GÉNOMIQUE Théorie et applications

L'étude de l'expression de gènes

Depuis les années 1980, les biologistes étudient finement l'expression de certains gènes qu'ils ont pu identifier. Cette approche artisanale va s'amplifier et venir compléter la nécessaire description systématique des gènes des organismes vivants.

Les séquences de gènes identifiés peuvent être utilisées comme des sondes moléculaires pour déterminer à quelles périodes de la vie de l'organisme et dans quels organes ces gènes sont exprimés. Cette approche systématique est devenue nécessaire. Un nombre croissant de gènes dont les fonctions étaient totalement inconnues deviendra disponible. Il reste à établir les patrons d'expression de tous ces gènes pour tenter de définir leur rôle. En pratique, l'opération consiste à évaluer systématiquement dans quels types cellulaires sont exprimés les 25 000 gènes humains par exemple. Le patron d'expression d'un génome est appelé le transcriptome. Les outils essentiels utilisés pour mesurer l'expression simultanée d'un grand nombre de gènes sont des puces à ADN (cf. génie génétique).

De la même manière, des électrophorèses bidimensionnelles permettent désormais d'identifier systématiquement les protéines présentes dans un tissu donné. Il existe également des puces à protéines semblables dans leur principe aux puces à ADN. La présence d'une protéine dans un extrait cellulaire est révélée par la mise en contact de l'extrait avec des plaques sur lesquelles sont fixées des molécules très variées capables de se lier de manière spécifique à des protéines. L'ensemble des protéines synthétisées par un organisme vivant est nommé protéome, par analogie avec le génome et le transcriptome. Les données obtenues nécessiteront également un traitement informatique. Cela est d'autant plus vrai que les gènes de différents organismes vivants dérivent les uns des autres. Il peut être ainsi très fructueux de comparer l'expression de deux gènes présentant des homologies de séquence et trouvés l'un chez la levure et l'autre chez l'homme. Une utilisation systématique de la transgenèse va également être nécessaire, par exemple l'introduction dans des souris des fragments contigus des chromosomes humains pour évaluer les effets des gènes qu'ils contiennent.

La description systématique des différentes molécules du métabolisme des organismes, appelée métabolome, est également en cours.

En moins de vingt ans, l'étude des organismes vivants est ainsi passée d'une description partielle au cas par cas à un inventaire systématique des molécules et des variations de leur concentration. La recherche en biologie consiste de plus en plus à analyser un nombre considérable d'informations avec l'ambition d'intégrer ces informations pour reconstituer les mécanismes qui déterminent le très haut niveau de complexité caractérisant les organismes vivants.

La mutation systématique de gènes

Les biologistes et les biotechnologistes souhaitent disposer d'un grand nombre de mutants pour établir des corrélations entre les mutations et les effets phénotypiques observés. Cela permet de déterminer le rôle des gènes et de les modifier pour en tirer le meilleur parti sur le plan des applications. Les mutations spontanées sont trop rares et limitées pour répondre aux attentes des expérimentateurs. Divers procédés permettant d'induire des mutations sont mis en œuvre pour contourner cette difficulté.

Plusieurs substances chimiques sont connues pour avoir un effet mutagène puissant. Elles agissent en modifiant certaines bases de l'ADN et en changeant ainsi les messages génétiques. Des mutations réalisées en aveugle sont provoquées très couramment chez les micro-organismes. Un clonage puis une sélection de chaque cellule[...]