Variation génétique et santé
Cours complet · SVT (terminale), chapitre 14 · terminale, spécialité sciences de la vie et de la Terre
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L'information génétique, contenue dans la molécule d'ADN, n'est pas figée. Elle subit en permanence des modifications, appelées mutations, qui sont à l'origine de la diversité du vivant. Ces variations génétiques ont des conséquences importantes sur la santé humaine : elles peuvent être responsables de maladies héréditaires, favoriser l'apparition de cancers, ou encore conférer aux agents pathogènes (bactéries, virus) une capacité d'adaptation qui complique la lutte médicale. Comprendre l'origine et les mécanismes de ces variations constitue un enjeu majeur de santé publique. Ce chapitre étudie successivement l'origine des mutations, leur lien avec certaines maladies génétiques, les prédispositions génétiques aux cancers, puis la variabilité génétique des bactéries et des virus et ses conséquences thérapeutiques.
14.1 L'origine des variations génétiques
14.1.1 Les mutations, source de variabilité
Le génome de chaque individu est constitué d'une séquence de nucléotides. Lors de la réplication de l'ADN ou sous l'effet d'agents extérieurs (rayonnements, substances chimiques), des erreurs peuvent apparaître et modifier cette séquence.
Une mutation est une modification de la séquence des nucléotides de l'ADN. Elle peut concerner un seul nucléotide (mutation ponctuelle : substitution, insertion ou délétion) ou des fragments plus longs de chromosome. Une mutation crée un nouvel allèle d'un gène et constitue la source première de la diversité génétique.
Les mutations surviennent le plus souvent spontanément, à cause des erreurs de la réplication de l'ADN. Leur fréquence est augmentée par des agents dits mutagènes (rayons ultraviolets, rayons X, tabac, certaines substances chimiques). Des systèmes enzymatiques de réparation corrigent la grande majorité des erreurs, ce qui limite le nombre de mutations transmises.
Un agent mutagène est un facteur de l'environnement (physique ou chimique) qui augmente la fréquence d'apparition des mutations dans l'ADN. Les UV, les radiations ionisantes et de nombreuses molécules présentes dans la fumée de tabac en sont des exemples.
14.1.2 Mutations germinales et mutations somatiques
La conséquence d'une mutation dépend du type de cellule dans laquelle elle se produit.
Une mutation germinale affecte les cellules de la lignée germinale (cellules à l'origine des gamètes). Elle est transmissible à la descendance et présente dans toutes les cellules de l'individu issu de ce gamète.
Une mutation somatique affecte une cellule somatique (cellule du corps autre que les gamètes). Elle n'est pas transmise à la descendance, mais se retrouve dans toutes les cellules issues par mitose de la cellule mutée, formant un clone de cellules mutantes.
- Une mutation germinale est héréditaire : elle peut se propager de génération en génération et être à l'origine de maladies génétiques héréditaires.
- Une mutation somatique n'est pas héréditaire mais peut avoir des conséquences locales importantes pour l'individu, notamment dans le développement des cancers.
Une exposition répétée aux UV solaires peut provoquer des mutations dans les cellules de la peau (mélanocytes). Ces mutations somatiques, accumulées au fil du temps, peuvent conduire à l'apparition d'un mélanome. Cette mutation n'est pas transmise aux enfants, mais elle se propage aux cellules filles de la cellule initialement mutée.
14.2 Mutations et maladies génétiques
Certaines mutations germinales touchent des gènes essentiels au fonctionnement de l'organisme et sont responsables de maladies héréditaires. Deux exemples sont au programme : la mucoviscidose et la drépanocytose.
14.2.1 Allèles, génotype et transmission
Un allèle est une version d'un gène, résultant d'une mutation. Le génotype désigne l'ensemble des allèles présents chez un individu pour un ou plusieurs gènes ; on le note par exemple ou . Le phénotype est l'ensemble des caractères observables ; il dépend du génotype et de l'environnement.
Un allèle est dit dominant lorsqu'il s'exprime dans le phénotype même à l'état hétérozygote (présent en un seul exemplaire). Un allèle est dit récessif lorsqu'il ne s'exprime qu'à l'état homozygote (présent en deux exemplaires). Un individu hétérozygote porteur d'un allèle récessif est dit porteur sain.
14.2.2 La mucoviscidose
La mucoviscidose est une maladie génétique due à la mutation du gène CFTR, situé sur le chromosome 7. Ce gène code une protéine membranaire assurant le transport des ions chlorure. La mutation la plus fréquente est une délétion de trois nucléotides entraînant la perte d'un acide aminé dans la protéine. La protéine non fonctionnelle provoque la production d'un mucus épais qui obstrue les voies respiratoires et les canaux pancréatiques.
L'allèle muté est récessif : seuls les individus homozygotes sont malades. Les hétérozygotes sont des porteurs sains. La maladie est dite autosomique récessive.
14.2.3 La drépanocytose
La drépanocytose résulte d'une mutation ponctuelle (substitution) du gène codant la chaîne de l'hémoglobine. Un seul nucléotide est modifié, ce qui remplace un acide glutamique par une valine. L'hémoglobine anormale (HbS) tend à polymériser lorsque la concentration en dioxygène est faible : les hématies prennent alors une forme de faucille, deviennent fragiles et obstruent les petits vaisseaux. Les symptômes sont une anémie et des crises douloureuses.
L'allèle HbS est récessif pour la maladie complète : les homozygotes sont gravement malades. Les hétérozygotes présentent peu de symptômes et bénéficient d'une meilleure résistance au paludisme, ce qui explique la fréquence élevée de cet allèle dans certaines régions touchées par cette maladie.
Méthode : Analyser un arbre généalogique
Pour déterminer le mode de transmission d'un allèle responsable d'une maladie à partir d'un arbre généalogique :
- Repérer si la maladie touche les deux sexes de façon comparable (gène autosomique) ou principalement un sexe (gène lié au sexe).
- Chercher deux parents non atteints ayant un enfant atteint : c'est la preuve que l'allèle est récessif (les parents sont porteurs sains).
- À l'inverse, si tout individu atteint a au moins un parent atteint, l'allèle est probablement dominant.
- Pour un allèle récessif lié au sexe (chromosome X), la maladie touche surtout les garçons, transmise par les mères porteuses.
- Écrire ensuite les génotypes possibles de chaque individu en respectant les déductions précédentes.
14.3 Prédispositions génétiques aux cancers
14.3.1 Le cancer, une maladie d'accumulation de mutations somatiques
Un cancer est une maladie caractérisée par la prolifération anarchique de cellules qui échappent au contrôle de l'organisme. Il résulte de l'accumulation, dans une même lignée cellulaire, de plusieurs mutations somatiques affectant des gènes contrôlant la division cellulaire.
La cancérisation est un processus progressif. Une cellule devient cancéreuse lorsqu'elle a accumulé plusieurs mutations touchant deux grandes catégories de gènes : les gènes accélérant la division (oncogènes) et les gènes freinant la division ou réparant l'ADN (gènes suppresseurs de tumeurs).
Le risque de cancer dépend :
- de l'exposition à des agents mutagènes (tabac, UV, certaines substances), qui augmentent le nombre de mutations somatiques ;
- du hasard, lié aux erreurs de réplication accumulées avec l'âge ;
- de prédispositions génétiques héréditaires, lorsqu'un individu hérite d'une mutation germinale favorisant la cancérisation.
14.3.2 Prédispositions héréditaires
Les gènes BRCA1 et BRCA2 sont des gènes suppresseurs de tumeurs impliqués dans la réparation de l'ADN. Une personne qui hérite d'une mutation germinale sur l'un de ces gènes possède cette mutation dans toutes ses cellules : il lui suffit alors d'accumuler moins de mutations somatiques supplémentaires pour déclencher un cancer. Le risque de cancer du sein et de l'ovaire est ainsi fortement augmenté. Cette prédisposition n'est pas une fatalité : elle indique une probabilité plus élevée, justifiant un suivi médical renforcé.
14.4 Variabilité génétique des bactéries et résistance aux antibiotiques
14.4.1 Antibiotiques et résistance
Un antibiotique est une substance qui tue les bactéries (effet bactéricide) ou bloque leur multiplication (effet bactériostatique). Une bactérie est dite résistante à un antibiotique lorsqu'elle peut se multiplier en présence de cet antibiotique, qui n'a alors plus d'effet sur elle.
La résistance d'une bactérie repose sur la présence d'un allèle (ou d'un gène) de résistance, apparu par mutation ou acquis par transfert. Ce gène peut, par exemple, coder une enzyme dégradant l'antibiotique ou modifier la cible de l'antibiotique.
14.4.2 La sélection des bactéries résistantes
L'antibiotique ne crée pas la résistance : il sélectionne les bactéries déjà résistantes. Au sein d'une population bactérienne, des mutations confèrent au hasard la résistance à quelques bactéries. En présence de l'antibiotique, les bactéries sensibles sont éliminées tandis que les bactéries résistantes survivent et se multiplient. La population devient majoritairement résistante : il s'agit d'un exemple de sélection naturelle observable à l'échelle humaine.
Une culture de bactéries contient initialement une très faible proportion de bactéries résistantes. Après ajout de l'antibiotique, seules ces dernières survivent et se divisent toutes les 20 minutes environ. En quelques heures, la quasi-totalité de la population est résistante. La répétition et le mésusage des traitements antibiotiques accélèrent cette sélection.
14.4.3 Les transferts de gènes
Le transfert horizontal est l'échange de matériel génétique entre bactéries d'une même génération, sans reproduction. Il s'effectue souvent par l'intermédiaire de petits ADN circulaires appelés plasmides, qui portent fréquemment des gènes de résistance. Ce mécanisme permet une diffusion rapide de la résistance, y compris entre espèces bactériennes différentes.
Méthode : Lire un antibiogramme
Un antibiogramme permet de tester la sensibilité d'une bactérie à plusieurs antibiotiques. Sur une boîte de culture ensemencée uniformément, on dépose des disques imprégnés chacun d'un antibiotique. Pour l'interpréter :
- Repérer autour de chaque disque la zone sans bactéries, appelée auréole d'inhibition.
- Mesurer le diamètre de chaque auréole.
- Une grande auréole signifie que la bactérie est sensible à l'antibiotique ; l'absence d'auréole (croissance jusqu'au disque) signifie qu'elle est résistante.
- Choisir pour le traitement l'antibiotique donnant la plus grande zone d'inhibition.
14.4.4 Un enjeu de santé publique
Le développement de bactéries multirésistantes constitue une menace majeure car certaines infections deviennent difficiles à soigner. Pour limiter ce phénomène, il faut : n'utiliser les antibiotiques qu'en cas d'infection bactérienne avérée, respecter les doses et la durée des traitements, et éviter leur usage inutile, notamment dans l'élevage. Ces mesures relèvent d'une responsabilité collective.
14.5 Variabilité des virus et vaccination
14.5.1 La variabilité des virus de la grippe
Les virus, en particulier ceux à ARN comme le virus de la grippe (Influenza), possèdent un taux de mutation élevé car leur enzyme de copie ne corrige pas ses erreurs. De nouveaux variants apparaissent donc continuellement, présentant des protéines de surface modifiées.
Les protéines de surface du virus grippal (hémagglutinine et neuraminidase) sont reconnues par le système immunitaire. Du fait des mutations fréquentes, ces protéines changent d'une année à l'autre : c'est le glissement antigénique. Les anticorps produits lors d'une infection antérieure ne reconnaissent plus le nouveau variant, ce qui explique que l'on puisse contracter la grippe plusieurs fois au cours de la vie.
14.5.2 Vaccination et adaptation des vaccins
Un vaccin est une préparation qui présente à l'organisme un antigène (forme inactivée ou fragment de l'agent pathogène) afin de provoquer une réponse immunitaire et la formation d'une mémoire immunitaire, sans déclencher la maladie. En cas de contact ultérieur avec l'agent pathogène, la réponse est plus rapide et plus efficace.
Parce que les virus de la grippe en circulation changent en permanence, la composition du vaccin doit être réactualisée chaque année. Des organismes de surveillance identifient les souches les plus probables de la saison à venir, et le vaccin est adapté en conséquence. C'est la raison pour laquelle la vaccination antigrippale est renouvelée annuellement, contrairement à d'autres vaccins durables.