PCR (polymerase chain reaction) ou AMPLIFICATION EN CHAÎNE PAR POLYMÉRASE

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La PCR, l'usine flexible des chercheurs

La polyvalence des procédures est le résultat de l'adaptation de la PCR aux questions sans cesse nouvelles des chercheurs. Les applications de la PCR sont de ce fait considérables.

Détermination des séquences d'ADN : l'explosion de la génomique

La plus connue des applications de la PCR est le séquençage des molécules d'ADN, c'est-à-dire la détermination de la succession des nucléotides qui les composent, source d'une quantité considérable d'informations en biologie.

Les techniques de séquençage ont beaucoup évolué depuis les méthodes manuelles des débuts, remplacées par la migration des fragments d'ADN marqués par des sondes fluorescentes à l'intérieur de capillaires dans la première génération d'appareils de séquençage. L'évolution des machines à séquencer a été très rapide et, même si on entrevoit le séquençage direct de l'ADN sans amplification préalable, toutes les méthodes exigent de disposer de quantités significatives d'ADN, donc d'ADN amplifié (fig. 2).

Cinétique d’une réaction de PCR

Dessin : Cinétique d’une réaction de PCR

Au temps 0, l’ADN, les amorces et le milieu réactionnel sont mélangés. En a, l’ensemble est brusquement porté à 95 0C. En b, la température est abaissée et les amorces s’hybrident aux séquences dont elles sont complémentaires, puis, en c, la température est élevée à environ 70... 

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Dans les technologies de séquençage dites « de deuxième génération », on amplifie la totalité du génome en amplifiant au hasard un très grand nombre de petits fragments qui ne sont pas définis a priori. Ces petits fragments sont ensuite séquencés en parallèle, par centaines de milliers ou de millions. La séquence initiale de l'ADN est reconstituée à partir de ces millions de courtes séquences, grâce à des programmes de la bio-informatique. Toutes les machines actuelles exigent donc une étape d'amplification de l'ADN par PCR rendue indépendante de la séquence génomique, par l'addition aux extrémités des fragments d'une courte séquence d'ADN synthétique qui sert d'amorce universelle à plusieurs centaines de milliers ou de millions de fragments d'ADN. Ces fragments sont isolés physiquement dans des microréacteurs liquides ou sur une surface solide. Cette méthode permet de s'affranchir de la principale limitation de la PCR ciblée : la spécificité des amorces qui nécessite la connaissance a priori de la séquence cible (fig. 3). L'ensemble est rapide et peu onéreux : le séquençage actuel du génome humain coûte environ 500 euros et prend trois jours, contre de 2 à 3 milliards de dollars et plusieurs années lors du lancement du programme génome humain en 1990.

Diagnostic d’un agent pathogène

Dessin : Diagnostic d’un agent pathogène

L’ADN total est extrait d’une biopsie faite sur un malade et soumis à une PCR en utilisant des amorces spécifiques d’un agent pathogène donné ou de sa famille moléculaire. Après amplification, les produits de réaction peuvent être séparés par électrophorèse et identifiés par... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Tout cela explique l'explosion du nombre de publications de génomes complets d'animaux et de plantes les plus divers. Les banques de données génomiques sont ainsi devenues une mine, tant dans le domaine des biotechnologies que pour les systématiciens et les phylogénéticiens. La comparaison de génomes entiers a ainsi bouleversé les classifications animale et végétale et donné des aperçus tout à fait nouveaux sur les mécanismes génétiques en cause dans les processus évolutifs.

Un bouleversement dans la notion d'identité individuelle et groupale

La recherche en génétique a grandement bénéficié de l'amplification par PCR. Celle-ci permet de se focaliser sur une portion d'intérêt du génome et d'en détecter le polymorphisme (c'est-à-dire toute variation dans la séquence de l'ADN de deux gènes par ailleurs identiques, qu'elle se traduise ou non par un caractère visible) en combinant la PCR à d'autres techniques telles que le séquençage de l'ADN, mais également le repérage d'un polymorphisme déjà connu par hybridation avec une sonde qui en est spécifique. La PCR a ainsi renouvelé la génétique des populations animales et végétales.

Mais la PCR est aussi très largement employée pour réaliser des empreintes génétiques en examinant simultanément plusieurs séquences différentes dans le même ADN. On peut alors comparer des échantillons différents sur la base de ces critères, ce qui renouvelle la notion d'« identité moléculaire » d'un individu ou d'un groupe. La PCR permet donc de distinguer un individu dans une espèce, et une espèce par rapport à une autre. C'est ce qui explique la place primordiale que tient l'identification génétique d'une personne dans le cadre d'une enquête judiciaire – ce qu'on appelle les « tests ADN ». Mais ces techniques d'identification moléculaire au niveau de l'espèce peuvent être employées dans de multiples domaines : trouver de la viande de cheval parmi de la viande de bœuf ne pose aucun problème technique pour la PCR ! La PCR est donc très utilisée : pour le suivi et les contrôles sanitaires dans l'industrie agroalimentaire ; dans le cadre du commerce illicite d'espèces protégées ; p [...]

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Généalogie du dodo

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Appariement des brins d’ADN

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Pour citer l’article

Véronique BARRIEL, « PCR (polymerase chain reaction) ou AMPLIFICATION EN CHAÎNE PAR POLYMÉRASE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/pcr-amplification-en-chaine-par-polymerase/