CHAPITRE 5 : Variation génétique et santé (Le patrimoine génétique et le développement d une maladie ; les variations du génome et le développement d une maladie) Introduction : Le phénotype d un individu dépend de son génotype et des facteurs de l environnement. L apparition de nouveaux allèles par mutation est à l origine de la grande variabilité entre les individus de l espèce humaine mais aussi au sein des microbes (virus, bactéries, ). Ces variations impliquent que nous ne sommes pas tous «égaux face aux maladies». Comment le patrimoine génétique peut-il être impliqué ou perturbé dans l apparition de certaines maladies? De quels moyens dispose l homme pour lutter face aux maladies? I. LE PATRIMOINE GENETIQUE DETERMINE CERTAINES MALADIES 1) La mucoviscidose, un exemple de maladie génétique La mucoviscidose est une maladie génétique fréquente, provoquée par la mutation d un gène qui est présent sous cette forme chez une personne sur 40. a) Le phénotype macroscopique (clinique) Le phénotype macroscopique d un individu malade correspond à toutes les manifestations cliniques de la maladie. D après le document 1 p280, quels sont les troubles cliniques de la mucoviscidose? Lister les troubles respiratoires et digestifs. Compléter le schéma suivant en notant le nom des organes affectés par la mucoviscidose. 1
Certains organes produisent un mucus fluide qui humidifie mes canaux ; dans le cas de la mucoviscidose, le mucus est épais et collant. b) Le phénotype cellulaire D après le document ci-dessous et le document 2 p280, donner le phénotype cellulaire de la mucoviscidose. Lister les particularités cellulaires. c) Le phénotype moléculaire D après le document 3 p281 et la séquence ci-dessous, comparer la séquence de l allèle normal du gène CFTR avec la séquence de l allèle malade. Quelle est l origine de la mucoviscidose? La modification de la protéine explique les aspects macroscopiques. 2) La prévention et le traitement de la maladie a) L analyse d un arbre généalogique L arbre généalogique ci-après permet de visualiser et de prévoir la transmission de la maladie dans les familles à risque. D après l analyse de cet arbre, la maladie se transmet-elle selon un mode dominant ou récessif? Justifier. L individu malade est alors homozygote ou hétérozygote pour l allèle muté? 2
La mucoviscidose est une maladie récessive car les parents d enfants atteints ne sont jamais malades. Seuls les individus homozygotes pour l allèle muté sont malades. Quel est le risque pour un couple hétérozygote (un allèle normal et un allèle muté) d avoir un enfant atteint de mucoviscidose? Construire un tableau avec nomenclature ; ¼. D après le document 4 p281, que pratique-t-on chez les nourrissons pour prévenir les maladies génétiques? Test de dépistage. b) Le traitement de la mucoviscidose D après le document 1 et 2 p283, indiquer à quelles anomalies décrites précédemment dans le phénotype clinique, répondent les traitements et conseils proposés aux malades. Les seules solutions disponibles à l heure actuelle consistent à limiter les effets de la maladie en agissant sur les paramètres du milieu. Liste des solutions. L espérance de vie des malades a progressé grâce aux traitements mais reste inférieure à 50 ans. A partir du document suivant et à l aide des documents 3 et 4 p283, expliquer comment dans son principe, la thérapie génique offre un espoir de corriger la maladie. Indiquer quels sont ses avantages et quelles sont ses limites. 3
La correction de l anomalie du gène CFTR grâce à une thérapie génique consiste à implanter un allèle fonctionnel dans chaque cellule pulmonaire atteinte à l aide d un vecteur efficace et sans danger. Les tentatives sont encore limitées aux poumons = espoir de correction. La thérapie génique cherche donc à agir au niveau des phénotypes moléculaires et cellulaires à la différence des traitements palliatifs. II. LES MALADIES GENETIQUES ET LES FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX Il existe des maladies génétiques plus communes dont le déterminisme génétique n est pas toujours absolu. Des facteurs environnementaux peuvent déclenchés la maladie. 1) Les études épidémiologiques A partir du document 1 p284, décrire les étapes principales d une démarche épidémiologique. A partir des résultats obtenus, indiquer si les facteurs testés ont réellement une influence. Pour identifier les facteurs à l origine d une maladie, il est nécessaire de comparer un grand nombre de personnes malades et de personnes témoins puis de procéder à des analyses statisatiques : c est l approche de l épidémiologie. 2) La recherche d un gène impliqué d un une maladie : exemple d une maladie cardiovasculaire D après les documents 2 et 3 p285, expliquer comment on peut repérer un gène favorisant le développement d une maladie. Les résultats obtenus permettent-ils de repérer un gène favorisant le développement d une maladie? Le développement d une maladie dépend de l interaction complexe entre facteurs du milieu (mode de vie, environnement ) et génome. Il existe des gènes dont certains allèles rendent plus probable le développement de maladie sans pour autant le rendre certain = gène de prédisposition. 4
III. LE GENOME PERTURBE :LA CANCERISATION 1) Le processus de cancérisation : exemple du cancer des poumons A partir de l observation microscopique d une coupe de poumon d un individu sain et d une coupe de poumon d un individu atteint d un cancer, décrire l aspect des cellules pulmonaires. On observe que les alvéoles sont colonisées par des cellules cancéreuses = tumeur. D après les documents 1 et 2 p286, comment se forme une tumeur dans un poumon humain. Comment cette tumeur peut-elle être à l origine de cancer secondaire dans l organisme? Une cellule somatique mute puis transmet la modification de son génome à sa descendance lors de la division cellulaire. Au bout de 10 divisions : immortalité (ne répond plus aux signaux de destruction), transformation (perte de la fonction initiale), prolifération (multiplication active). Une cellule cancéreuse se forme lors de modifications accidentelles du génome qui se produisent dans des cellules somatiques. Lors de la division cellulaire, les modifications ou mutations se transmettent alors à la descendance de ces cellules = clones cellulaires qui comportent tous le génome modifié = un risque de processus de cancérisation. Une cellule cancéreuse a perdu sa fonction initiale et se multiplie de façon anarchique. Il se forme alors une tumeur qui va essaimer dans l organisme : on parle de métastases. Lorsque la tumeur est trop grosse, l organe où elle est située ne fonctionne plus correctement (foie, poumons, cerveau ) et conduit aux décès du malade. 2) L origine plurifactorielle d un cancer : exemple du cancer des poumons D après les documents 3 et 4p 287, justifier le surnom donné à la protéine p53. Montrer alors le lien entre la présence d une mutation du gène p53 et le développement d une tumeur. Dans le génome de toutes les cellules, ils existent des gènes dits «suppresseurs de tumeur» ou antioncogènes comme le gène p53. Leur fonction est de bloquer la division cellulaire en cas de mutation de l ADN et de déclencher la mort de la cellule (apoptose) si la réparation n a pas lieu. Si le gène p53 est muté alors il ne remplira plus son rôle et les cellules cancéreuses pourront proliférer. D après les documents 1 et 2 p288 et les documents suivants, indiquer quels facteurs agissent sur l apparition de cancers des poumons. Déclenchent-ils obligatoirement un cancer des poumons? Proposer alors des mesures de prévention possible contre ce type de cancer. 5
D après le document 3 et 4p289 et des documents suivants, quel autre facteur peut-être à l origine d un cancer? Expliquer alors le lien entre papillomavirus et cancer du col de l utérus. Quel est l intérêt de réaliser des dépistages du cancer de col de l utérus? 6
Les mutations somatiques du génome proviennent de modifications spontanées ou favorisées par un agent mutagène. D autres sont dues à des infections virales. Les études épidémiologiques permettent d envisager des mesures de protection (évitement des agents, surveillance, vaccination) afin de traiter et guérir les cancers. Remarque : il existe des gènes de prédisposition qui augmentent la probabilité de développer un cancer. 7
IV. LA VARIATION GENETIQUE DES BACTERIES ET LA RESISTANCE AUX ANTIBIOTIQUES D après les documents 1 à 4 p290/291 et du DVD «C est pas sorcier, les antibiotiques», décrire le mode d action des antibiotiques, les maladies qui peuvent être traitées par des antibiotiques et quel est le risque de l usage abusif des antibiotiques. Seules les maladies à infection bactérienne peuvent être traitées avec des antibiotiques : les antibiotiques, c est pas automatiques». Ils détruisent les souches sensibles mais pas les souches résistantes. Les souches résistantes sont des souches mutantes qui au départ sont en petit nombre suite à des mutations spontanées. L application d un antibiotique sélectionne les souches résistantes, qui insensibles à l antibiotique, vont pouvoir se développer. L utilisation systématique des antibiotiques entraîne donc l augmentation des formes mutantes et résistantes par sélection naturelle. L usage abusif des dernières décennies a conduit à la formation de souches multirésistantes. Le risque est de se retrouver un jour face à des bactéries qu aucun antibiotique connu ne pourra détruire. BILAN : 8