Mutagenèse
Définition
La mutagenèse est l'induction d'une mutation par l'action d'un agent mutagène. Elle est la génération de mutations dans le matériel génétique des êtres vivants. La mutagenèse est utilisée en recherche biologique et médicale ainsi que dans la sélection afin d'obtenir les propriétés souhaitées.
Schéma d'une mutagenèse :
La mutagenèse est cette modification du matériel génétique qui est stable et transmissible aux cellules filles résultant de la mitose.
Explications
En génétique, la production de mutations sur l'ADN, clonées ou non, est appelée mutagenèse. Si elle est réalisée in vitro, ladite altération peut être réalisée de manière aléatoire (mutagenèse aléatoire), sur n'importe quelle séquence, ou de manière dirigée (mutagenèse dirigée) sur une séquence connue et en position d'intérêt.
Dans le cas d'une réalisation in vivo, sur des organismes et non sur de l'ADN cloné, elle est donc réalisée à grande échelle et sans connaissance de la séquence, en utilisant des substances appelées mutagènes.
Les lésions générées par les agents mutagènes de mutagenèse peuvent entraîner des changements dans les caractéristiques héréditaires ou l'inactivation de l'ADN. Lorsque l'ADN affecté correspond à des cellules de la lignée germinale, ils sont liés à l'apparition de maladies héréditaires, tandis que les mutations qui surviennent dans les cellules somatiques sont liées à des maladies dégénératives et à des processus cancérigènes.
La mutagenèse vise à analyser les mutations induites par des agents physiques, chimiques et biologiques, à analyser leurs interactions et leurs mécanismes d'action. La raison d'isoler et de caractériser une mutation est de connaître ses conséquences, c'est-à-dire son phénotype. En d'autres termes, les propriétés d'une fonction normale peuvent être apprises grâce aux conséquences de la perturbation ou de la suppression d'un seul gène ou élément génétique.
Histoire
La mutagenèse a été découverte dans les années 1920. Hermann Müller découvrit que les rayons X provoquaient des mutations chez la mouche du fruit Drosophila melanogaster qu'il avait utilisée dans ses études sur la génétique et qu'ils avaient également des effets sur la constitution génétique de l'homme.
La mutagénicité fait référence au degré de capacité d'une condition (substance ou rayonnement) à la mutagenèse.
La mutagenèse chimique a été découverte en 1942 lorsque Carlota Averbach et JM Robson ont découvert que la moutarde à l'azote (un ingrédient des gaz asphyxiants utilisés dans les guerres) produisait des mutations. À la fin de la Seconde Guerre mondiale, on connaissait 30 à 40 composés mutagènes. Il existe actuellement plus de 6 millions de produits chimiques de ce type, dont 500 000 sont utilisés dans les processus de fabrication.
En 1977, la Commission internationale de protection a été créée contre les mutagènes et les cancérogènes présents dans l'environnement, qui se consacre à l'élaboration de normes et de règlements d'évaluation sur l'utilisation et la distribution d'agents chimiques mutagènes.
Mutagenèse conventionnelle
Dans la mutagenèse conventionnelle, le génome d'un être vivant n'est pas spécifiquement modifié. À cet effet, les organismes à cultiver sont mutagènes. Les conditions d'exposition aux mutagènes vont de l'irradiation (par exemple avec la lumière UV) à l'utilisation de substances chimiques ayant une mutagénicité définie. Il est impossible de prédire exactement où dans le génome une mutation surviendra. Au lieu de cela, l'organisme souhaité est recherché via une méthode de criblage. Par exemple, seules les colonies bactériennes mutées qui poussent sur un milieu particulier sont cultivées.
Une autre méthode de mutagenèse aléatoire est la mutagenèse à l'aide d'un transposon. Ce transposon doit être sur un plasmide et la transposase associée doit être en dehors de la région codante du transposon. Des plasmides dits suicides, qui ont un OriV non fonctionnel, sont utilisés pour cette méthode afin d'empêcher la réplication du plasmide. Après la transformation de l'organisme d'intérêt, la transposition intervient dans une région génique aléatoire sur le chromosome bactérien.
Puisque ici les transposons dits composites tels qu'on utilise des Tn5 qui se transposent selon le mécanisme du cut-and-paste, le plasmide est alors interrompu et est éliminé dans la cellule par restriction. Une fois inséré, le transposon reste idéalement dans la région respective du chromosome. Cette méthode est utilisée pour détecter les gènes d'un phénotype spécifique.
Le dépistage des colonies avec des mutations dans ce gène recherché peut déterminer la position exacte sur le chromosome.
Mutagenèse spécifique à un site
Dans le site spécifique, ou une mutagenèse dirigée, à l'aide de techniques d'ADN recombinant a provoqué un changement ciblé dans l'ADN. Des nucléobases individuelles d'un gène peuvent être échangées de manière ciblée ou des gènes entiers ou des segments de gène peuvent être éliminés.
Ce processus est maintenant une méthode largement utilisée en biologie moléculaire, qui a un large éventail d'applications, de la modification d'un gène sur un plasmide à la génération d'organismes transgéniques tels qu'une souris "knock-out".
Ces dernières années, de nouvelles méthodes de mutagenèse ciblée ont été développées, qui sont résumées sous le terme d'édition du génome.
Une étape importante de la biologie moléculaire moderne a été la première description de la mutagenèse spécifique à un site à l'aide d'oligonucléotides pour la synthèse in vitro d'ADN muté en 1978. Pour établir cette technique était le prix Nobel de chimie de Michael Smith en 1993.
Mutagenèse aléatoire
La mutagenèse aléatoire incarne pratiquement le contraire de la mutagenèse dirigée sur un site. Le but de cette méthode est l'échange plus ou moins aléatoire de nucléotides d'une molécule d'ADN afin d'isoler ensuite le pool de clones avec différentes mutations ainsi obtenues avec les propriétés recherchées et de les identifier par séquençage d'ADN ultérieur.
La mutagenèse aléatoire est généralement basée sur l'utilisation d'ADN polymérases sujettes aux erreurs. Le taux de mutagenèse peut également être déterminé par la concentration de nucléoside triphosphate utilisée, l'utilisation d'analogues nucléotidiques ou une addition de Mn2+ être contrôlé. En variante, une mutagenèse spécifique à un site à l'aide de mutations aléatoires ou d'oligonucléotides contenant des analogues nucléotidiques peut être utilisée pour générer des mutations aléatoires à des positions définies dans la matrice d'ADN.
Synonymes, antonymes
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