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Polycopie de cours de biologie moléculaire de l'Université Ferhat Abbas. Robert P. Génétique : Ediscience
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Support de cours Génie Génétique. Master de Recherche en Sciences et Technologies (Biologie moléculaire et santé). 1. RAPPELS : LES OUTILS DU GENIE
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Chapitre I : Les outils enzymatiques du génie génétique 3'à5' permet à l'enzyme au cours d'une synthèse d'un fragment d'ADN de contrôler si.
Les enzymes « outils » du génie génétique
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Grâce aux recombinaisons des gènes in vitro il devient possible de créer des micro-organismes capables de fabriquer des molécules rares et précieuses (exemple
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Université catholique de Louvain - Génie génétique - cours-2022-lbrmc2101 UCLouvain - cours-2022-lbrmc2101 - page 1/3 lbrmc2101 2022 Génie génétique
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Génie génétique Licence 3 Biochimie COURS 5: CLONAGE ET VECTEURS DE CLONAGE 1 Réplication autonome et indépendante de l'ADN de la cellule hôte
Quelles sont les étapes de génie génétique ?
Les étapes du processus de génie génétique sont les suivantes (1) isoler le gène d'intérêt, (2) le couper dans la molécule d'ADN, (3) l'insérer dans un vecteur, (4) introduire le vecteur dans une cellule hôte, et (5) sélectionner les cellules qui ont absorbé le vecteur.Quels sont les outils du génie génétique ?
Les outils les plus importants que le généticien utilise en laboratoire sont:
les enzymes: ce sont des protéines qui rendent les réactions chimiques possibles et les accélèrent. Elles sont extraites de micro-organismes.Les véhicules génétiques: ce sont des micro-organismes qui peuvent transférer de l'ADN d'une cellule.Quel est le rôle du génie génétique ?
Le génie génétique est une forme de biotechnologie moderne utilisée pour modifier le génome – ou matériel génétique – d'organismes vivants. Il permet d'ajouter de nouveaux caractères précis à une plante ou à un animal par la manipulation directe de son génome.- Les conséquences environnementales
Ainsi, le génie génétique peut accélérer les effets néfastes de l'agriculture, ou au contraire, contribuer à des pratiques culturales plus durables et à la conservation des ressources naturelles, y compris à la biodiversité.
![Les enzymes « outils » du génie génétique Les enzymes « outils » du génie génétique](https://pdfprof.com/Listes/17/48793-17115929907070_5ef31bf3f3545.pdf.pdf.jpg)
Le Génie Génétique
Définition
Le génie génétique est un ensemble de méthodes et de techniques permettant d'identifier d'isoler de cloner de transférer de modifier de manière contrôlée le matériel génétique.I- Les outils du génie génétique
Définition du génie génétique
Les outils de base du génie génétique
Les enzymes agissant sur les acides nucléiques
Les vecteurs
II- Techniques de base en génie génétiqueI. Les outils du Génie Génétique
Ils permettent de travailler avec les acides nucléiques, de les modifier, de les couper, de les associer etc...
1. les nucléases (DNases et RNases)
1-1. Les DNases
terminant, généralement, phosphate(Toutes les DNases ont besoin d'ions compor . On distingue les exonucléases qui digèrent l'ADN en retirant les nucléotides à partir de l'extrémité et les endonucléases1-1-1. Les exonucléases
exonucléase III est une 3' d'une manière séquentielle à partir de l'extrémité 3' (à la condition qu'elle ne soit simple brin).T7Gene exonucléase
phosphT7Gene exonucléase
Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 21-1-2. Les endonucléases
Les endonucléases ont diverses spécificités de substrat, certaines coupent l'ADN double brin d'autre l'ADN
simple brin enfin certaines reconnaissent et coupent au niveau de séquences caractéristiques.DNase I
Nucléase S1 : hydrolyse simple brin.
Les endonucléases de restriction (ou enzyme de restriction) :Les endonucléases de restriction sont des enzymes bactériennes participant à un mécanisme de défense des
bactéries vis-à- méthyla zyme de restriction.à-vis des phages.
: Le type I reconnaît une séquence d'ADN, puis se déplace, s'arrête1000 à 5000 paires de bases plus loin et libère quelques dizaines de nucléotides
Le type II, coupe l'ADN au niveau de la séquence reconnue, Le type III coupe une vingtaine de nucléotides plus loin que le site de reconnaissance.Seuls les Enzymes de restriction de classe II sont utilisés en génie génétique : clivant spécifiquement les deux
brins de l' ADN au niveau d'une séquence, en général palindromique, parfaitement définie (de 4 à 8 nucléotides).
Le nom de chaque enzyme est dérivé du nom duit. On écrit (ou souche) et après un espace un chiffre romain pour désigner che, exemple :EcoR I
Les enzymes de restriction sont des hydrolases, agissant sur des -à-dire des estérases. Elles catalysent lapar une séquence spécifique de nucléotides (site de restriction formé de 4 à 8 nucléotides).
gueur (bouts francs) nucléotides (bouts collants).On appelle isoschizomères des enzymes qui reconnaissent et coupent la même séquence mais qui proviennent de
deux bactéries différentes. Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 3EcoRV G A T A T C
EcoRIG A A T T C
PstI C T G C A G
C T A T A G
C T T A A G
G A C G T C
5 5 3
3 G A T
C T A 5 3 5
3 A T C T A G5 5 3
3 5 3 3 5 GC T T A A
5 3 53 A A T T C
G 5 3 3 55 3 3 5
C T G C A
G 5 3 3 5 GA C G T C
5 3 3 5 GCGC CGCGBouts cohésifs
Bouts cohésifs
Haemophilus aegytius HaeIII GGCC
CCGG4 nucléotides Bouts francs
Thermus aquaticus TaqI TCGA
AGCT4 nucléotides
Haemophilus
haemolyticusHhaI 4 nucléotides
Escherichia coli EcoRV GATATC
CTATAG
6 nucléotides Bouts francs
Escherichia coli EcoRI GAATTC
CTTAAG
6 nucléotides Bouts
cohésif sProvidencia stuarti PstI CTGCAG
GACGTC 6
nucléotidesBouts cohésifs
Enzyme Site de
restrictionNature des
extrémitésTaille du site
Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 41-2. Les RNases
-RNAse A : coupe après (en 3') les résidus pyrimidiques (C, U). -RNAse H : digère l'ARN dans un complexe ARN-2. Les polymérases
Toutes les polymérases synthétisent les acides nucléiques de 5' vers 3' en utilisant des nucléotides triphosphates.
2-1. Les ADN polymérases
On distingue les ADN polymérases, les reverse transcriptases et les terminal transférases2-1-1. ADN polymérase
Elles synthétisent de l'ADN en prenant comme matrice de l'ADN. Les ADN polymérases ont besoin d'une base
déjà hybridée ou amorce. correction. En effepolymérase I de E. coli : c'est une enzyme de 109 kDa qui a une activité 5'-3' polymérase, une activité 3'-5'
exonucléase (activité de correction) et une activité 5'-3' exonucléase. Cette activité 5'-
polymérase I est souvent gênante en biologie moléculaire. En 1970, Klenow et Henningsen ont enlevé cette
activité par protéolyse (en utilisant la subtilisine et donnant deux fragments). Le grand fragment protéique
obtenu (76 kDa) est dépourvu d'activité exonucléase 5'-3' mais garde l'activité polymérase et l'activité 3'-5'
exonuléase. Depuis le grand fragment est obtenu par expression d'un gène tronqué. C'est le fragment " Klenow »
T4 et T7 ADN polymérases :
--ité exonucléase deKlenow lorsque cette activité est requise.
Les ADN polymérases thermostables
La Taq ADN polymérase
-3' exonucléase. Son avantage est d'être thermostable. Comme elle est dépourvue d'activité 3'-
5' exonucléase, le taux d'erreurs est d'environ 10
-4 par base dupliquée.L'activité 5'-3' exonucléase a été enlevée en délétant l'extrémité N-terminal de la Taq pol.
La Taq pol possède une activité Adényl terminal transférase : elle ajoute à la de chaque élongation un seul A.
La Pfu et la Pwo DNA polymérase :Elles proviennent de Pyrococcus furiosus, bactérie découverte dans des
sources géothermiques en Italie et de Pyrococcus woesei. Elles ont les mêmes séquences et ont donc des activités
identiques. Activité 5'-3' polymérase et 3'-5' exonucléase mais pas d'activité 5'--5' -6 par base dupliquée. La Vent ADN polymérase Elle provient de Thermococcus littoralis -- Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 52-1-2 . Les reverses transcriptases
2-1-3. Terminal transférase: Cette polymérase n'a pas besoin de matrice comme les autres polymérases, elle
ajoute des nucléotides en 3' à l'extrémité du brin d'ADN. Elle ajoute des nucléotides en 3' en présence de dNTP.
Si on veut en ajouter qu'un seul, on ajoute un ddNTP.Utilisation : Fabrication d'une queue homopolymére pour les clonages Fabrication d'une extrémité cohésive en 3'
Enzyme Template Primer Other activities Other features E. coli DNA pol I DNA DNA/RNA 3'-5' exo, 5'-3' exo monomericE. coli DNA pol
I (Klenow fragment) DNA DNA/RNA 3'-5' exo C-terminal fragmentE. coli DNA pol III DNA DNA/RNA 3'-5' exo (on a
separate subunit) multimeric structureTaq pol DNA DNA/RNA extendase (adds 3'-A
overhangs) thermostable, used in PCR reverse transcriptase DNA/RNA DNA/RNA (ribonuclease H) used to make cDNA terminal transferase none required DNA will synthesize DNA in non- templated reaction2-2. Les ARN polymérase
promoteur. La synthèse s'effectue dans le sens 5'-3' en présence de ribonucléotides.polymérase, la T3 ARN polymérase et la SP6 ARN polymérase. Ces trois polymérases sont issues des phages
T7, T3 ou SP6 (exprimées chez certaines souches de E.coli qui servent de cellules hôtes) et reconnaissent
chacune un promoteur spécifique, ainsi la T7 ARN polymérase reconnaît le promoteur T7 mais pas les
promoteurs T3 ou SP6.3) Les ligases
Elle catalyse la formation d'un pont phosphodiester entre une extrémité 3' OH et une extrémité 5' P. Elle a besoin d'ATP et ions divalentsT4 ADN ligase
Utilisation : ligation d'extrémités cohésives ou d'extrémités franches. Si les deux extrémités sont
déphosphorylés, la ligation ne peut avoir lieu, par contre si une seule est déphosphorylée, la ligation a lieu sur un des deux brins.T4 ARN ligase
Catalyse la jonction entre un 5' phosphate d'un ARN ou d'un ADN simple brin avec un 3' OH (ions divalents et ATP) Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 64) Les phosphatases et kinases
Phosphatases alcalines
La plus utilisée est la phosphatase alcaline bovine. Elle catalyse le retrait du phosphate en 5'. Elle a besoin de
e 9 et 10 pour fonctionner et est stimulée par le magnésium. Elle est thermolabile, elle peut être inactivée par incubation à 65°C pendant une heure.Les phosphatases alcalines sont utilisées par exemple pour déphosphoryler les vecteurs avant de liguer un insert
pour éviter sa recircularisation.T4 polynucléotide kinase
marquage de l'extrémité 5' de l'ADN, marquage des oligonucléotides5) Les méthylases
Les enzymes de restriction sont
bactérien ne soit pas lui-même digéré, la bactérie produit aussi des méthylases spécifiques qui inhibent la
digestion. Ainsi EcoR I ne coupe pas GA m6ATTC. On pourra utiliser ces méthylases pour inhiber la digestion Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 7 II Les vecteurs de clonage & les stratégies de clonage cellule alorsEn biologie moléculaire et génie génétique, certains vecteurs sont étudiés pour faire entrer un acide
dans la cellule qui le reçoit.Vecteur de clonage Taille de l'insert
Plasmide bactérien <10 Kb
Bactériophage
à insertion <10 Kb
Bactériophage
à remplacement 9-23 Kb
cosmides 35-45 Kb BAC (chromosome bactérien artificiel) jusqu'à 300 KbYAC (chromosome artificial de levure) 0.2-2.0 Mb
Les plasmides bactériens, les bactériophages et de nombreux virus sont des vecteurs naturels permettant la
artificiellement à partir de ceux-là grâce à des manipulations génétiques. Les cellules qui sont habituellement transformées par des vecteursCaractéristiques des vecteurs:
1. réplication indépendante de l'ADN de la cellule hôte.
2. petite taille: facilité de manipulation et pour permettre l'insertion de grand fragment d'ADN étranger
3. présence de gènes de sélection: sélection des cellules hôtes qui ont intégré un vecteur.
4. présence de sites de restriction uniques localisés dans les gènes de sélection: permet de sélectionner les cellules
hôtes qui ont intégré un vecteur recombinant.5. stabilité: maintient sans modification dans la cellule hôte, quel que soit le nombre de division.
1-Les plasmides
Ce sont des molécules d'ADN extra chromosomiques présentes naturellement dans les bactéries ainsi que chez
certains Eucaryotes inférieurs. L'ADN plasmidique est circulaire, double brin et super enroulé. La taille de ces
plasmides peut varier de 2 à 200 kb. Le plasmide porte très souvent un ou plusieurs gènes de résistance à un
antibiotique (ou à une drogue), ce qui permet de repérer leur présence. Il possède une origine de réplication
indépendante de celle du/des chromosome(s) de l'hôte. Ces origines de réplication déterminent le nombre de copies
d'un même plasmide dans une cellule (peut varier de 1 à 700 copies/cellule). Les plasmides permettent de cloner des
Plasmides
(naturels) 1ère génération Tailles (Kb) Intervenant dans la conjugaison Nombres de copies par cellules phénotypes
R1 110 + 1 - 3 Résistance à des antibiotiques R6 110 + 1 - 3 Résistance à des antibiotiquesColE1 7 - 15 -20 Production de colchicine
RSF1030 9,4 - 20 40 Résistance à
Plasmides
améliorés Tailles (Kb) Intervenant dans la conjugaisonNombres de copies par
cellules phénotypes pBR322 (2ème génération) 4 ,36 - 15 -20 Résistance à tétracycline pUC18 (3ème génération) 2,69 - 500 700 Résistance à de la -galactosidaseLimite des vecteurs plasmidiques:
- faible taille de l'insert: max 8 à 10 kb - Pénétration du plasmide non-spontanée. Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 81-1. Le pBR322
Le plasmide pBR322 est un ADN circulaire
double brin de 4361 paires de bases. Par convention le nucléotide n°1 est situé au milieu du site de restrictionEcoR I en direction du gène tet
r. Il contient une origine de réplication (2535), un gène de résistance à la tétracycline (tet r 861276) et un gène de résis r 4153-3293).Le gène amp
r ȕ-lactamase) de286 acides aminés capable de cataboliser cet
antibiotique.Le plasmide contient de nombreux sites de
restriction répartis sur toute la séquence. Beaucoup de ces sites sont uniques, permettant de transformer ple, le siteBamH I (position 375) au début du gène tet
r.1-2. Les pUC
Les plasmides pUC18 et pUC19 sont des ADN
circulaires double brin de 2686 paires de bases (pb). Ils ont pb). e gène amp r qui difiée comprenant un polylinker (site multiple de clonage) et la séquence de la partie NH2 terminale du gène ȕ-galactosidase. Cette séquence est indispensable pour que la bactérie hôte puisse avoir complémentation). 1-Comprend :
Promoteur (constitutif ou inductible)
Site de fixation des ribosomes
Polylinker / Multiple cloning site (MCS)
Signal de terminaison de transcription
Séquence Tag (pour la purification)
Codon Stop
Origine de réplication dans les bactéries
Gène de résistance à un antibiotique (marqueur de sélection) Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 9 Stratégie de clonage pour les plasmides pBR322 et pUC18 Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 102- Les virus
Le bactériophage lambda
Le bactériophage lambda, virus infectant E.coli, présente un génome sous la forme ADN double brin linéaire avec à ses deux extrémités 12 nucléotides simple brin complémentaires (extrémité cohésives ou cos).A l'entrée dans la bactérie, les extrémités cohésives s'hybrident et l'ADN est lié par une ligase d'E. coli. Là,
il y a deux possibilités soit un cycle lysogénique avec intégration de l'ADN du phage dans le génome soit un cycle
lytique.Dans les bactériophages utilisés comme vecteur de clonage, seul le cycle lytique est important. La
partie centrale du génome, contenant les gènes nécessaires au cycle lysogène sera donc délétée et remplacée par
l'ADN à cloner, qui pourra alors être amplifié lors du cycle lytique du bactériophage.La seule limitation de ce système réside dans la longueur du fragment qui peut être introduit dans le phage. La taille
totale de l'ADN recombinant obtenu doit être comprise entre 85% et 105 % de la taille du génome originel afin que
l'encapsidation (assemblage du génome et de l'enveloppe du phage ou "capside") de cet ADN soit possible et que le
cycle lytique puisse se produire. Les bactériophages peuvent ainsi porter des fragments de 13 à 23kb environ.
Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 11 Stratégie de clonage moyennant le phage lambda comme vecteur Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 123. Systèmes hybrides
efficace des bactéries. Des systèmes hybrides ont été réalisés à partir de ces 2 vecteurs :
3-ȜCe sont
des vecteurs hybrides portant à la fois : -> des séquences d'origine phagique permettant leur encapsidation in vitro (séquences cos) -> des séquences d'origine plasmidique : gène de résistance à un antibiotique et une origine de réplication permettant au plasmide de se répliquer dans une bactérie comme un simple plasmide (séquence ori).Ceci permet de se dispenser des régions
essentielles de l'ADN du phage et de construire des ADN recombinants portant jusqu'à 45 kb d'ADN étranger. Cet ADN pourra être encapsidé in vitro Ȝ donc être introduit avec une grande efficacité dans la bactérie. Par contre une fois à l'intérieur, il se répliquera comme un plasmide. Les extrémités cos permettent donc de sélectionner les recombinants avec de grands inserts (45 kb) et à introduire le plasmide dans la bactérie. Stratégie de clonage moyennant le cosmide comme vecteur Complément de cours de Génie Génétique 2019/2020 L2biotech 134. les chromosomes artificiels
4-1. Les YAC (Yeast Artificial Chromosome)
Le YAC ou chromosome artificiel de levure
(Yeast Artificial Chromosome).Les YAC permettent de cloner de 150 à 1 000 kb
Saccharomyces cerevisiae est constitué de 16 chromosomes de taille comprise entre 250 et 2000 kb. Chez la levure, trois régions
chromosomiques sont importantes pour sa réplication. Les séquences télomériques (Tel), centromériques (CEN), et une séquence ARS (Autonomous Replicating Sequence).On a donc construit des chromosomes artificiels
contenant ces régions essentielles et du DNA que donc atteindre de 1 000 à 2 000 kb. Les YAC n'exigent que les cellules de levures comme hôtes.4-2 Les BAC (Bacterial Artificial Chromosome)
ont pour base le facteur sexuel F de Escherichia coli. Ce facteur peut contenir de grands fragments d'ADN. Les BAC peuvent incorporer des inserts d'ADN étranger pouvant atteindre 300 kb. Le plasmide F porte des gènes qui sont essentiels pour réguler sa propre réplication et pour contrôler aussi le nombre de copies du plasmide F. Le plasmide F a aussi la capacité de s'intégrer dans le chromosome bactérien et de s'en exciser. Un plasmide qui a cette capacité est appelé un épisome. Les gènes oriS et repE régissent la réplication unidirectionnelle du plasmide tandisquotesdbs_dbs32.pdfusesText_38[PDF] biologie 3eme pdf
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