Cette expérience peut compléter l’expérience n°9 : Extraction d’ADN.

L’ADN est le support de l’information génétique de tous les êtres vivants. Nous pouvons le voir comme une très longue échelle en spirale constituée de nombreux éléments. Chacune des deux chaînes en périphérie est une succession de sucres et de groupes phosphate maintenues ensemble grâce à quatre bases ou nucléotides distincts : l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T). Une adénine s’appariera toujours avec une thymine tandis qu’une cytosine s’appariera avec une guanine. Nous parlons ici de complémentarité des bases nucléotidiques. Cette dernière détermine l’arrangement en double-hélices de la molécule d’ADN dans l’espace.

Thème : ADN, structure, ADN polymérase, complémentarité des bases.

Pour que des enfants ou des étudiants construisent une longue molécule d’ADN, nous avons cherché quel support était le plus adapté pour eux. Nous avons opté pour les flocons de Playmais®. Une boîte de Playmais® (Fig. 1) contient des centaines de petits flocons faits à partir de maïs, donc recyclables et non nuisibles pour l’environnement. Malgré leur apparence amusante et enfantine, il s’agit là d’un support intéressant pour plusieurs raisons. Ils sont sans risque pour les jeunes enfants et très aisés à manipuler (une éponge humide suffit). De plus, ils sont légers, malléables et très faciles à se procurer.
Du fait que cela ne prendra pas beaucoup de temps pour construire la molécule d’ADN en elle-même, les professeurs auront tout le temps de poser les bases théoriques nécessaires à la compréhension de ce qui est à la base du vivant.

Matériel
Une boîte de Playmais® et une éponge humide sont le seul matériel requis. Chaque couleur de flocon représente un composant donné de la molécule d’ADN (Fig. 2) comme cela est indiqué dans le tableau suivant.

Dans le séquençage de l’ADN par la méthode Sanger, les quatre bases sont détectées grâce à l’utilisation de fluorophores et sont représentées comme des pics de différentes couleurs pouvant être interprétés pour la détermination de la séquence en bases d’une molécule d’ADN (Fig. 3). Il est à noter que, la courbe représentant la guanine devrait être jaune mais pour une question d’aisance de lecture, celle-ci est dessinée noir.

L'EXPERIENCE:

1) Protocole

Nous allons présenter ici deux façons de construire la molécule d’ADN. La première possibilité est la plus simple et s’adresse préférentiellement aux classes d’enfants plus jeunes. En effet, cette méthode les encourage à comprendre le concept structurel de l’ADN sans entrer dans les détails du processus biologique réel de formation de l’ADN. La deuxième possibilité exposée au point 2, quant à elle, permet aux étudiants plus âgés d’intégrer la notion de polymérisation de l’ADN.

a) Méthode simple

• Assemblage final de la molécule

La dernière étape de notre construction consiste à assembler la deuxième chaîne latérale à la structure que nous avons réalisée précédemment. Si cette étape est réalisée correctement, nous devrions obtenir une molécule qui suit le modèle de la double hélice (Fig. 5C) En pratique, les étudiants peuvent travailler en binôme et rassembler leur travail à la fin de leur séance de travaux pratiques.
Au final, vous obtenez une molécule d’ADN pouvant atteindre la longueur que vous désirez (Fig. 6). Cette image a été prise le 13 juin 2009 pour le 450e anniversaire de l’Université de Genève. A cette occasion, l’équipe BiOutils a animé un stand dédié à la construction d’une molécule d’ADN géante par des enfants de 8 à 12 ans. Des images supplémentaires de l'événement sont accessibles ici.

b) Méthode avancée

• Construction des unités constitutives de l’ADN

Un désoxynucléotide est une unité constitutive de l’ADN composée d’un groupe phosphate, d’un désoxyribose et d’une base. Pour construire cette unité, vous aurez besoin d’assembler les flocons selon la méthode décrite dans la section 1, comme montré dans la Fig. 7A. Lorsque vous aurez construit plusieurs nucléotides avec les bases disponibles, vous serez en mesure de construire les brins d’ADN.

• Construction des brins d’ADN

Pour construire le premier brin d’ADN, ajouter chaque unité l’une après l’autre afin d’obtenir un long squelette de sucres et de groupes phosphate combiné aux bases formant ainsi une double hélice droite (Fig. 7B).

• Construction du brin complémentaire à la façon d’une polymérase

Maintenant, les étudiants vont agir comme s’ils étaient une ADN polymérase pour construire le brin complémentaire. Les étudiants vont fixer une unité après l’autre au brin préalablement assemblé. Prenez soin de respecter la loi de la complémentarité des bases (Fig. 7C) !

2) Conclusion

En utilisant cette technique simple et interactive, les élèves sont en mesure de comprendre les notions liées à la structure de l’ADN. Cela semble être un moyen satisfaisant d’illustrer un cours abordant le support de la vie. De plus, manipuler la molécule d’ADN permet aux élèves de mieux assimiler ce concept, ce qui sera utile pour la compréhension des mécanismes faisant intervenir l’ADN (réplication, transcription…) abordés plus tard.

Une publication concernant cette expérience est disponiblesur le lien suivant: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00368121.2015.1029427#abstract