Fiche de révision : Principes fondamentaux de la génétique moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Organisation du cours et modalités
2. Travaux pratiques de génétique moléculaire 2026
3. Examen et ressources autorisées
4. Rôle de la génétique moléculaire dans le vivant
5. Objectifs du cours et notions visées
6. Organismes modèles et raisons du choix
7. Phages et bactéries en culture et observation
8. Cycle lytique du phage T4 et one-step growth
9. Expérience Hershey-Chase et transfert de l’ADN
10. Multiplicité d’infection et croisements de phages
11. Comptage des microorganismes et concepts de base
12. Exercice de propagation des phages et calculs

📖 1. Organisation du cours et modalités

🔑 Notions clés & Définitions

• Moodle : Plateforme où sont déposés les documents, fichiers de diaporamas et protocoles, et où se font certaines inscriptions.
• Mediaserver : Service où les enregistrements des cours sont mis à disposition, normalement accessibles après publication.
• Répétitoires : Séances de résolution de problèmes où les exercices servent de modèle direct pour les questions d’examen.
• Enregistrements privés : Enregistrements réalisés par les étudiant-es qui sont interdits, comme pour tous les cours de la Section de Biologie.

📝 Points essentiels

• La communication se fait par annonces/forum visibles pour tout le monde, tandis que l’email est découragé.
• Les cours sont principalement enseignés par F. Steiner et R. Loewith, avec contributions de S. Hoogendoorn.
• Les répétitoires ont lieu jeudi 9.15-10.00 et portent sur la résolution de problèmes.
• Les cours sont normalement enregistrés et disponibles sur Mediaserver, mais la présence reste recommandée surtout pendant les répétitoires.
• Les enregistrements privés sont strictement interdits pour les cours de la Section de Biologie.
• La distribution indique 1h le lundi et le mercredi, et 2h le jeudi pour le printemps 2026.

💡 Astuce mémo

Forum visible = infos publiques; email = non.

📖 2. Travaux pratiques de génétique moléculaire 2026

🔑 Notions clés & Définitions

• Salle 035 Sciences III : Lieu indiqué pour les séances de travaux pratiques de génétique moléculaire 2026.
• Groupes J et V : Deux groupes d’étudiant-es pour les TP, répartis selon l’ordre alphabétique et le jour de séance.
• Binôme de 2 étudiant-es : Organisation obligatoire des TP où chaque séance se fait à deux.
• PROTOCOLE Moodle : Fichiers de protocole accessibles sur Moodle et à lire avant chaque séance.

📝 Points essentiels

• Les TP sont obligatoires pour les biologistes.
• Les séances ont lieu jeudi ou vendredi de 14:00 à 18:00, et non pas à 14:15.
• 1ère séance : 19 et 20 février 2026.
• 2ème séance : 26 et 27 février 2026.
• 3ème séance : 5 et 6 mars 2026.
• 4ème séance : 12 et 13 mars 2026.

💡 Astuce mémo

TP = lire protocole avant + binôme obligatoire.

📖 3. Examen et ressources autorisées

🔑 Notions clés & Définitions

• Examen anonyme : Examen identifié par numéro d’immatriculation UNIGE plutôt que par le nom.
• Page de notes A4 : Support autorisé pour l’examen, limité à une page recto-verso.
• Matériel : Équipement personnel autorisé ou non pendant l’examen, avec une exception pour la page de notes.
• Livres sources d’images : Ouvrages cités comme sources de nombreuses images utilisées dans le cours.

📝 Points essentiels

• L’examen comporte des exercices intégrant des éléments discutés dans plusieurs parties du cours.
• Les questions sont similaires aux exercices faits pendant les répétitoires.
• Les parties du cours valent 30 points et les TP 3 points.
• Biologistes : 33 points total, biochimistes : 30 points total avec barème multiplié par 33/30.
• L’examen est en principe sans matériel, mais une page de notes A4 recto-verso est autorisée.
• L’identification se fait via le numéro d’immatriculation UNIGE, à avoir sur soi.

💡 Astuce mémo

Anonyme = UNIGE sur soi + A4 recto-verso.

📖 4. Rôle de la génétique moléculaire dans le vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie du vivant : Cadre où la génétique moléculaire est présentée comme un élément central.
• Code génétique : Concept reliant l’information génétique à la production de fonctions biologiques via la traduction.
• Régulations : Mécanismes qui contrôlent l’activité des séquences d’ADN et donc l’expression des gènes.
• Génétique quantitative : Approche utilisant statistiques et calculs de probabilités pour analyser des phénomènes génétiques.

📝 Points essentiels

• La génétique moléculaire intègre l’évolution, la théorie physique de l’hérédité, le code génétique et les régulations.
• Elle est décrite comme une science quantitative reposant sur statistiques et probabilités.
• La génétique classique repose sur les allèles et les croisements.
• Le cours souligne un “vide” entre le caractère observé et le gène dans la génétique classique.
• La génétique moléculaire comble ce vide en reliant génétique et biochimie.
• Elle s’appuie sur des manipulations simples et l’usage d’organismes modèles.

💡 Astuce mémo

Classique : caractère→croisement; moléculaire : caractère→gène→biochimie.

📖 5. Objectifs du cours et notions visées

🔑 Notions clés & Définitions

• Organismes modèles : Systèmes expérimentaux utilisés pour tester des prédictions à partir de phénotypes et de mécanismes.
• Gène (définition expérimentale) : Entité dont on cherche la définition à partir d’expériences plutôt que seulement par intuition.
• Mutations : Variations génétiques dont on étudie l’origine moléculaire et les effets fonctionnels.
• Épigénétique : Couche de régulation étudiée comme complément à la génétique pour expliquer des différences d’expression.

📝 Points essentiels

• Les organismes modèles servent à planifier des expériences qui testent des prédictions.
• Un même phénotype peut provenir de génotypes différents et d’environnements cellulaires différents.
• Le cours vise à comprendre comment définir expérimentalement ce qu’est un gène.
• Les mutations peuvent entraîner une perte ou un gain de fonction.
• Le cours traite des mécanismes qui règlent la réplication de l’ADN.
• Les régulations agissent en trans via des facteurs diffusibles et en cis via des séquences régulatrices.

💡 Astuce mémo

Phénotype ≠ génotype unique : contexte + génotypes multiples.

📖 6. Organismes modèles et raisons du choix

🔑 Notions clés & Définitions

• Phages T4 et λ : Virus bactériens utilisés comme organismes modèles pour étudier reproduction et hérédité.
• Escherichia coli : Bactérie modèle citée pour les expériences de génétique moléculaire.
• Saccharomyces cerevisiae : Levure modèle citée pour les approches génétiques et moléculaires.
• Caenorhabditis elegans : Organisme multicellulaire modèle cité pour élargir les études au-delà des systèmes simples.

📝 Points essentiels

• Les phages T4 et λ, E. coli et Saccharomyces cerevisiae sont listés comme organismes modèles.
• Des organismes multicellulaires cités incluent Caenorhabditis elegans et Mus musculus.
• Bactéries et phages sont présentés comme pertinents pour les écosystèmes, la santé humaine et la synthèse de produits organiques.
• Le cours relie l’intérêt des modèles à la reproduction et à l’hérédité.
• Les systèmes modèles permettent d’étudier des principes génétiques grâce à la possibilité d’identifier des mutations très rares.
• Le cours pose des questions directrices : sexuel ou non-sexuel, nature et transfert de la matière génétique.

💡 Astuce mémo

Modèles = questions clés : reproduction/hérédité + rare mutations.

📖 7. Phages et bactéries en culture et observation

🔑 Notions clés & Définitions

• Boîtes de Pétri : Supports solides où l’on dépose des individus isolés pour obtenir des colonies.
• Gazon bactérien : Couche de croissance bactérienne utilisée comme “fond” pour révéler les plaques de lyse des phages.
• Plaque de lyse : Zone de clairière sur un gazon bactérien due à l’action de phages sur des bactéries sensibles.
• Phages parasites obligatoires : Phages incapables de se multiplier sans bactéries sensibles présentes.

📝 Points essentiels

• On observe des populations via croissance en milieu liquide, microscopie (comptage et morphologie) et croissance à partir d’individus isolés sur milieu solide.
• Les boîtes de Pétri permettent d’obtenir des colonies à partir d’individus isolés.
• Les phages forment des plaques de lyse sur un gazon bactérien.
• Les phages ne peuvent se multiplier qu’en présence de bactéries sensibles.
• Le cours relie la plaque à des centres infectieux qui mènent à la lyse.
• La croissance intracellulaire et la lyse sont utilisées pour quantifier la production de phages.

💡 Astuce mémo

Liquide = population; solide = colonies; phages = plaques sur gazon.

📖 8. Cycle lytique du phage T4 et one-step growth

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle lytique : Séquence d’étapes menant de l’infection à la lyse et à la libération de nouveaux phages.
• One-step growth : Expérience de croissance synchronisée où la production de phages est observée comme un processus discontinu.
• Latence : Période entre l’infection et la lyse, pendant laquelle des phages s’accumulent avant d’être détectés comme particules intacts.
• Éclipse : Phase de la latence où les phages intacts ne sont pas détectés, associée à une disparition transitoire.

📝 Points essentiels

• Le chromosome de T4 est décrit comme un ADN linéaire.
• La croissance du phage T4 est présentée comme discontinue, avec lyse programmée des bactéries infectées.
• Dans un one-step growth, on infecte avec une multiplicité moyenne de 1 phage pour 10 bactéries (moi = 0.1).
• Après dilution, on étale à différents temps avec assez de bactéries pour former un gazon.
• La latence est divisée en deux phases : éclipse puis période de maturation.
• Le cours indique qu’après ~25 min les bactéries infectées lysent en solution et que chaque phage libéré donne une plaque.

💡 Astuce mémo

Latence = éclipse (zéro phage intact) puis maturation (phages intacts).

📖 9. Expérience Hershey-Chase et transfert de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Hershey-Chase : Expérience de 1952 utilisant des phages marqués pour déterminer quelle partie pénètre dans les bactéries.
• Marquage 35S : Marquage utilisé pour suivre les protéines du phage via le soufre radioactif.
• Marquage 32P : Marquage utilisé pour suivre l’ADN du phage via le phosphore radioactif.
• Culot et surnageant : Fraction séparée après mélange et centrifugation, utilisée pour localiser protéines et ADN.

📝 Points essentiels

• L’expérience Hershey-Chase (1952) montre que l’ADN du phage entre dans les bactéries et se retrouve dans la progéniture.
• Les protéines marquées au 35S sont retrouvées surtout dans le surnageant.
• L’ADN marqué au 32P est retrouvé dans les bactéries (culot) et dans la progéniture.
• Le protocole inclut un mélange puis une étape de spin/centrifugation.
• Le cours associe les protéines marquées à des “fantômes” dans le surnageant.
• Le cours associe l’ADN marqué à la fraction bactérienne et aux descendants.

💡 Astuce mémo

35S = dehors (surnageant); 32P = dedans (culot + progéniture).

📖 10. Multiplicité d’infection et croisements de phages

🔑 Notions clés & Définitions

• Multiplicité d’infection : Nombre moyen de phages par bactérie utilisé pour contrôler le niveau d’infection dans une expérience.
• Croisements de phages : Approche où des phages génétiquement différents co-infectent pour analyser des résultats génétiques.
• État diploïde transitoire : Situation transitoire décrite quand la multiplicité d’infection est élevée, permettant des interactions entre génomes.
• Phages génétiquement différents : Deux populations de phages utilisées ensemble pour produire des plaques et des phénotypes mélangés.

📝 Points essentiels

• Le cours définit la multiplicité d’infection (MOI) comme le nombre de phages par bactérie.
• Une haute MOI permet de faire des croisements entre phages génétiquement différents.
• Le cours relie une haute MOI à un état diploïde transitoire.
• En infection mixte, les centres infectieux pendant la latence donnent des plaques “mottled”.
• Les plaques mélangées permettent d’isoler ensuite des phages génétiquement purs par dilution.
• Le cours illustre des valeurs de MOI comme 0.1 (1 phage/10 bactéries) et 10 ou 8 pour comparer les résultats.

💡 Astuce mémo

MOI haut = “diploïde transitoire” = croisements possibles.

📖 11. Comptage des microorganismes et concepts de base

🔑 Notions clés & Définitions

• Clone : Population descendante issue d’un individu unique.
• Centres infectieux : Unités à l’origine des plaques, correspondant à des bactéries infectées ou à des phages libres selon le moment.
• Plaques : Unités de comptage pour les phages, correspondant à des événements infectieux menant à une lyse.
• Multiplication discontinue : Caractéristique de la multiplication des phages où la production n’est pas continue dans le temps.

📝 Points essentiels

• Le cours demande comment compter des microorganismes via colonies (bactéries/levure) et plaques (phages).
• Un clone correspond à une population descendante d’un individu.
• La multiplication des phages est décrite comme un processus discontinu.
• Le cours relie la croissance du phage à des centres infectieux qui déterminent le nombre de plaques.
• La notion de latence relie une bactérie infectée à la formation d’une plaque.
• Le cours relie une haute MOI à un état diploïde transitoire.

💡 Astuce mémo

Clone = descendance d’un individu; plaques = événements infectieux comptables.

📖 12. Exercice de propagation des phages et calculs

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution 1000x : Facteur de dilution appliqué aux échantillons avant étalement pour estimer le nombre de phages infectieux.
• CHCl3 : Traitement mentionné comme tuant les bactéries mais pas les phages, utilisé pour distinguer phases du cycle.
• Centrifugation 2000g : Étape de séparation à basse vitesse utilisée pour répartir phages entre surnageant et culot.
• Gazons sur boîtes : Croissance bactérienne suffisante sur les boîtes pour révéler les plaques après étalement.

📝 Points essentiels

• Le problème décrit l’infection de 10^7 bactéries E. coli avec 10^8 phages T4 dans 10 ml de milieu.
• Des échantillons de 100 μl sont prélevés à des temps précis, puis dilués 1000 fois et étalés sur des boîtes avec bactéries indicatrices.
• Le cours demande de calculer le nombre de plaques observées pour plusieurs conditions temporelles (1 min, 15 min, 60 min).
• Le traitement au CHCl3 est utilisé pour distinguer les phages présents selon la latence et l’éclipse.
• Une condition inclut un prélèvement à 5 min suivi d’une centrifugation à 2000g pendant 10 min, avec étalement du surnageant et du culot.
• Le problème est explicitement donné comme exercice à faire pour jeudi 19.02.26.

💡 Astuce mémo

Temps + dilution + traitement = plaques; CHCl3 coupe bactéries, pas phages.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

MOI et conséquences sur l’infection

Localisation dans Hershey-Chase

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre colonies et plaques : colonies viennent d’individus isolés sur milieu solide, plaques viennent de la lyse par phages sur un gazon.
2. Croire que les phages sont détectables immédiatement : pendant l’éclipse, il n’y a pas de phages intacts.
3. Inverser les rôles des marqueurs Hershey-Chase : 35S suit les protéines (surnageant) et 32P suit l’ADN (culot + progéniture).
4. Penser qu’une haute MOI est inutile : elle sert précisément aux croisements via un état diploïde transitoire.
5. Oublier que CHCl3 tue les bactéries mais pas les phages : cela change ce qu’on peut compter selon le temps prélevé.
6. Confondre centres infectieux et particules virales : les centres infectieux sont à l’origine des plaques, tandis que les particules virales reflètent la production après maturation.

✅ Checklist Examen

1. Savoir décrire les modalités de communication (annonces/forum) et les règles d’enregistrement (pas d’enregistrements privés).
2. Connaître l’organisation des TP : salle, horaires, binômes, obligation biologistes, et lecture du protocole avant séance.
3. Savoir placer au moins les dates des séances de TP et distinguer les groupes J et V (jeudi vs vendredi après-midi).
4. Maîtriser la structure de l’examen : exercices multi-parties, similarité avec répétitoires, barème cours vs TP, et conditions d’anonymat.
5. Savoir quelles ressources sont autorisées : page de notes A4 recto-verso et absence de matériel en principe, avec numéro UNIGE obligatoire.
6. Connaître les idées clés sur le rôle de la génétique moléculaire : intégration (évolution, code génétique, régulations) et approche quantitative (statistiques/probabilités).
7. Savoir les objectifs du cours : définition expérimentale du gène, mutations perte/gain, réplication de l’ADN, régulation trans/cis, passage à la génomique, analyse multi-gènes, épigénétique.
8. Savoir quels organismes modèles sont cités (phages T4/λ, E. coli, S. cerevisiae, C. elegans, Mus musculus) et pourquoi ils sont utilisés.
9. Savoir comment “voir” les microorganismes : milieu liquide, microscopie, colonies sur boîtes de Pétri, plaques de lyse sur gazon, et rôle des bactéries sensibles.
10. Connaître le cycle lytique de T4 : latence discontinue, éclipse vs maturation, lyse programmée, et lien avec one-step growth.
11. Savoir l’expérience Hershey-Chase : 1952, 35S protéines surtout surnageant, 32P ADN dans culot et progéniture, et séparation culot/surnageant.
12. Savoir définir la multiplicité d’infection (MOI) et prédire l’effet d’une haute MOI sur les croisements et l’apparition de plaques mottled.
13. Savoir les concepts de comptage : clone, multiplication discontinue, centres infectieux, plaques comme unités de comptage.
14. Savoir résoudre le problème de propagation : utiliser infection (10^7 bactéries, 10^8 phages), prélèvements (100 μl), dilution 1000x, étalement, et effets de temps, CHCl3 et centrifugation.