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Dossier pédagogique

(dossier pédagogique - pdf / flyer de l'exposition - pdf)

Qu'est-ce que www.chromosomewalk.ch ?

www.chromosomewalk.ch, au fil du génome humain, est une exposition virtuelle interactive et ludique, qui s'adresse à tous les curieux de 9 à 99 ans. 

www.chromosomewalk.ch permet de (re)découvrir, de chromosome en chromosome, le monde des gènes, des protéines et de la bioinformatique. 
La bioinformatique est une discipline qui s'appuie sur des outils informatiques pour stocker, analyser et visualiser des données biologiques (plus d'info ).
www.chromosomewalk.ch, c'est...
www.chromosomewalk.ch est la suite d'une exposition en plein air qui avait eu lieu à Genève, Lausanne, Neuchâtel et Divonne entre 2008 et 2010 (quelques photos souvenir). 

Quelques notions de biologie et quelques chiffres

Tout être vivant est composé de cellules comme une maison est faite de briques. La cellule constitue l’unité de base de tout organisme, des bactéries aux êtres humains 
en passant par les plantes et les champignons.

Chaque être humain est composé de quelque 100'000 milliards de cellules. Issues de la fécondation d’un ovule par un spermatozoïde, toutes nos cellules à l’exception 
des cellules sexuelles contiennent  23 paires de chromosomes – 23 chromosomes provenant de notre mère et 23 de notre père (liste des chromosomes humains).

Un chromosome peut être comparé à une pelote plus ou moins compacte dont le fil est l’ADN. 
Nous possédons environ 2 m d'ADN dans chacune de nos cellules, répartis entre nos 2 x 23 chromosomes. 
Un ovule contient 1 m d'ADN tout comme un spermatozoïde ! Notre corps contiendrait environ 1.3 kg d'ADN. 

Au moment de la divison cellulaire, les chromosomes sont sous leur forme la plus compactée. Ils sont alors visibles au microscope 
soit sous forme de bâtonnets soit sous forme de 'double bâtonnets' en 'X' lorsque l'ADN est dupliqué.
 
Grâce à des colorants spécifiques, des bandes sombres et claires alternées apparaissent sur le chromosome. La topographie de ces bandes chromosomiques est caractéristique d'un chromosome (en plus de sa taille) et permet de l'identifier (les chromosomes humains sur le site Ensembl / caryotype 'fille' et caryotype 'garçon' / le chromosome 1 sur le site www.chromosomewalk.ch). L’ADN est une succession de nucléotides liés les uns aux autres par des liaisons chimiques. Il existe quatre nucléotides différents - l’adénine, la cytosine, la guanine et la thymine - symbolisés respectivement par les lettres A, C, G et T. L’ordre des nucléotides dans l’enchaînement est très précis : il est le support de l’information génétique. L'ADN d'une cellule contient 3 milliards de nucléotides (x2) répartis sur les 23 chromosomes (x2). C’est ce qui constitue notre identité biologique et le patrimoine génétique que nous transmettons à nos enfants, c'est-à-dire notre génome (plus d'info). Dans ce 'texte' de 3 milliards de nucléotides sont cachées les informations nécessaires au développement, au bon fonctionnement et à la reproduction de nos cellules, en particulier les gènes codant pour des protéines (plus d'info). Un gène est un morceau d'ADN qui contient une recette pour fabriquer entre autres une ou plusieurs protéines. En cas de besoin, un gène peut être 'phocopié', puis la photocopie, appelée ARN messager peut être modifiée (épissage) avant d'être utilisée par la cellule pour fabriquer une protéine. Les informations pour fabriquer les protéines ne représentent que 5 % de notre ADN ! (plus d'info) Les êtres humains possèdent quelques 20'000 gènes codant plusieurs centaines de milliers de protéines différentes qui ont chacune un rôle spécifique. Une première est impliquée dans la coagulation du sang, alors qu'une deuxième transporte l'oxygène. Une troisième protéine intervient dans la digestion tandis qu'une quatrième transmet un signal nerveux. Le même génome dans toutes les cellules Bien que partageant une même origine et un même génome, nos cellules se spécialisent au cours du développement embryonnaire pour devenir des cellules du coeur, des cellules du cerveau ou encore des cellules de l’intestin. Comment ? Elles ne vont tout simplement pas activer les mêmes gènes au même moment (notion de protéome) Le même génome chez tous les être humains ? Grâce à des outils bioinformatiques, il est possible de comparer les génomes entre eux: en moyenne, on estime à environ 0.1 % de différence entre les génomes de 2 individus (soit entre 2.5 et 3 millions de lettres différentes). Et ces différences peuvent faire toute la différence !(plus d'info)

Le génome humain, les gènes et www.chromosomewalk.ch

Le génome humain contient environ 20'000 gènes codant pour des protéines.
 
250 gènes ont été sélectionnés pour www.chromosomewalk.ch comme points de départ pour découvrir le génome humain et la bioinformatique.
 
Les flèches visibles à côté du chromosome indiquent la position de ces gènes sur le chromosome (exemple).
La plus grande flèche amène toujours à un dossier complet abordant plusieurs concepts, le plus souvent en lien avec le gène en question.
En cliquant sur les 'triangles', vous avez accès à: 
Par défaut, c'est le gène avec le dossier complet ('grand triangle') qui apparaît à l'écran lorsque qu'un chromosome est sélectionné.
www.chromosomewalk.ch est régulièrement mise à jour et de nouvelles histoires sont ajoutées en fonction de l'actualité scientifique.

Les thèmes des dossiers de l'exposition (par chromosome)

Chromosome 1 L'odyssée du génome humain 
Début de la séquence du chromosome 1
Biologie - Qu’est-ce que le génome humain ; Historique du séquençage du génome humain
Bioinformatique - Rôle de la bioinformatique ; Liens vers des séquences stockées dans les banques de données.

Chromosome 2 Le colosse des protéines 
Gène : TTN (titine) 
Biologie - La plus grande protéine humaine 
Bioinformatique - Portrait-robot d’une protéine : comment prédire la fonction d'une protéine grâce à sa séquence en acides aminés

Chromosome 3 Aux limites de la bioinformatique 
Gène : GHRL (ghréline)
Biologie - Régulation de l’appétit ; 1 gène -> 1 protéine ? 
Ce que la bioinformatique ne peut pas encore prédire

Chromosome 4 Gène, dis-moi qui tu es et je te dirai d'où tu viens 
Gène : CSN1S1 (caséine) 
Biologie - Histoire de l’apparition du placenta et de la lactation
Bioinformatique - Comment comprendre l’évolution de certains processus biologiques en étudiant les séquences des gènes

Chromosome 5 Gène? où es-tu ?  
Gène : DROSHA
Biologie - De la séquence ADN à la séquence en acide aminé; le code génétique
Bioinformatique - Comment prédire l’existence d’un gène dans le génome ?

Chromosome 6 L'invisible en mouvement  
Gène : HLAB
Biologie - Les protéines ‘bougent’
Bioinformatique - Concevoir des médicaments ou des vaccins en connaissant la forme d’une protéine et ses mouvements dans l’espace
Vidéo de protéines en mouvement , Vidéo simulant l'interaction entre 2 protéines (système HLA) 

Chromosome 7 Un gène pour le dire  
Gène : FOXP2 
Biologie - L’histoire d’un gène indispensable à la parole
Bioinformatique - Un outil essentiel (Blast): recherche de séquences de gènes ou de protéines similaires

Chromosome 8 Une orange? ça vous dit ? 
Gène : GULOp  
Biologie - L’origine de notre dépendance à la vitamine C ; notion de pseudogène
Bioinformatique - Visualiser les étapes de la fabrication de la vitamine C
Liens vers les Voies métaboliques 

Chromosome 9 L'art et la bioinformatique  
Gène : COL15A1 (collagène)
La bioinformatique comme source d’inspiration artistique
Vidéo 'la musique des protéines' 
 
Chromosome 10 Gène...éthique  
Gène : CYP2C19 (cytochrome)  
Biologie - Réponse aux médicaments: chaque individu est différent
Dépistage génétique (pharmacogénétique) et questions éthiques

Chromosome 11 Du papyrus à l'internet  
Gène : INS (insuline) 
Biologie - L'insuline
Bioinformatique - L'histoire des banques de données 

Chromosome 12 L'histoire de la vie  
Gène : RPS26 (protéine du ribosome)
Biologie - La notion d'ancêtre commun et de LUCA 'The Last Universal Ancestor'; les gènes ‘universels’  
Bioinformatique - Comment établir les liens de parenté entre différentes espèces

Chromosome 13 Le chromosome du septième ciel ?  
Gène : HTR2A  codant pour la protéine 5-HT-2A associé à certaines dépressions  
Biologie - Comment ressentons-nous le bonheur ?
Biologie / Bioinformatique - A la recherche des effets secondaires d’un médicament

Chromosome 14 Les métiers de la bioinformatique    
Exemples de métiers et formations

Chromosome 15 T'as de beaux yeux, tu sais  
Gène : HERC2   
Biologie - Une des origine génétique des yeux bleus
Bioinformatique - Comment étudier les populations humaines et leur migration ?

Chromosome 16 Ces gènes, vestiges du passé  
Gène : VN1R3 (récepteur aux phéromones) 
Biologie - Les phéromones; notion de pseudogène
Bioinformatique - Repérer des gènes inactifs dans le génome

Chromosome 17 La bioinformatique pour lire le passé  
Gène : COL1A1 (collagène)  
Biologie - Ce que nous raconte le collagène sur les liens de parenté entre le tyrannosaure et le poulet
Bioinformatique - Identifier une protéine à partir d'un fossile et classification des espèces

Chromosome 18 Etre ou ne pas être  
Gène : BCL2    
Biologie - La mort cellulaire programmée (apoptose)
Bioinformatique - Visualiser les réseaux d’interaction entre protéines (les protéines et leurs 'réseaux sociaux')

Chromosome 19 Notre sang à 7h59  
Gène : APOE
Biologie - Nos cellules sont spécialisées; notion de protéome
Biologie / Bioinformatique - Analyser les protéines contenues dans un tissu

Chromosome 20 Le prion, une protéine aux deux visages  
Gène : PRN (prion)  
Biologie - Un agent infectieux pas comme les autres: le prion
Bioinformatique - Modéliser la forme d’une protéine; lien entre la forme et la fonction d'une protéine

Chromosome 21 Les protéines : nos ouvrières   
Gène : APP 
Biologie - La fonction des protéines
Bioinformatique - Prédire la fonction d’une protéine

Chromosome 22 Mon génome, ton génome, son génome? Et après ?  
Fin de la séquence du chromosome 22  
Les perspectives de la bioinformatique et de la recherche en génomique

Chromosomes XX Le sexe féminin par défaut ? 
Début de la séquence du chromosome X 

Chromosomes XY  Homme ou femme? une affaire d'angle 
Gène : SRY 
Biologie - Les paires de chromosomes sexuels XX et XY 
Bioinformatique - Modéliser la structure des protéines interagissant avec l’ADN

Les différents dossiers de l'exposition classés par thèmes

Séquençage du génome humain et bioinformatique 
Historique et perspectives du séquençage du génome humain – chromosome 1  et chromosome 22
Outils clés de la bioinformatique – chromosome 11 (les banques de données) et chromosome 7 (Blast) 
Prédiction de gène - chromosome 5
Les limites de la bioinformatique - chromosome 3
Technologie nécessitant l'usage de la bioinformatique (protéomique) - chromosome 19 
Les métiers de la bioinformatique – chromosome 14

Généralités sur les gènes et les protéines 
Définitions du gène et de la protéine – chromosome 5, chromosome 21, et chromosome 2

Les protéines en 3D... et en mouvement
Les protéines en 3D et en mouvement – chromosome 6
Lien entre la forme et la fonction d'une protéine, le prion – chromosome 20
Importance de la structure 3D d'une protéine – chromosomes XY
Vidéo de protéines en mouvement , Vidéo simulant l'interaction entre 2 protéines  

Les médicaments (design, pharmacogénétique, effets secondaires,)
Modéliser un médicament(drug design)- chromosome 6
Pharmacogénétique - chromosome 10
Effets secondaires - chromosome 13
 
Au fil du temps – notion d’évolution
L'arbre de la vie - chromosome 12, et chromosome 17
L'évolution des gènes et les migrations humaines - chromosome 15
L'évolution d'un processus biologique - chromosome 4
Notion de pseudogène - chromosome 8 et chromosome 16

Au sujet des maladies génétiques 
Chromosome 13 et chromosome 10 
La trisomie 21 - chromosome 21
Une maladie un peu particluière (le prion) - chromosome 20
Rechercher: maladie  

La mort cellulaire programmée (apoptose) 
Chromosome 18

Les chromosomes sexuels
Chromosomes XX et chromosomes XY

L'éthique
Chromosome 10 et chromosome 22

L’art et la bioinformatique 
Chromosome 9


Propositions de balade

- Rechercher 'histone' (résultat) 
- On découvre qu'il existe plusieurs gènes codant pour les histones et que les histones sont des protéines autour desquelles s'enroule l'ADN
- Cliquer par exemple sur le 'chromosome 4' (résultat) 
- Cliquer sur le lien 'Bioinformatique expert': la structure 3D de l'histone entourée d'ADN peut être visualisée en cliquant sur 'view in Jmol'(ressource PDB) (résultat).

Autres recherches intéressantes : alcool, sommeil, rythme, muscle, hormone, maladie, fécondation, cytokine.


Coin pratique

Le contenu de chaque dossier ainsi que la liste des gènes cités pour un chromosome donné peuvent être imprimés (avec ou sans les images) en cliquant sur l’icône ‘impression’. 

www.chromosomewalk.ch a été conçu par le SIB Institut Suisse de Bioinformatique en 2012
 Qui sommes-nous ? Pour toute information (visites guidées, questions, suggestions,…) n’hésitez pas à nous contacter ! Un tout grand merci à nos sponsors! Ce dossier pédagogique est en ligne ici et disponible en version pdf. Retour à l'exposition www.chromosomewalk.ch. Retour aux ateliers de bioinformatique (Des génomes et des protéines).


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