Variation génétique et santé
Cours complet · SVT (première), chapitre 8 · première, spécialité sciences de la vie et de la Terre
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L'ADN de chaque être humain est le support d'une information héréditaire qui, lors de sa réplication, subit inévitablement des erreurs : les mutations. Ces modifications de la séquence des nucléotides sont la source de la diversité génétique qui a permis l'évolution des espèces. Mais elles constituent aussi, à l'échelle de l'individu, l'origine de nombreuses maladies. Comprendre les mutations, c'est comprendre pourquoi certaines maladies se transmettent de génération en génération, pourquoi un cancer se développe au cours de la vie, et pourquoi les bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques.
Il est essentiel de distinguer deux catégories de mutations selon la cellule où elles surviennent. Une mutation qui touche une cellule de la lignée germinale (celle qui produit les gamètes) sera transmise à la descendance : elle est à l'origine des maladies héréditaires. Une mutation qui touche une cellule somatique (toutes les autres cellules du corps) n'est pas transmise aux enfants, mais peut, en s'accumulant, provoquer un cancer. Ce chapitre explore ces deux versants de la variation génétique et leurs enjeux de santé publique.
8.1 Mutations germinales et mutations somatiques
8.1.1 Deux localisations, deux conséquences
Une mutation est une modification de la séquence des nucléotides de l'ADN. Elle peut être spontanée (erreur non corrigée lors de la réplication) ou induite par un agent mutagène (rayonnements, substances chimiques). Toutes les cellules d'un organisme pouvant muter, la conséquence d'une mutation dépend avant tout de la nature de la cellule concernée.
Une mutation germinale affecte une cellule de la lignée germinale (cellules à l'origine des gamètes, dans les gonades). Présente dans un gamète, elle est transmise à la descendance et se retrouve dans toutes les cellules de l'enfant.
Une mutation somatique affecte une cellule somatique (peau, poumon, intestin…). Elle n'est pas transmise à la descendance ; elle ne concerne que le clone de cellules issu de la cellule mutée par mitoses successives.
8.1.2 La mutation, source de diversité et de maladies
Les mutations sont ambivalentes. À l'échelle des populations et des temps longs, elles créent de nouveaux allèles : elles sont le moteur de la biodiversité et de l'évolution, fournissant la matière première sur laquelle agit la sélection naturelle. À l'échelle de l'individu, une mutation peut être neutre (sans effet), parfois bénéfique, mais aussi délétère lorsqu'elle altère un gène essentiel.
Propriété : Le double visage des mutations
Les mutations sont la source première de la diversité génétique (nouveaux allèles, matière de l'évolution). Mais certaines mutations, en modifiant un gène codant une protéine indispensable, sont à l'origine de maladies : maladies héréditaires (mutations germinales) ou cancers (mutations somatiques).
8.2 Les maladies génétiques héréditaires
8.2.1 Un allèle muté transmis selon les lois de l'hérédité
Une maladie génétique héréditaire est due à un allèle muté d'un ou plusieurs gènes, présent dès la conception dans toutes les cellules. Cet allèle se transmet de parents à enfants selon les lois de l'hérédité mendélienne. Le mode de transmission dépend de deux caractères de l'allèle responsable.
Un allèle est dominant s'il s'exprime dès qu'il est présent en un seul exemplaire (individu hétérozygote malade) ; il est récessif s'il ne s'exprime que présent en double exemplaire (individu homozygote malade ; l'hétérozygote est porteur sain).
L'allèle est autosomique s'il est porté par un chromosome non sexuel (transmission indépendante du sexe), ou lié au sexe s'il est porté par un chromosome sexuel (le plus souvent le chromosome X).
| Mode de transmission | Indice sur l'arbre généalogique | Exemple |
|---|---|---|
| Récessif autosomique | Enfants malades de parents non malades ; garçons et filles également touchés | Mucoviscidose, drépanocytose |
| Dominant autosomique | Chaque malade a un parent malade ; pas de « saut » de génération | Chorée de Huntington |
| Récessif lié à l'X | Surtout des garçons atteints ; transmission par les mères conductrices | Hémophilie, myopathie de Duchenne |
8.2.2 Maladies monogéniques : deux exemples
La mucoviscidose est due à la mutation du gène CFTR (chromosome 7, autosomique récessif). La protéine CFTR, normalement responsable du transport des ions chlorure à travers la membrane, est défectueuse : les sécrétions (mucus) deviennent épaisses et obstruent les voies respiratoires et le pancréas. Un enfant n'est malade que s'il reçoit l'allèle muté de ses deux parents, généralement porteurs sains.
La drépanocytose résulte d'une mutation ponctuelle du gène de la -globine : un seul nucléotide modifié entraîne le remplacement d'un acide glutamique par une valine dans l'hémoglobine. L'hémoglobine anormale (HbS) polymérise en cas de manque d'oxygène et déforme les hématies en « faucille », provoquant anémie et crises douloureuses. La transmission est autosomique récessive.
Une mutation modifie la séquence d'un gène, donc la séquence de la protéine codée. Une protéine non fonctionnelle (canal CFTR, hémoglobine) perturbe une fonction de l'organisme : c'est le phénotype malade. Le lien mutation protéine altérée maladie est la clé de compréhension des maladies génétiques.
8.2.3 Maladies monogéniques et maladies multifactorielles
Toutes les maladies génétiques ne suivent pas des lois simples. On distingue :
- les maladies monogéniques, dues à la mutation d'un seul gène (mucoviscidose, drépanocytose) : leur transmission est prévisible par l'arbre généalogique ;
- les maladies multifactorielles, résultant de l'interaction de plusieurs gènes de prédisposition avec des facteurs de l'environnement et du mode de vie (diabète de type 2, nombreux cancers, maladies cardiovasculaires). Le génotype confère un risque plus ou moins élevé, mais ne détermine pas à lui seul l'apparition de la maladie.
Propriété : Génotype et environnement
Pour les maladies multifactorielles, le phénotype résulte de l'interaction entre le génotype et l'environnement. Un allèle de prédisposition n'est pas une fatalité : agir sur l'environnement (alimentation, activité physique, absence de tabac) réduit le risque.
Méthode : Analyser un arbre généalogique : déterminer un mode de transmission
Face à un arbre où les carrés représentent les hommes, les cercles les femmes, et les symboles colorés les individus atteints, procéder par élimination :
- Dominant ou récessif ? Deux parents non atteints ayant un enfant atteint l'allèle est récessif (les parents sont hétérozygotes porteurs sains). Si tout individu atteint a systématiquement un parent atteint (pas de saut de génération) l'allèle est plutôt dominant.
- Autosomique ou lié à l'X ? Si des filles sont atteintes alors que le père ne l'est pas, ou si les deux sexes sont touchés en proportions égales autosomique. Si presque uniquement des garçons sont atteints, transmis par des mères non malades récessif lié à l'X.
- Vérifier l'hypothèse en écrivant les génotypes de chaque individu : l'hypothèse retenue ne doit conduire à aucune contradiction sur tout l'arbre.
On étudie la transmission d'une maladie sur trois générations.
Analyse. Le couple II-2 (femme saine) II-3 (homme sain) a un enfant atteint (III-2 et III-3) : deux parents non atteints donnent un enfant malade, donc l'allèle est récessif. Des filles sont atteintes (III-3) sans que leur père le soit : l'allèle est donc autosomique (s'il était lié à l'X, le père d'une fille atteinte devrait être malade). Conclusion : transmission autosomique récessive, compatible par exemple avec la mucoviscidose.
8.3 Les cancers : des mutations somatiques accumulées
8.3.1 Une prolifération cellulaire incontrôlée
Dans un tissu sain, les divisions cellulaires sont finement contrôlées : une cellule ne se divise que lorsque c'est nécessaire. Un cancer apparaît quand une cellule somatique échappe à ce contrôle et prolifère de façon anarchique, formant une tumeur.
Le cancer résulte de l'accumulation de plusieurs mutations somatiques dans une même cellule, au fil des divisions. Ces mutations touchent les gènes contrôlant le cycle cellulaire : elles activent les gènes stimulant la division ou inactivent ceux qui la freinent (gènes suppresseurs de tumeur). La cellule se divise alors sans limite : c'est la prolifération tumorale.
Comme ces mutations surviennent dans des cellules somatiques, un cancer n'est pas héréditaire au sens strict : on ne transmet pas la maladie, tout au plus, parfois, un allèle de prédisposition qui augmente le risque. Le caractère progressif (accumulation) explique pourquoi le risque de cancer augmente avec l'âge et avec la durée d'exposition aux agents mutagènes.
8.3.2 Agents mutagènes et agents cancérigènes
Certains facteurs de l'environnement augmentent le taux de mutations : ce sont les agents mutagènes. Lorsqu'ils favorisent l'apparition de cancers, on les qualifie de cancérigènes (ou cancérogènes).
| Agent | Nature | Cancers favorisés |
|---|---|---|
| Tabac | Chimique (goudrons) | Poumon, gorge, vessie |
| Rayons UV (soleil) | Physique (rayonnement) | Peau (mélanome) |
| Amiante | Physique (fibres) | Plèvre (mésothéliome), poumon |
| Certains virus | Biologique (ex. papillomavirus) | Col de l'utérus |
Propriété : Prévention et dépistage
Beaucoup de cancers sont évitables : limiter l'exposition aux agents cancérigènes (ne pas fumer, se protéger du soleil, vacciner contre le papillomavirus) réduit fortement le risque. Le dépistage précoce (mammographie, frottis, coloscopie) permet de détecter et traiter une tumeur avant qu'elle ne se propage : prévention et dépistage sont deux piliers de la santé publique.
8.4 Variabilité des populations : l'antibiorésistance
8.4.1 Des mutations aléatoires préexistantes
Les bactéries se multiplient très vite par divisions successives, avec un taux de mutation non négligeable. Dans une population bactérienne, des mutations aléatoires apparaissent en permanence, indépendamment de tout antibiotique. Certaines confèrent, par hasard, une résistance à un antibiotique donné (par exemple, une enzyme dégradant la molécule). Ces bactéries résistantes existent donc avant tout traitement, en très faible proportion.
L'antibiorésistance est la capacité de certaines bactéries à survivre en présence d'un antibiotique qui, normalement, les tue ou bloque leur multiplication. Elle résulte de mutations aléatoires (ou de l'acquisition de gènes de résistance) préexistantes dans la population.
8.4.2 La sélection par l'antibiotique
L'antibiotique ne crée pas la résistance : il la sélectionne. En présence de l'antibiotique, les bactéries sensibles meurent tandis que les rares bactéries résistantes survivent, se multiplient et deviennent majoritaires. C'est un exemple direct de sélection naturelle observable en quelques heures.
On cultive une population de bactéries. On mesure la proportion de bactéries résistantes à un antibiotique avant l'ajout de l'antibiotique, puis après plusieurs générations en sa présence.
Analyse. Au départ, seulement 1% des bactéries sont résistantes : ces mutantes préexistent à l'ajout de l'antibiotique. Au fil des générations en présence de l'antibiotique, cette proportion croît rapidement pour atteindre 100%. L'antibiotique n'a pas rendu les bactéries résistantes ; il a sélectionné les rares résistantes préexistantes, qui se sont multipliées jusqu'à dominer la population. C'est bien un mécanisme de sélection naturelle.
8.4.3 Un enjeu majeur de santé publique
La multiplication des bactéries résistantes rend certains antibiotiques inefficaces, ce qui menace le traitement d'infections autrefois bénignes. Chaque usage d'antibiotique exerce une pression de sélection favorisant les résistantes ; leur usage excessif ou inadapté accélère donc l'émergence de bactéries multirésistantes.
Propriété : Le bon usage des antibiotiques
Pour limiter l'antibiorésistance, il faut : ne prendre des antibiotiques que sur prescription (ils sont inefficaces contre les virus), respecter la dose et la durée du traitement, et éviter tout usage superflu. « Les antibiotiques, c'est pas automatique » : chaque usage évité réduit la pression de sélection.
8.5 Bilan
Les variations génétiques, issues des mutations de l'ADN, ont un double visage : elles sont la source de la diversité du vivant, mais aussi l'origine de nombreux problèmes de santé. Selon la cellule touchée, leurs conséquences diffèrent radicalement : germinales, elles se transmettent à la descendance et causent des maladies héréditaires ; somatiques, elles restent confinées à un clone cellulaire et peuvent, en s'accumulant, provoquer un cancer. À l'échelle des populations bactériennes, la sélection de mutants résistants par les antibiotiques illustre, en temps réel, le pouvoir de la sélection naturelle et constitue un enjeu de santé publique majeur.
Propriété : Synthèse du chapitre
- Une mutation modifie la séquence de l'ADN. Germinale, elle est transmise à la descendance ; somatique, elle ne l'est pas.
- Les maladies génétiques héréditaires sont dues à un allèle muté transmis selon les lois de l'hérédité (dominant/récessif, autosomique/lié à l'X). Exemples monogéniques : mucoviscidose, drépanocytose. Les maladies multifactorielles résultent de l'interaction gènes environnement.
- Un arbre généalogique permet de déterminer le mode de transmission : deux parents sains enfant atteint = allèle récessif ; sexes touchés à égalité = autosomique.
- Un cancer provient de l'accumulation de mutations somatiques dérégulant le cycle cellulaire (prolifération incontrôlée). Les agents cancérigènes (tabac, UV, amiante) augmentent le risque ; prévention et dépistage le réduisent.
- L'antibiorésistance s'explique par des mutations aléatoires préexistantes et la sélection des résistantes par l'antibiotique. Le bon usage des antibiotiques est un enjeu de santé publique.