Génie génétique et biologie moléculaire en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de génie génétique et biologie moléculaire pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- ADN recombinant et clonage moléculaire
- Vecteurs et transformation bactérienne
- PCR et amplification génique
- Séquençage et CRISPR-Cas9
- OGM et applications biotechnologiques
ADN recombinant et clonage moléculaire
L'ADN recombinant est une molécule d'ADN créée en combinant des fragments d'ADN provenant de sources différentes. Le clonage moléculaire consiste à insérer ce fragment d'ADN dans un vecteur (plasmide ou virus) pour le reproduire à l'identique dans une cellule hôte.
Exemple
Créer de l'insuline humaine en insérant le gène humain dans une bactérie E. coli, qui va alors produire l'insuline comme une usine biologique.
À retenir : Un plasmide est un petit anneau d'ADN bactérien utilisé comme vecteur pour transporter un gène d'intérêt dans une cellule hôte.
Enzymes de restriction et ligation
Les enzymes de restriction sont des ciseaux moléculaires qui coupent l'ADN à des séquences spécifiques. La ligase est une enzyme qui recolle les fragments d'ADN en formant des liaisons covalentes entre eux.
Exemple
Couper un gène intéressant avec une enzyme de restriction, puis le coller dans un plasmide avec la ligase, comme on découperait et collerait des morceaux de papier.
À retenir : Beaucoup d'enzymes de restriction (comme EcoRI) laissent des extrémités collantes complémentaires, qui permettent l'appariement de fragments d'ADN différents coupés par la même enzyme.
Vecteurs et transformation bactérienne
La transformation bactérienne consiste à faire entrer un plasmide recombinant dans des bactéries rendues compétentes (par un traitement au chlorure de calcium à froid), puis soumises à un choc thermique qui permet l'entrée du plasmide ; l'électroporation (impulsion électrique) est une autre méthode. Le plasmide porte aussi un gène de résistance à un antibiotique : seules les bactéries transformées se développent sur un milieu contenant cet antibiotique, ce qui permet de les sélectionner.
Exemple
Des bactéries E. coli transformées par un plasmide portant le gène de résistance à l'ampicilline forment des colonies sur une boîte contenant de l'ampicilline ; les bactéries non transformées ne s'y développent pas.
À retenir : Transformation = introduction d'un plasmide dans une bactérie ; la sélection des bactéries transformées se fait grâce au gène de résistance à l'antibiotique porté par le plasmide.
PCR et amplification génique
La PCR (Polymerase Chain Reaction) est une technique qui amplifie exponentiellement une séquence d'ADN spécifique en répétant des cycles de dénaturation, hybridation et synthèse. Après n cycles, on obtient environ $2^n$ copies du fragment initial.
Exemple
Détecter le coronavirus SARS-CoV-2 dans un test COVID (RT-PCR : son ARN est d'abord converti en ADN par une transcriptase inverse, puis amplifié), ou identifier un suspect à partir d'une trace de sang sur une scène de crime.
À retenir : La PCR double la quantité d'ADN à chaque cycle, permettant d'obtenir des millions de copies en quelques heures.
Électrophorèse et séparation d'ADN
L'électrophorèse est une technique qui sépare les fragments d'ADN selon leur taille en les faisant migrer dans un gel sous l'effet d'un champ électrique. Les petits fragments se déplacent plus vite que les gros.
Exemple
Vérifier qu'un gène a bien été inséré dans un plasmide en comparant les tailles de fragments avant et après clonage sur un gel.
À retenir : L'ADN migre du pôle négatif vers le pôle positif, et les fragments les plus petits voyagent le plus loin dans le gel.
Séquençage de l'ADN
Le séquençage détermine l'ordre exact des bases azotées (A, T, G, C) dans une molécule d'ADN. Les méthodes modernes permettent de lire rapidement des millions de bases.
Exemple
Séquencer le génome d'une personne pour identifier les mutations responsables d'une maladie génétique, ou vérifier l'identité d'un gène cloné.
À retenir : Le séquençage révèle l'information génétique complète et permet de vérifier que le gène cloné est correct.
CRISPR-Cas9 : l'édition du génome
CRISPR-Cas9 est un outil d'édition du génome : l'enzyme Cas9 coupe l'ADN à un endroit précis, guidée par un ARN guide complémentaire de la séquence ciblée. La cellule répare ensuite la coupure, ce qui permet d'inactiver un gène ou d'y insérer une séquence.
Exemple
Une thérapie génique fondée sur CRISPR-Cas9, qui corrige des cellules souches du sang de patients, est autorisée en Europe depuis 2024 contre la drépanocytose et la bêta-thalassémie.
À retenir : Cas9 = ciseaux moléculaires guidés par un ARN guide vers une séquence précise de l'ADN.
OGM et applications biotechnologiques
Un OGM (Organisme Génétiquement Modifié) est un organisme dont le patrimoine génétique a été modifié par l'insertion de gènes étrangers. Les applications incluent la production de médicaments, l'amélioration des cultures et la création de biocarburants.
Exemple
Des tomates OGM qui mûrissent plus lentement, du maïs résistant aux insectes, ou des bactéries qui produisent du bioéthanol à partir de déchets.
À retenir : Les OGM permettent de produire des protéines thérapeutiques et d'améliorer les cultures, mais soulèvent des questions éthiques et environnementales.
Les points clés
- Le génie génétique repose sur trois étapes : couper l'ADN avec des enzymes de restriction, l'insérer dans un vecteur, et l'amplifier dans une cellule hôte.
- La PCR est la technique la plus puissante pour amplifier rapidement une séquence d'ADN spécifique en laboratoire.
- L'électrophorèse et le séquençage permettent de vérifier et d'analyser les modifications génétiques réalisées.
- Les OGM ont des applications médicales majeures (insuline, vaccins) mais leur utilisation en agriculture reste controversée.
L'essentiel
Le génie génétique combine le clonage moléculaire, l'amplification par PCR et l'analyse par électrophorèse pour créer et étudier des OGM avec des applications thérapeutiques et agricoles.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un chercheur veut cloner un gène humain dans une bactérie. Il utilise l'enzyme EcoRI pour couper le gène et le plasmide. Après ligation, il effectue une PCR sur 30 cycles. Combien de copies du gène aura-t-il théoriquement après l'amplification, en partant d'une seule molécule de départ ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Sur un gel d'électrophorèse, on observe trois bandes : une à 500 pb, une à 1000 pb et une à 1500 pb. Quelle bande a migré le plus loin et pourquoi ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →