaux de Oswald Avery, et de ses collègues (Colin McLeod, et McLyn McCarthy), qu'ils mènent à l'Institut Rockfeller de New-York. Ils reprennent les expériences de Griffith sur la transformation bactérienne, et cherchent à purifier le facteur transformant du pneumocoque. Cette caractérisation prendra 10 ans, elle les conduit à montrer que ce facteur n'est autre que l'ADN : en effet, l'ADN extrait d'une souche S suffit à lui seul pour transformer une souche non virulente en souche virulente. La transformation des bactéries R s'effectue par incorporation de fragments d'ADN provenant des bactéries S tuées. On sait aujourd'hui que de tels fragments sont capables de rentrer dans une bactérie vivante, et de s'intégrer au chromosome de celle-ci en lieu et place de la région homologue. L'identification de l'ADN comme principe transformant est à l'époque suffisamment extraordinaire pour nécessiter qu'une telle découverte soit étayée par des arguments indiscutables. Aussi Avery et ses collègues effectuent-ils leurs analyses avec un soin particulièrement méticuleux. Tous les contrôles alors disponibles sont testés : l'absence de protéine dans les préparations est testée par divers réactifs chimiques, leur composition chimique est analysée par des moyens chimiques ou spectrophotométrique. Enfin, l'utilisation d'enzymes montre que le pouvoir transformant réside bien dans l'ADN, puisque la DNAse anéantit ce pouvoir, alors que la RNAse ou des protéinases le laisse intact. Principe

En 1944, Avery, MacLeod et McCarty, modifie l'expérience de Griffith en incubant cette fois les bactéries de la souche rugueux avec différents extraits de cellules de la souche lisse, contenant soit les cellules lysées, soit les protéines soit l'ADN pur. Ils testent par la suite sur boîte de Petri l'apparition de colonie bactérienne ayant le phénotype de la souche lisse. Bien que l'expérience ait montré que la transformation n'apparaissait qu'avec l'ADN pur, il a fallu attendre l'expérience de Hershey et Chase en 1952 pour que l'ensemble de la communauté scientifique accepte cette découverte.

Ils ont repris l'expérience de Griffith avec une légère variante. Les bactéries S mortes étaient broyées (on les brise en morceaux en les passant au blender) et traitées avec une enzyme digestive avant de les mélanger aux R vivantes. Si l'enzyme utilisée était une protéase (enzyme qui digère les protéines), les bactéries R se transformaient quand même en bactéries S virulentes. Si l'enzyme utilisée était une DNase (enzyme qui détruit l'ADN), alors la transformation des R en S ne se faisait pas. La souris survivait.

Avery démontra également que l'ADN purifié extrait des bactéries de type S était suffisant pour induire la transformation des R en S.

3. Expérience de Hershey et Chase

Les expériences de Hershey et Chase sont une série d'expériences menées en 1952 par Alfred Hershey et Martha Chase, confirmant que l'ADN est le support de l'hérédité, après la première démonstration en 1944 par Avery, Mac Leod et Mac Carty. Alors que l'ADN était connu des biologistes depuis 1869, la plupart pensaient à l'époque que les protéines étaient le support physique de l'information génétique.

C’est une étude d’un bactériophage (virus utilisant le métabolisme des bactéries), qui a convaincu le monde scientifique des rapports entre la molécule d’ADN et l’information. En 1952, Hershey et Chase étudient la reproduction du bactériophage T2 dans la bactérie Escherichia coli (qui deviendra le monstre sacré de la génétique moderne). Hershey et Chase vont utiliser une technique qui va désormais se développer rapidement : l’utilisation d’isotopes radioactifs comme traceurs, comme marqueurs, permettant de suivre la destinée de macromolécules. Dans un premier temps, ils cultivent les bactéries (E. coli) sur un milieu contenant du phosphore 32 (32P) et du soufre 35 (35S). Après un certain temps de culture, les éléments constitutifs des bactéries contiennent ces marqueurs. On infecte alors la culture avec une suspension de phages T2, ceux-ci vont réaliser un cycle lytique en utilisant les molécules radioactives de leurs cellules hôtes. La descendance phagique est recueillie et sert à infecter des bactéries «normales» (non radioactives). On sait que, dans la première étape de l’infection, les phages s’adsorbent sur la bactérie et injectent à l’intérieur une molécule informative. Après cette étape d’adsorption, les auteurs agitent violemment la suspension pour décrocher ce qui reste à l’extérieur des bactéries, après centrifugation, on obtient un culot bactérien contenant l’information phagique et un surnageant contenant la capside. Or, le culot contient le 32P et le surnageant le 35S; c’est la démonstration éclatante que l’information génétique du bactériophage, qui pénètre à l’intérieur de la bactérie est de l’ADN et que la capside protéique ne sert que d’emballage. C'est donc l'ADN qui détient l'information génétique .

II.

Domaines d’applications de la génétique

Les connaissances acquises en génétique sont utilisées dans les domaines comme la production végétale et animale. En effet, grâce à la génétique, on fait de l’amélioration des plantes et de l’amélioration des races animales. On procède alors à la création, à la sélection des individus qui intéressent le consommateur, l’agriculture ou l’éleveur. Exemple de plantes améliorées en Côte d’Ivoire : café, cacao, palmier à l’huile, cocotier. Ailleurs dans le monde : blé, riz, mouton, cheval, maïs, etc. Exemples d’espèces animales améliorées en Côte d’Ivoire : poulet, porc, lapin, etc. Ailleurs dans le monde : vache, chèvre, mouton, maïs, etc. On peut citer comme domaine d’application de la génétique : - La médecine : en effet grâce à la connaissance du mode d’action des gènes responsables de certaines affections pathologiques héréditaires, des traitements adéquats ont pu être apportés. Exemple : la drépanocytose (anémie falciforme), thalassémies, etc. - Le génie génétique : c’est une spécialité de la génétique qui s’occupe de transférer artificiellement le matériel génétique c'est-à-dire l’ADN d’une espèce à une autre pour le multiplier ou améliorer l’hérédité de certains individus ou de certaines populations. Cela peut se faire aussi bien chez les plantes que chez les animaux voire même chez l’homme.

CONCLUSION La découverte de l’ADN comme support de l’information génétique a été un tournant décisive dans la science. De nombreuses avancées ont vu le jour suite à sa découverte, elle devient quasiment incontournable de nos jours.

Référence bibliographique

http://www.edu.upmc.fr/sdv/masselot_05001/introduction/materiel.html http://acces.ens-lyon.fr/biotic/genetic/adn/html/histoire.htm https://babel.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/nya/genetique/notesadn/adn2.htm https://fracademic.com/dic.nsf/frwiki/1928434 https://fr.wikipedia.org/wiki/Expériences_de_Hershey_et_Chase

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