2ème année

Les "biotechnologies moléculaires" sont une application majeure du Génie génétique lequel découle des connaissances théoriques de la Biologie moléculaire. De façon plus claire, La Biologie moléculaire consiste à étudier l'ADN et sa réplication, les gènes et leur structure, leur expression et leur régulation (les points essentiels de ces thèmes ont déjà été traités en Génétique moléculaire, sous-discipline majeure de la biologie moléculaire, lors du premier semestre). Ces connaissances ont permis de disposer et de maitriser le fonctionnement d'une panoplie d'enzymes qui a rendu possible la manipulation des molécules d'ADN et d'ARNm in vivo et in vitro et qui a ouvert le champ à de véritables techniques de construction avec l'ADN regroupées sous le terme, Génie Génétique. Le mot génie a le même sens que dans l'expression génie civil ou génie biologique et signifie "art des constructions". Les termes anglais correspondants sont "genetic engineering" ou encore "recombinant DNA technology". Le but du génie génétique est d'isoler des gènes individuels ou d'autres parties du génome en "sortant" le locus d'intérêt du génome et en l'"intégrant" dans un autre ADN à réplication autonome. Il en résulte un ADN recombinant artificiel servant à :

·      isoler un gène spécifique par criblage de banques génomiques ou d'expression

La Biologie moléculaire est une science fondamentale de base dont l'objet est la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau macromoléculaire, c'est à dire au niveau des acides nucléiques. Grâce aux divers outils moléculaires (les polymérases, les nucléotides, les nucléases, enzymes de restriction, phosphatases, ligases, transférases, kinases, amorces, sondes, …) dégagés par ses connaissances théoriques, la biologie moléculaire est, en association  avec d'autres sciences (chimie, biochimie, sciences biologiques animales, végétales et microbiennes), à l'origine des biotechnologies moléculaires actuelles à aspect fondamental ou appliqué, allant de la technologie de l'ADN recombinant (clonage et isolement des gènes, production de protéines recombinantes dans des systèmes d'expression hétérologue, conception des OGM) jusqu'aux techniques d'étude de la génomique structurale (séquençage, annotation et comparaison des génomes) et fonctionnelle (mutagénèse ciblée et aléatoire, gene silencing via l'interférence aux ARN), de la transcriptomique (techniques de blotting, puces à ADN, fusions transcriptionnelles et traductionnelles), de la protéomique ainsi que celles de l'étude de la diversité génétique entre individus (analyse du polymorphisme moléculaire, cartographie physique, typage moléculaire) et de l'amélioration génétique des espèces …etc pour ne citer que quelques uns des aboutissements de cette science.

Le cours de Biologie moléculaire englobe tous les processus responsables de la "dynamique" des acides nucléiques et les mécanismes moléculaires de leur contrôle. Il consiste à étudier la réplication de l'ADN, la structure des gènes, leur expression et leur régulation aux niveaux transcriptionnel et traductionnel. Ces mécanismes impliquent l'interaction des acides nucléiques avec divers complexes protéiques, enzymatiques ou autres, dont on n'abordera que certains d'entre eux. Chaque leçon est clôturée par une partie pratique reposant sur des applications/expériences utilisant les outils moléculaires découlant des connaissances théoriques relatives au cours en question. Des TD corrigés de Biologie moléculaires sont également proposés.

Le terme Génie génétique regroupe les techniques de construction avec l'ADN et représente de ce fait une application majeure de la biologie moléculaire. Le but principal de ces techniques est d'isoler, par clonage moléculaire, des loci génomiques (gènes ou autres séquences) afin de les étudier, ou de les modifier (par mutagénèse par exemple), ou bien de les transférer à un autre organisme, ou encore de produire leurs produits d'expression in vivo par biotechnologie…etc. La connaissance de ces techniques moléculaires de base, constitue un pré-requis indispensable à la compréhension ultérieure de divers domaines relevant aussi bien, de la biotechnologie moléculaire (transgénèse, production in vivo et in vitro de protéines d'intérêt thérapeutique ou industriel…), que de la recherche fondamentale (analyses fonctionnelles des génomes, conception de modèles animaux d'études de maladies génétiques, analyses transcriptomiques des gènes…).

Ce cours décrit les outils moléculaires et les techniques permettant d'isoler des séquences d'ADN. La première leçon, intitulée Technologie de l'ADN recombinant, porte sur l'isolement de l'ADN via le clonage moléculaire. Nous examinerons, lors de la deuxième leçon, les méthodes utilisées pour isoler des gènes spécifiques, et ce, par criblage des banques, jusqu'à l'utilisation plus récente de la PCR en passant par les hybridations moléculaires in situ. Dans la troisième et dernière leçon, nous allons voir de quelle façon disposer d'un gène isolé sous la forme d'un clone ouvre diverses perspectives expérimentales. Il sera question ici de traiter deux perspectives majeures, elles-mêmes pouvant être considérées comme d'importantes applications du génie génétique : la modification in vitro de la séquence génique par la mutagénèse dirigée et les techniques d'étude du polymorphisme de l'ADN. Des travaux dirigés, traitant des différents enseignements de ce cours, sont également proposés.