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Définition de l'analyse d'ADN
L'analyse d' ADN consiste à identifier des individus ou des échantillons à l'aide de l'ADN.
Alec Jeffries, généticien à l'université de Leicester en 1984, a été le premier à l'inventer.
Nous pouvons identifier des individus ou des échantillons à l'aide de l'ADN car même si la majeure partie du génome est identique chez les différents humains (~99,9 %), il existe quelques différences essentielles.
Un génome est l'ensemble des informations génétiques d'un organisme.
Le génome humain comprend les régions codantes et les régions non codantes de l'ADN.
Les parties de l'ADN qui varient chez les humains sont appelées marqueurs génétiques; comme on connaît leur emplacement, on peut les utiliser pour identifier les individus. Les différents types de marqueurs génétiques chez l'homme sont:
Les répétitions en tandem courtes (STR)
Polymorphismes de nucléotides simples (SNP)
Polymorphismes de longueur de fragments de restriction (RFLP)
Répétitions en tandem courtes (STR) : Une courte séquence d'unités nucléotidiques répétitives. Elle a généralement une longueur de 2 à 6 paires de bases et constitue la méthode de profilage de l'ADN la plus courante.
Il existe un grand nombre de STR différents dans le génome. Différentes STR ont des unités répétitives différentes à différents endroits, comme le montre la figure ci-dessous :
La figure 1 montre des exemples de deux STR différents. La première, STR-1, est composée de GAC et comporte deux répétitions. Le second, STR-2, a deux répétitions mais est composé de CAG.
Pour comprendre le profilage de l'ADN, concentrons-nous sur un seul STR illustré dans la figure 3. Les humains ont tous des répétitions en tandem courtes ; c'est la longueur ou le nombre de nucléotides qui varie entre chacun d'entre nous.
Lesnucléotides sont les éléments constitutifs de l'ADN.
L'ADN signifie acide désoxyribonucléique et stocke les informations génétiques des organismes vivants. L'ADN est représenté en bleu sur la figure 2.
Les STR sont de l'ADN non codant ou de l'ADN qui ne participe pas à la synthèse des protéines, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'impact sur notre santé à avoir des nombres différents.
La figure 2 montre que le nombre de répétitions entre les mêmes STR (STR-1 GAC) diffère d'une personne à l'autre. La personne 1 a six paires de bases ou deux répétitions, la personne 2 a trois répétitions ou neuf paires de bases, et enfin, la personne 3 a quatre répétitions ou douze paires de bases au même endroit dans le génome.
Les STR prennent toujours beaucoup de temps à cartographier, mais tu dois seulement cartographier des points spécifiques du génome. C'est un bon moyen d'établir des profils d'ADN, comme nous l'avons expliqué plus haut.
Maintenant que nous avons passé en revue les bases des STR, passons à l'apprentissage des deux autres marqueurs génétiques. Nous réévaluerons ensuite ces marqueurs génétiques pour établir des profils d'ADN dans la section suivante.
Lespolymorphismes nucléotidiques simples (SNP) sont des zones où il y a un seul changement de nucléotide dans le génome entre différents humains.
Dans cet exemple, la séquence de nucléotides de quatre humains différents à un moment donné de leur génome est représentée ci-dessous :
GACGACCTA
GACGACCAA
GACGACCGA
GACGACCCA
Dans l'exemple ci-dessus, les lettres surlignées en rouge sont des SNP car chaque humain a un nucléotide différent à cet endroit.
Les SNP sont plus courants que les STR car la probabilité de trouver un nucléotide différent à différents endroits est plus élevée que celle de trouver différents nombres de répétitions. Par conséquent, les SNP nous permettent également d'obtenir une vision génétique plus complète.
L'inconvénient des SNP est qu'il faut cartographier l'ensemble du génome, ce qui prend plus de temps que les STR. Le séquençage de nouvelle génération, un type de technologie de séquençage efficace, l'a rendu plus accessible.
Les SNP sont plus efficaces que les STR pour comparer les gènes entre les populations et faire des arbres généalogiques.
La dernière partie de cette section explique ce que sont les polymorphismes de longueur de fragments de restriction (RFLP).
Les polymorphismes delongueur des fragments de restriction (RFLP ) sont des fragments d'ADN qui diffèrent d'une personne à l'autre parce qu'ils ont été coupés par des enzymes.
Lesenzymes sont des protéines qui accélèrent les réactions. Les enzymes de restriction sont un type d'enzymes généralement fabriquées par des bactéries qui peuvent couper l'ADN à des endroits spécifiques.
Lesséquences d'ADN homologues sont des gènes hérités d'ancêtres communs et dont la variabilité est connue.
Ne t'inquiète pas de savoir ce qu'est l'électrophorèse sur gel ou comment fonctionne exactement la méthode RFLP ; nous la comparerons à la méthode utilisée aujourd'hui pour établir le profil de l'ADN dans la section suivante.
Cette méthode n'est plus utilisée pour établir le profil de l'ADN car d'autres techniques dont nous parlerons ensuite sont plus rapides et moins coûteuses. En effet, les RFLP impliquent toutes les étapes décrites ci-dessus et nécessitent la construction d'une sonde ou d'une séquence d'ADN ou d'ARN simple brin utilisée pour rechercher des séquences complémentaires.
Nous devons utiliser des sondes pour les RFLP car de nombreux fragments indiscernables peuvent être produits lorsque les enzymes de restriction coupent les génomes.
Étapes de l'analyse de l'ADN
Maintenant que nous comprenons ce qu'est le profilage de l'ADN et pourquoi il fonctionne. Nous pouvons maintenant apprendre comment les créer.
Nous devons collecter un échantillon d'ADN :
Nous pouvons l'obtenir à partir de n'importe quelle substance contenant des cellules (par exemple, le sang, la salive, les cheveux, les ongles, etc.)
Nous devons extraire l'ADN de l'échantillon prélevé :
Tout d'abord, nous devons briser les cellules en ajoutant des produits chimiques comme de l'alcool ou des détergents.
Ensuite, nous devons séparer l'ADN des autres composants cellulaires comme les lipides ou les protéines.
Nous devons amplifier les fragments de STR :
Nous utilisons la PCR ou réaction en chaîne par polymérase pour amplifier 13 régions STR.
PCR de polymerase chain reaction est une méthode utilisée pour faire des millions ou des milliards de copies d'une région présélectionnée de l'ADN. Dans le cadre du profilage ADN, les chercheurs souhaitent amplifier des marqueurs génétiques pour les comparer à l'ADN prélevé sur des suspects potentiels.
Nous amplifions les STR en utilisant des amorces d'ADN qui se lient uniquement à l'ADN de chaque région du STR, comme le montre la figure 3. Les amorces permettent à l'ADN polymérase de se lier et de faire des copies. Au bout d'un certain temps, nous nous retrouvons avec une tonne de copies !
Nous utilisons l'électrophorèse sur gel pour déterminer la longueur des STR :
Les fragments de STR peuvent être séparés par électrophorèse sur gel parce que les petits fragments se déplacent plus rapidement dans le gel que les plus grands.
Le nombre de bandes et l'endroit où elles se trouvent dans l'électrophorèse sur gel constituent notre profil ADN.
Nous devons comparer nos résultats à une échelle d'ADN ou à un mélange de fragments d'ADN dont nous connaissons la taille, comme le montre la figure 4.
Figure 4 : illustration de l'électrophorèse sur gel. Daniela Lin, Study Smarter Originals.
Les fragments STR plus longs restent plus près de la partie négative que les fragments STR plus courts, car les fragments d'ADN plus longs doivent pousser davantage à travers le gel d'agarose. L'ADN se déplace de l'extrémité négative à l'extrémité positive parce qu'il est chargé négativement en raison de la présence de groupes phosphates.
L'électrophorèse capillaire est un autre type d'électrophorèse que nous utilisons pour établir des profils d'ADN. Comme l'électrophorèse sur gel, l'électrophorèse capillaire comporte les mêmes trois premières étapes.
Recueillir les échantillons d'ADN.
Extraire les échantillons d'ADN.
Amplifier les fragments de STR.
Lorsque nous amplifions des amorces, nous procédons exactement de la même manière que pour l'électrophorèse sur gel, sauf que nos amorces sont fluorescentes.
Cette étape est différente car nous déterminons la longueur des STR à l'aide de l'électrophorèse capillaire :
Nous utilisons un laser et un détecteur pour réaliser un électrophérogramme ou un tracé de notre profil ADN.
Le nombre de pics et leur emplacement sur le graphique créent notre profil ADN. Comme pour l'électrophorèse sur gel, nous utilisons également une échelle d'ADN pour déterminer la taille et la longueur d'une STR, comme l'illustre la figure 5.
Comme pour l'électrophorèse sur gel, les fragments de STR les plus longs restent plus près de la partie négative (anode) que les fragments de STR les plus courts, car les fragments d'ADN les plus longs doivent pousser davantage à travers le tube capillaire. L'ADN se déplace de l'extrémité négative à l'extrémité positive (cathode) parce qu'il est chargé négativement en raison de la présence de groupes phosphates.
Exemples de profilage de l'ADN
Détermine la filiation de l'enfant présenté ci-dessous. Suppose que toutes les procédures de profilage ADN ont été suivies correctement.
Pour déterminer le père de l'enfant, nous devons examiner les bandes d'ADN de la figure 6. Pour la mère, trois bandes correspondent à celles de l'enfant ; cela signifie que trois autres bandes doivent provenir du père.
Les humains ont 23 paires de chromosomes homologues, soit 23 x 2= 46. Sur les 46, 23 viennent du père et 23 viennent de la mère. Chaque paire de chromosomes homologues possède les mêmes gènes, mais des variations peuvent entraîner des allèles potentiellement différents. Ce que cela signifie pour nous, c'est que chaque être humain possède deux copies de chaque STR dans son génome.
Par exemple, si nous avons STR-1 GAC 2 (illustré dans la figure 1)
Sachant cela, nous pouvons déterminer que le père numéro 2 a trois bandes identiques à celles de l'enfant, ce qui fait de lui le père.
Figure 7 : Résultats de l'analyse de filiation. Daniela Lin, Study Smarter Originals
Les bandes d'ADN de l'enfant proviennent de la mère (rose) et du père (bleu), comme le montre la figure 7. Comment cela se fait-il ? Comme nous l'avons expliqué plus haut, chaque copie d'une STR provient d'un seul parent.
Les inconvénients de l'analyse d'ADN
Après avoir compris toutes les merveilles que le profilage de l'ADN peut faire, nous devrions également considérer certains inconvénients du profilage de l'ADN.
Les échantillons d'ADN sont délicats et peuvent être rapidement détruits par la contamination, de sorte que nous ne pouvons plus les tester.
Nous avons besoin de beaucoup d'échantillons pour que le test soit précis. Par exemple, nous avons besoin de 13 STR à tester avec la PCR.
Des procédures et des manipulations inadéquates peuvent conduire à des résultats inexacts. Par exemple, nous devons nous assurer que le gel, le tampon et le courant sont tous corrects lorsque nous effectuons une électrophorèse sur gel.
L'utilisateur doit interpréter les résultats correctement pour que le test soit valide.
Les échantillons d'ADN peuvent être facilement recueillis, ce qui signifie que nous pourrions avoir beaucoup de données qui ne signifient rien. Par exemple, si la scène de crime contient de grandes quantités d'ADN, les médecins légistes doivent comparer chacun d'entre eux pour éliminer les suspects.
Risques liés à l'établissement de profils ADN
Cette section aborde les questions éthiques ou les risques liés à l'établissement de profils d'ADN.
Protection de la vie privée et des données :
Les bases de données ADN et les banques peuvent faire l'objet d'un piratage, ce qui peut conduire à de nouveaux moyens pour les escrocs de commettre des vols d'identité.
Les bases de données ADN peuvent être stockées indéfiniment et ne garantissent pas l'anonymat, ce qui pourrait être utilisé non seulement par le gouvernement fédéral mais aussi par des sites comme 23andMe, en fonction de la personne à qui appartient la base de données.
Les preuves ADN ne racontent pas toujours la bonne histoire :
Ce que nous voulons dire par là, c'est que parfois les scènes de crime peuvent être tellement contaminées que l'ADN nous dira qu'une telle personne était là, mais il ne te dira pas si c'est la personne que tu cherches. L'ADN était peut-être là au mauvais endroit et au mauvais moment.
L'erreur humaine et les préjugés peuvent également influencer les preuves ADN. Par exemple, des chercheurs ont montré que les experts en médecine légale peuvent arriver à des résultats très différents avec les mêmes mélanges d'ADN.
En raison de l'histoire des États-Unis et des erreurs humaines potentielles, les préjugés raciaux peuvent constituer un risque potentiel pour le profilage ADN.
Bien que le profilage génétique présente des inconvénients et des risques potentiels, il comporte également de nombreux aspects positifs. L'analyse de l'ADN a permis de libérer à juste titre de nombreux innocents, car tant que les procédures sont respectées, l'ADN est exact. L'analyse de l'ADN a également été utilisée par des personnes adoptées pour retrouver leurs parents biologiques, identifier des maladies génétiques, etc. Dans l'ensemble, l'analyse d'ADN peut s'avérer être un grand progrès, selon la façon dont nous l'utilisons en tant que société.
Profilage ADN - Principaux enseignements
Le profilage ADN consiste à identifier des individus ou des échantillons grâce à l'ADN.
La raison pour laquelle nous pouvons identifier des individus ou des échantillons à l'aide de l'ADN est que, même si la majeure partie du génome est identique chez les différents humains (~99,9 %), il existe des différences essentielles.
Les parties de l'ADN qui varient chez les humains sont appelées marqueurs génétiques. Comme leur emplacement est connu, nous pouvons les utiliser pour identifier les individus : répétitions en tandem courtes, polymorphismes de nucléotides courts et polymorphismes de longueur de fragments de restriction.
Les principales techniques que nous utilisons pour établir des profils d'ADN sont l'électrophorèse sur gel et l'électrophorèse capillaire.
Bien que l'établissement de profils d'ADN soit un outil précieux pour les tests de paternité et les tests génétiques, il présente également des inconvénients et des risques. Par exemple, il pourrait avoir un impact sur la vie privée et être sujet à des erreurs humaines.
Références
- Aziza Ahmed, Préoccupations éthiques des bases de données ADN utilisées pour la lutte contre la criminalité, Harvard Law, 2019.
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