Utilisation de l'adn dans une investigation S.de Reguardati et A. Lemonnier, enseignantes. L. Préau doctorante

Transcription

1 Ce questionnaire, avec comme support des images et des animations, permet à l'élève de découvrir les techniques d'analyse de l'adn, mais aussi il est amené à s'interroger sur l'utilisation de l'adn au cours d'une enquête policière. Relevé d'indices D où viennent ces indices génétiques si précieux à la justice? Rayer les mauvaises réponses : Peau morte tige de cheveu sueur semelle chaussure débris de verre sang empreinte digitale tissus mégot de cigarette sperme téléphone portable bulbe de cheveu 1

2 Le gène : partie codante de l'adn Qu'est-ce qu'un gène? Le gène, partie codante de l'adn, est responsable d'une fonction spécifique, correspondant le plus souvent à la synthèse d'une protéine. Sur les 3,3 milliards de paires de bases de l ADN humain, seules 1,5% codent effectivement directement la synthèse protéique 1) Quel est le pourcentage de votre ressemblance génétique avec votre voisin? 0,1 % 15,0% 50,0% 75,0% 99,9% 2)Quelles parties de l'adn retrouvé sur une scène de délit va-t-on exploiter? Analyse ADN nucléaire La banque a été braquée!!!! La description des suspects par les témoins de la scène laissent penser qu'il s'agit de l'un des deux bandits connus : M. Nimornele ou M. Crauminic. Ces derniers ont été interpellés et on leur a prélevé un peu de salive... Un mégot, que le suspect avait fumé pendant le braquage, a été retrouvée près du coffre. Les experts ont pu extraire quelques cellules épithéliales de la salive imprégnée sur le filtre de celui-ci. Cette quantité est bien insuffisante pour une analyse... 2

3 La Polymerase Chain Reaction (PCR) La «Polymerase Chain Reaction» ou PCR, est une technique de réplication ciblée in vitro. Elle permet d'obtenir, à partir d'un échantillon complexe et peu abondant, d'importantes quantités d'un fragment d'adn spécifique et de longueur définie. L'ordre de grandeur à retenir est celui du million de copies en quelques heures. Le principe et les conditions expérimentales qui en découlent sont très simples. Il s'agit de réaliser une succession de réactions de réplication d'une matrice double brin d'adn. Chaque réaction met en œuvre deux amorces oligonucléotidiques qui définissent alors, en la bornant, la séquence à amplifier. Avant la réaction, tous les «acteurs» de la PCR sont introduits dans le même tube. Il s'agit de l'adn à amplifier, des oligonucléotides (ou amorces), spécifiques du segment d'adn voulu, de l'adn polymérase (ici la Taq polymérase) et enfin du mélange des quatre désoxyribonucléotides constitutifs de l'adn. Tous sont ajoutés en large excès par rapport à l'adn. L'astuce consiste à utiliser les produits de chaque étape de synthèse comme matrices pour les étapes suivantes. 1) Dans le graphe suivant, nommer chaque étape et identifie la durée d'un cycle (période) voir l'animation : 2) En comptant le nombre d'adn double brins formés à chaque cycle, prévoir combien on en aura produit au 3

4 bout de n cycles. 3) Au bout de quel cycle produit-on de l'adn double brin correspondant uniquement à la séquence cible? 4)Corriger la loi d'évolution proposée en 1) afin qu'elle reflète la quantité d'adn de la séquence cible formée au bout de n cycles. Identification d'un suspect par électrophorèse d'adn 1) Complétez les deuxième brin de ce fragment d'adn de la séquence qui a été amplifiée : 5' 3' G A T T A C A G G A T A A G G C A T C A G G A T G A T T C G A T 3' 5' L'enzyme de restriction utilisée coupe l'adn coupe après les sites : 5'... GAT CTA 3'... 2) Combien de morceaux de différentes taille obtient-on? 3) Compléter le schéma en coloriant les cases correspondant au résultat de migration de l'adn digérée et identifier si l'un des deux suspects peut être coupable. (On suppose que les fragments qui ont migré le plus loin sont constitués d'une paire de base. Chaque case inférieure de plus correspond à une paire de base de plus) 4

5 Indice M. Nimornele M. Crauminic ADN nucléaire et filiation ou quand le suspect est en fuite Le brassage génétique Les chromosomes contenus dans les noyaux des cellules vont par paire : l'un provenant du père, l'autre de la mère. Ces chromosomes appariés ont un code génétique différent à 0,1%. Il y a en tout 23 paires de chromosomes. Ainsi, un individu ressemble à 50% à sa mère et à 50% à son père du point de vue de son ADN nucléaire. 5

6 Frères et sœurs : quelle ressemblance? Puisque les analyse génétiques ne sont effectuées que sur une fraction d'adn, on étudiera qu'une paire de chromosome du génome. Voici un homme et une femme et leur paire de chromosome. 1) Déterminer les le génotype des enfants qu'ils peuvent avoir. 2) Quelle chance y-a-t-il que deux enfants aient des ressemblance ADN? 3) Un test ADN permet-il à priori de prévoir si deux individus sont apparentés? La détermination du sexe La 23ème paire de chromosome détermine le sexe de l'individu. Le chromosome responsable du développement des testicules, déterminant le phénotype masculin, est le plus petit chromosome du génome. On le note Y pour le différencier. Du fait de la forme d'un chromosome, on note X son homologue, non responsable du sexe masculin. Ainsi, au niveau de la 23ème paire, le génotype d'une femme et d'un homme sont : 4) Dans quelle mesure est-il intéressant de travailler sur les chromosomes sexuels? 6

7 ADN mitochondrial et filiation ou quand le suspect est en fuite Origine Chaque cellule humaine contient des dizaines voire des milliers de mitochondries de 2 à 10 m de long et 0,5 à 1 m de large. Chaque mitochondrie comporte 2 à 10 de petites molécules d ADN mitochondrial (16kb) présentes sous une forme circulaire dans la matrice. Lors de la fécondation, l'ensemble du spermatozoïde pénètre dans l'ovocyte. Pourtant, la plupart des organites apportés par celui-ci, et notamment ses mitochondries, ne sont pas transmis à la descendance. Ainsi, l'adn mitochondrial est un héritage maternel : ainsi des frères et sœurs partageront le même ADN mitochondrial avec leur mère. 1) A votre avis, quel type d'adn est le plus abondant dans une trace biologique? 2) L'ADN mitochondrial est-il plus ou moins résistant que l'adn nucléaire? 7

8 Utilisation La séquence non codante de l'adn mitochondrial est très courte (700 kb environ) et va être séquencée. Pour le séquençage, tout se passe initialement dans un tube à essai. L ADN polymérase utilise aléatoirement les nucléotides présents dans le milieu pour copier la séquence sélectionnée en synthétisant un ADN de séquence complémentaire. Lorsque l ADN polymérase choisit par hasard un didésoxynucléotide (ce qui est rare puisqu'il y en a moins que des nucléotides) et qu elle l incorpore dans la chaîne en synthèse, celle-ci s interrompt prématurément. A la fin, il existe statistiquement des chaînes de toutes les tailles qui ont toutes le même début. Toutes celles qui possèdent la même longueur se terminent donc par le même didésoxynucléotide marqué par un fluorochrome spécifique : rouge pour A, bleu pour G, vert pour T et jaune pour C. Il est alors possible de séparer les chaînes d ADN obtenues par électrophorèse. En lisant le résultat de l'électrophorèse, déterminer la séquence de l'adn mitochondrial prélevée. 8

9 Correction Relevé d'indices D où viennent ces indices génétiques si précieux à la justice? Peau morte tige de cheveu sueur semelle chaussure débris de verre sang empreinte digitale tissus mégot de cigarette sperme téléphone portable seules comptent les preuves dites biologiques. le mégot est une preuve indirect dans le cas où celui-ci a été fumé (donc traces de salive) Le gène : partie codante de l'adn 1) 99,9% 2) Les gènes ne permettent pas de distinguer deux individus d'après 1). D'autre part cela pose des problèmes d'ordre éthique (que fait-on si on découvre que la personne est atteinte d'une anomalie génétique???). On travail donc sur la partie non codante de l'adn qui ne pose ni problème éthique et qui est plus polymorphe. (voir dossier : de l'adn nucléaire à son utilisation par la police scientifique) Analyse ADN nucléaire La Polymerase Chain Reaction (PCR) 1) T= 7min 2) quantité d'adn double brin à partir d'un seul échantillon au bout de n cycles : 2 n 3) à partir du troisième cycle seulement on obtient de l'adn de séquence voulu à partir de l'adn double brin initial. 4) quantité d'adn de séquence voulue au bout de n cycles : 2 n -2n 9

10 Identification d'un suspect par électrophorèse d'adn 1) 5' 3' G A T T A C A G G A T A A G G C A T C A G G A T G A T T C G A T C T A A T G T C C T A T T C C G T A G T C C T A C T A A G C T A 3' 5' L'enzyme de restriction utilisée coupe l'adn coupe après les sites 5'... en lisant de gauche à droite et avant... 3' en lisant de droite à gauche! GAT ATC CTA TAG 3'.... 5' 2) on obtient 5 morceaux ( 3b, deux de 5b, 8b, 11b) 3) Il s'agit de M. Crauminic ADN nucléaire et filiation ou quand le suspect est en fuite Frères et sœurs : quelle ressemblance? 1) génotypes des enfants 1 0

11 2) Sur cette paire de chromosomes, 2/3 de chances que deux enfants se ressemblent à 50% et 1/3 qu'ils n'aient aucun point en commun. 3) on ne peut pas dire qu'en cas de non concordance que les deux personnes ne sont pas apparentée. La détermination du sexe 1) deux frères vont partager le même chromosome Y : En effectuant des tests de filiation sur ce chromosome le résultat est positif en cas de fratrie. Pour deux fille entre elle, ou une fille et un garçon, on obtient 50% de ressemblance (les deux X sont indiscernables) ce qui n'est pas déterminant : on utilisera l'adn mitochondriale. ADN mitochondrial et filiation ou quand le suspect est en fuite Origine 1) L'ADN mitochondriale est majoritaire (grande quantité dans une cellule et présente dans les cellules mortes comme le cheveu sans bulbe) 2) L'ADN mitochondrial est très résistant car la paroi de la mitochondrie est robuste. L'apoptose touche surtout le noyau et dégrade l'adn nucléaire. Utilisation AAGATACAATCTAAGACATTTAACACGTGAATGGCCGA pour le brin transcrit (reste à indiquer le brin complémentaire. 1 1

12 Conclusion Parmi ces éléments et traces, qui peuvent constituer des indices importants dans le cadre des enquêtes judiciaires, nous retrouvons les traces biologiques. Les traces biologiques humaines contenant de l ADN, il est possible d en établir un profil génétique et donc in fine de faire le lien entre un suspect, une victime et les traces analysées. Les profils génétiques utilisés en criminalistique sont établis à partir de l ADN non codant présent dans nos cellules. Deux types de profils génétiques peuvent être établis : un profil issu de l ADN nucléaire et un profil issu de l ADN mitochondrial. A côté de ces deux analyses principales, il est également possible d analyser spécifiquement l ADN du chromosome Y. Lorsqu un profil génétique est établi à partir des traces laissées sur une scène de crime, il est possible de le comparer au profil génétique établi à partir de prélèvements de référence sur des personnes impliquées dans le méfait (suspects ou victimes) ou une personne apparentée au cas où le suspect est en fuite, ou encore pour vérifier l'identité d'une victime grâce à ses descendants (affaire Yves Montant). Lorsque les deux profils génétiques sont différents, on peut en déduire qu il est impossible que les deux échantillons proviennent de la même personne. Par contre, des profils génétiques présentant des similitudes soutiennent l hypothèse selon laquelle une même personne est à l origine des deux échantillons. En particulier l'adn mitochondrial ne permet pas d'identifier un individu à 100% mais permet d'exclure une hypothèse. On a environ 1 chance sur 2000 que deux personnes non apparentés présentent le même ADNmt. Aussi, une interprétation statistique exprimera le degré de similitude entre les profils étudiés et devra être compléter avec l'analyse d'autres preuves. 1 2