Introduction
Tous les microorganismes se multiplient à partir des nutriments présents dans le milieu de culture. Ils ont besoins d'eau, de sources d'énergie, de carbone, d'azote et de minéraux.
Les facteurs de croissance sont des métabolites essentiels apportés au cours de leur croissance. Ils sont différents selon la nature des besoins. Ces besoins dépendent des types trophiques.
I.Besoins nutritifs courants des bactéries
95% du poids sec des bactéries est composé de carbone, d'oxygène, d'hydrogène, d'azote, de soufre, de phosphore, de potassium, magnésium et de fer. Ce sont les macroéléments.
Le carbone, l'oxygène, l?hydrogène, l'azote, le soufre et le phosphore sont les constituants des glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques.
Le potassium, le calcium, le magnésium et le fer existent à l'état de cations.
Potassium : nécessaire à l?activité des enzymes
Calcium : contribue à la thermo-résistance des bactéries
Magnésium : cofacteur de nombreuses enzymes, forme un complexe avec l'ATP, stabilise les ribosomes et les membranes cellulaires.
Fer : Synthèse des cytochromes, cofacteur d?enzymes et des transporteurs d'e-.
1) Besoin en oligoéléments
Ce sont le manganèse, le zinc, le cobalt, le molybdate, le nickel et le cuivre.
La plupart des cellules nécessite ces oligoéléments en quantité faible.
Les besoins en éléments majeurs sont de l'ordre du g/L.
Les besoins en éléments mineurs sont de l'ordre du mg/L.
Les besoins en oligoéléments sont de l'ordre du g/L.
La plupart des microorganismes vont avoir des besoins spécifiques selon leur morphologie et leur environnement (par exemple, les diatomées ont besoin de silice et les bactéries de lacs salins ont besoin de fortes concentrations en ions sodiques).
2) Besoin en carbone, oxygène et hydrogène
Le carbone :
Il est nécessaire à la formation du squelette de toute molécule organique.
Les molécules servant de source de carbone apportent souvent l'oxygène et l'hydrogène, sauf dans le cas du CO2.
La plupart des microorganismes peut absorber le CO2, le réduire et l'incorporer dans des molécules organiques.
Les organismes qui utilisent le CO2 comme principale source de carbone sont des organismes autotrophes.
C'est un mécanisme très coûteux en énergie, donc les microorganismes se développent grâce à des molécules complexes plus réduites.
Les organismes capables d?utiliser ces molécules sont des hétérotrophes. Ils utilisent ces molécules comme sources de carbone et d?énergie.
Ils ont une grande flexibilité en ce qui concerne les sources de carbone, ils ont donc des besoins nutritifs très différents selon les espèces.
Au sein d'une même espèce, il y a des mutations qui permettent d'utiliser des sources de carbones différentes.
Un organisme qui utilise la même source de carbone que la majorité de son espèce est un organisme prototrophe.
Un mutant prototrophe qui a perdu la capacité de synthétiser un nutriment essentiel et auxquels on doit fournir cet élément est appelé auxotrophe.
Types nutritionnels :
Tout organisme a besoin de sources d?énergie, d'hydrogène et d'électrons pour sa croissance.
Il y a 2 sources d?énergie possible : l?énergie lumineuse captée durant la photosynthèse et l'énergie provenant de l'oxydation des molécules organiques et inorganiques.
Les classes d'organismes :
- Les phototrophes qui utilisent la lumière comme source d'énergie.
- Les chimiotrophes qui utilisent l'oxydation des composés chimiques organiques ou inorganiques.
- Les lithotrophes qui utilisent les substances inorganiques réduites comme source d'énergie.
- Les organotrophes qui extraient les électrons et l'hydrogène des composants organiques.
On fait un classement en 4 classes nutritionnelles sur la base des sources primaires en énergie, en hydrogène, et/ou en électron et en carbone.
Catégories nutritionnelles :
- Autotrophes et photolithotrophes : ils utilisent l'énergie lumineuse et un donneur inorganique d'hydrogène et le CO2 comme source de carbone. Par exemple les microalgues, les bactéries sulfureuses pourpres ou vertes et les cyanobactéries.
- Hétérotrophes photoorganotrophes : Ils utilisent l'énergie lumineuse, un donneur organique d'hydrogène et une source organique de carbone. Par exemple les bactéries non sulfureuse pourpre et verte.
- Autotrophes chimiolithotrophes : Ils utilisent des sources chimiques d'énergie, un donneur inorganique d'hydrogène et le CO2 comme source de carbone. Par exemple les bactéries qui oxydent le soufre, qui oxyde l'hydrogène, les bactéries nitrifiantes et les bactéries du fer.
- Hétérotrophes chimioorganotrophes : Ils utilisent une source chimique d'énergie, un donneur organique d'hydrogène et des sources organiques de carbone. Par exemple les protozoaires et les bactéries non photosynthétiques.
Il existe aussi des bactéries qui utilisent des sources inorganiques pour l'énergie et organique pour le carbone : ce sont des organismes mixotrophes.
3) Besoins en azote, phosphore et soufre:
Les microorganismes ont besoin de grandes quantités d'azote, de phosphore et de soufre pour leur croissance. La plupart du temps les sources sont inorganiques.
- L'azote sert à la synthèse des acides aminés, des bases puriques et pyrimidiques, de certains glucides, lipides et cofacteurs enzymatiques.
- Le phosphore sert à la synthèse des acides nucléiques, des phospholipides, des nucléotides, de certains cofacteurs, de certaines protéines et d'autres composants cellulaires.
- Le soufre sert à la synthèse de la cystéine et de la méthionine, de quelques glucides, de la biotine et de la thiamine.
4) Facteurs de croissance
En complément des éléments de bases, certaines bactéries exigent pour leur développement la présence de substances organiques qu'elles sont incapables de synthétiser, ce sont les facteurs de croissance.
Les facteurs de croissances sont des facteurs limitants de la croissance, ils agissent spécifiquement et englobent 3 catégories de substances :
- Les acides aminés : ils ont un rôle dans la synthèse des protéines (actives à 25 mg/L).
- Les bases puriques et pyrimidiques : élaborations des acides nucléiques (actives à 10 ng/L).
- Les vitamines : précurseurs et/ou coenzymes (actives à 1 à 24 g/L).
Dosage microbiologique des facteurs de croissance
La croissance d'un microorganisme exigeant un facteur de croissance peut être proportionnel à la concentration de ce facteur.
La connaissance de cette relation de cette proportionnalité permet le dosage par voie microbiologique.
Syntrophie :
Les besoins en facteurs de croissance d'une espèce microbienne peuvent quelques fois être satisfait par la présence d'une espèce qui le synthétise.
5) Absorption des nutriments
La première étape est l'absorption par la cellule microbienne.
C'est un mécanisme d'absorption spécifique car seules les substances nécessaires sont absorbées.
La plupart des microorganismes vivent dan des endroits pauvres en nutriments. Ils doivent être capables de transporter les nutriments dans la cellule à partir de solutions très diluées et souvent contre le gradient de concentration.
Les molécules doivent traverser la membrane plasmique sélective qui, souvent, empêche le libre passage de la plupart des substances.
Les gènes fournissent des "instructions" qui signalent aux cellules comment fonctionner - et ceci ,dès la conception , donc bien avant notre naissance et jusqu’à notre mort. Ils contrôlent notre croissance et notre développement , notre aspect ( il existe des familles de grands et des familles de petits ... des familles de blonds et des famille de bruns...) Ils indiquent à notre organisme comment travailler. Ils contrôlent les réparations de nos cellules quand elles sont abîmées.
Comment sont-ils transmis ? Toutes les cellules de notre corps contiennent dans leur noyau des chromosomes en double exemplaire. Le premier exemplaire est la copie d’un chromosome qui nous vient de notre mère ; l’autre est la copie d’un chromosome qui nous vient de notre père. Au total, chacune de nos cellules contient 23 paires de chromosomes : 22 paires de chromosomes autosomes) plus 2 chromosomes sexuels (XX chez la femme et XY chez l’homme. Les gènes, localisés sur les chromosomes, existent donc en double exemplaire dans chacune de nos cellules. L’un provient de notre père et l’autre de notre mère.
C’est au moment de la fécondation, lors de l’union d’un ovule et d’un spermatozoïde que les copies de chromosomes provenant l’une de la mère et l’autre du père se retrouvent.
Prenons l’exemple d’un homme qui aurait un gène normal et un gène muté dans ses chromosomes. La moitié de ses spermatozoïdes aura le gène normal et l’autre moitié, le gène muté .La fécondation peut avoir lieu avec un spermatozoïde qui a le gène normal (avec une probabilité de 50 %) ou avec celui qui a le gène muté (avec la même probabilité de 50 %).
Prenons l’exemple d’une femme qui aurait un gène normal et un gène muté dans ses chromosomes. La moitié de ses ovules aura le gène normal et l’autre moitié, le gène muté . La fécondation peut avoir lieu avec un ovule qui a le gène normal (avec une probabilité de 50 %) ou celui qui a le gène muté (avec une probabilité de 50 %).
Dans ces exemples, le hasard fera que chaque enfant, au moment de sa conception, aura une chance sur deux d’être porteur du gène normal et un risque sur deux d’être porteur du gène modifié.
Ce même hasard fera que dans une fratrie de 4 enfants par exemple (garçons et/ou filles), il pourra y avoir 0, 1, 2, 3 ou 4 enfants porteurs du gène muté ou du gène normal. Toutes les combinaisons sont possibles.
Si la présence d’un seul gène muté suffit pour que le risque de développer un cancer soit plus élevé. On dit que cette transmission est autosomique dominante
QUEL EST LE RAPPORT ENTRE GENES ET CANCER ???
Nos cellules se divisent en permanence. Ceci permet aux nouvelles cellules de remplacer celles qui vieillissent et meurent. Normalement, ce processus est contrôlé par des gènes spécialisés qui agissent comme des interrupteurs “ marche/arrêt ” et produisent le nombre exact et le type de nouvelles cellules nécessaires.
Parfois, le processus de division des cellules fonctionne mal et le contrôle exercé par les gènes se dérègle. Une cellule peut alors commencer à se diviser de façon tout à fait incontrôlée et devenir le point de départ d’un cancer.
Il faut plusieurs modifications différentes, survenant par étapes successives, avant qu’une cellule ne cesse de se diviser normalement.
La plupart de ces modifications sont dues aux agressions sur les cellules par exemple les radiations ,le tabac...
Cependant, si une personne naît avec un gène défectueux, tout se passe comme si ses cellules avaient déjà franchi une première étape, c’est-à-dire qu’un premier événement s’était déjà produit. Il y a donc moins d’étapes nécessaires pour qu’un cancer se développe. Cela signifie que cette personne aura plus de risque que d’autres de développer un cancer et ce, à un âge plus précoce.
Quels sont les gènes impliqués dans le cancer du sein et/ou de l’ovaire ? Parmi les 30 à 40 000 gènes qui constituent le patrimoine génétique de chaque individu, un certain nombre d’entre eux, lorsqu’ils sont altérés, ont un rôle important dans l’apparition et le développement du cancer du sein et/ou de l’ovaire. Ces gènes ne sont pas encore tous connus.
Deux gènes importants sont actuellement identifiés : on les a appelés les gènes BRCA1 et BRCA2 , abréviations de “BReast CAncer ” qui signifie “ cancer du sein ” en anglais. Ces deux gènes ont été respectivement identifiés en 1994 et 1995. Ils sont localisés respectivement dans les chromosomes 17 et 13 . Ils interviennent également dans l’apparition des cancers de l’ovaire.
Dans les années à venir, les biologistes trouveront probablement d’autres gènes impliqués dans le développement du cancer du sein et de l’ovaire et expliqueront mieux la façon dont ils contribuent à l’apparition d’un cancer.
FAUT-IL CONSULTER ??? LES FAMILLES A RISQUE ET LA CONSULTATION GENETIQUE
Les familles pour lesquelles est indiquée une consultation d’oncogénétique présentent un des tableaux cliniques suivants :
présence d’au moins trois cas de cancers (exemple : sein, côlon), chez des personnes apparentées entre elles au 1er ou au 2ème degré, dans la même branche parentale ;
présence de deux cas de cancers chez des personnes apparentées entre elles au 1er degré, associée à l’un au moins des critères suivants : 
survenue précoce d’un des cas de cancers, par rapport à l’âge habituel (par exemple : cancer du sein avant 40 ans ou cancer du côlon avant 50 ans) ; bilatéralité de l’atteinte (pour les organes pairs, le sein par exemple) ; multifocalité de l’atteinte ; survenue de plusieurs cas de cancers chez la même personne (syndrome de tumeurs primitives multiples), en dehors d’un contexte iatrogène évident ; cancer associé à une maladie prédisposante (polypose rectocolique familiale, maladie de Recklinghausen, etc.) ou à un syndrome dysmorphique.
A QUOI CELA VA-T-IL ABOUTIR ??? Options thérapeutiques offertes:
Trois attitudes sont possibles :
1. Ne rien faire ( ou seulement des recommandations générales).
2. Proposer un dépistage systématique (à intervalles réguliers à déterminer) : par exemple, coloscopies systématiques, mammographies, dosage de marqueurs (Ca125)
3. Proposer une chirurgie préventive (sein, ovaires, colon) dont l’efficacité n’a été démontrée que pour le cancer colique et qui est de toutes les façons très traumatisante .
La possibilité d’évaluer les risques des membres de familles atteintes par des prédispositions majeures a l’avantage d’éviter les examens de dépistage inutiles à ceux pour lesquels il a pu être démontré qu’ils n’étaient pas porteurs. Elle permet de cibler la prévention et le dépistage sur les seuls sujets porteurs.
L’AVIS DU PROFESSEUR J.F HERON Citons les études entreprises ayant suscité des espoirs :
La prise de tamoxifène (anti-œstrogène) dans la prévention du cancer du sein, chez les personnes ayant des risques familiaux importants avec des résultats positifs dans une grande étude américaine (NSABP Breast Cancer Prevention Trial P-1) et négatifs dans deux études européennes, (IBIS-1 study and Royal Marsden Hospital trial). La prise d’un autre anti-œstrogène (raloxifène utilisé dans la prévention de l’ostéoporose post- ménopausique), CORE trial La prise d’un anti-androgène (finastéride) pour la prévention du cancer de la prostate, La prise d’anti-inflammatoires non cortisoniques ou d’aspirine dans la prévention du cancer du colon, Les multiples études (le plus souvent décevantes) des rétinoïdes comme agent de prévention des cancers épidermoïdes ORL. Il est encore trop tôt pour dire si de telles études auront un impact ou non sur l’évolution de l’incidence ou de la mortalité par cancer.
SOURCES : Pr J.F. HERON Cancérologie générale CAEN http://www.fnclcc.fr/
Le génome du chien décryptéUne équipe internationale menée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université d'Harvard a annoncé dans la revue Nature le séquençage complet du génome du chien, Canis familiaris. Au cours de la première phase de ce projet qui a débuté il y a deux ans, les généticiens ont commencé par sélectionner un génome de référence. C'est un boxer femelle répondant au nom de Tasha qui a été choisi parce que son ADN, résultat de croisements successifs, était très homogène. Les chercheurs ont ensuite comparé ses variations nucléotidiques - ou polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) - avec celles d'une dizaine d'autres races de chiens et espèces voisines comme le loup et le coyote. C'est ainsi qu'ils ont identifié près de 2,5 millions de SNP dans le génome canin. Mais le travail ne fait que commencer ; il faut maintenant analyser ces SNP de plus près et déterminer quels sont les changements de bases à l'origine des maladies génétiques canines. Si les médecins s'intéressent tant au génome du Canis familiaris, c'est que depuis sa domestication, il y a sans doute 100000 ans, la famille des chiens offre de très grandes variétés morphologique et comportementale ainsi que de nombreuses prédispositions à des maladies génétiques (cécité, surdité, épilepsie, etc) liées à une sélection intensive. Son étude sera donc d'une aide précieuse pour comprendre certains désordres comparables chez l'Homme. Nature / S&T Presse, 09 décembre 05 |
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Électrophorèse
Électrophorèse sur gel : cette technique permet de séparer des molécules en fonction de leur taille (appelée poids moléculaire) en les faisant migrer à travers un gel par application d'un champ électrique. Le courant entraine les molécules et les mailles du gel les freinent. Leur migration dépend donc à la fois de leur taille mais aussi de la concentration du gel; elles iront d'autant plus loin qu'elles sont de petite taille et le gel moins concentré. Cette technique peut être utilisée pour séparer de l'ADN, de l'ARN (gels d'agarose ou d'acrylamide) ou des protéines (gel d'acrylamide).
- Electrophorèse sur gel en gradient dénaturant : Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE)
- Électrophorèse capillaire : Variante d'électrophorèse utilisée pour le séquençage de l'ADN.
Manipulation d'ADN et d'ARN 
- Digestion enzymatique (restriction digest) : technique utilisant des enzymes de restriction pour couper spécifiquement une molécule d'ADN afin de la manipuler ou de la cloner.
- Minipréparation ou miniprep : technique permettant d'extraire de bactéries transformées une petite quantité d'ADN plasmidique.
En fonction de la quantité d'ADN souhaité des midipréparations ou des maxipréparations sont également utilisées.
- Clonage : technique qui consiste à isoler un fragment d'ADN et à le multiplier à l'identique en l'« insérant » dans une molécule d'ADN « porteuse » appelée vecteur permettant son amplification.
- Mutagenèse dirigée : techniques qui permettent de modifier de façon précise et ponctuelle des bases d'un génome.
Amplification [modifier]
- Réaction de polymérisation en chaine : Polymerase chain Reaction (PCR). Cette technique est utilisée pour amplifier de l'ADN, c'est à dire obtenir une grande quantité de copies d'une séquence nucléotidique donnée.
- La RT-PCR peut avoir deux sens distincts :
- PCR en temps réel : Real time PCR.
- Transcription inverse : reverse transcriptase PCR. Cette technique est dérivée de la PCR et permettant de cloner un gène ou de quantifier son taux de transcription (quantité d'ARN présente).
- Amplification aléatoire du polymorphisme de l'ADN : Random amplification of polymorphic DNA (RAPD). Technique d'amplification aléatoire permettant de comparer des ADN génomiques.
Séquençage
- Séquençage de l'ADN : technique permettant de définir l'ordre des nucléotides d'un fragment d'ADN plasmidique ou génomique.
Les différentes méthodes de séquençage :
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- Méthode chimique ou méthode de Maxam et Gilbert
- Méthode enzymatique ou méthode de Sanger
Quantification [modifier]
- Southern blotting : technique utilisant l'électrophorèse sur gel et permettant de détecter des séquences d'ADN particulières. Utilisé fréquemment en biologie moléculaire pour détecter le nombre de copies de transgènes insérés dans le génome d'une cellule ou d'un organisme génétiquement modifié.
- Northern blotting : technique dérivée du Southern blotting utilisée pour détecter et quantifier un type d'ARN donné.
Autres [modifier]
- Le marquage des acides nucléiques.
- Transformation génétique ou transgenèse : technique consistant à introduire un ou plusieurs gènes dans des cellules (par exemple végétales, animales, bactériennes) menant à la transmission du gène introduit, ou transgène, aux générations successives.
- Le polymorphisme de longueur des fragments de restriction (ou RFLP) : technique d'étude du polymorphisme génétique, à la base des "empreintes génétiques" et du " ribotypage".
Manipulation de protéines 
- Western blotting : technique dérivée du Southern blotting utilisée pour détecter et quantifier un type de proteine donné.
- Séquençage des protéines: technique permettant de définir l'ordre des acides aminés d'une séquence polypeptidique.
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Au croisement de la génétique, de la biochimie et de la physique, la biologie moléculaire est une discipline scientifique dont l'objet est la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau moléculaire. Le terme « biologie moléculaire » désigne également l'ensemble des techniques de manipulations d'acides nucléiques (ADN, ARN), appelées aussi techniques de génie génétique.
On abrévie l'expression biologie moléculaire en "bio mol" ou "BM".
La biologie moléculaire est apparue au XXe siècle, à la suite de l'élaboration des lois de la génétique, la découverte des chromosomes et l'identification de l'ADN comme support chimique de l'information génétique.
Après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN en 1953 par James Watson (1928- ), Francis Crick (1916-2004), Maurice Wilkins (1916-2004) et Rosalind Franklin (1920-1958) la biologie moléculaire a connu d'importants développements pour devenir un outil incontournable de la biologie moderne à partir des années 1970.
