Biologie moléculaire

Contenu de la matière :

Introduction à la biologie moléculaire

Définition

Historique

Dogme central de la biologie moléculaire

Structure des acides nucléiques

1. Les composants chimiques des acides nucléiques

1.1. Les bases azotées

1.2. Les pentoses

1.3. Le groupement phosphate

2. Nucléosides, nucléotides

2.1. Liaison N-glycosidique et les différents nucléosides générés

2.2. Liaison phosphoester

2.3. Liaison pyrophosphate

2.4. Nomenclature

3. Polymérisation des nucléotides

3.1. Liaison phosphodiester et formation des polymères nucléotidiques

3.2. Conventions d’écriture

4. L’acide désoxyribonucléique (ADN)

4.1. Structure de l’ADN

4.2. Caractéristiques de la double hélice

4.3. Propriétés physico-chimiques de l’ADN

4.4. Structure tridimensionnelle (compaction), suprastructure.

5. Les acides ribonucléiques (ARN)

5.1. Structure et caractéristiques acides ribonucléiques

5.2. Les différents types d’acides ribonucléiques : synthèse et fonction

6. Manipulation des acides nucléiques

Exonucléases, endonucléases de restriction.

Organisation des génomes et des gènes

Définitions

Organisation des génomes

2. 1 Contenu des génomes

2. 2 Variabilité des génomes

2. 3 Ressemblance entre génomes

2. 4 Génome des procaryotes

ADN chromosomique

ADN extrachromosomique : les plasmides

2. 5 Génome des eucaryotes

Hétérogénéité des séquences d’ADN

ADN hautement répété

ADN moyennement répété

ADN non répété

ADN mitochondrial

2. 6 Plasticité des génomes et éléments transposables

Organisation des gènes

3. 1 Chez les procaryotes

3. 2 Chez les eucaryotes

3. 3 Différents types de gènes

Gènes à copie unique ; gènes de structure, gènes de régulation, pseudogènes et gènes de ménage.

Familles et superfamilles de gènes (homologues, paralogues, orthologues, xénologues)

Réplication de l’ADN

Généralités

Lois fondamentales de la réplication

2. 1. Réplication semi-conservative

2. 2. Origine de réplication

2. 3. Réplication bidirectionnelle

2. 4. Polymérisation unidirectionnelle

2. 5. Réplication semi-discontinue

2. 6. Amorce d’ARN (primer)

Les enzymes de la réplication

3. 1. Les hélicases

3. 2. Les topoisomérases

3. 3. La primase

3. 4. Les ADN polymérases

3. 5. L’ADN ligase

Les protéines de la réplication

La réplication chez les procaryotes

5. 1. Les différentes protéines mise en jeu

5. 2. Origines et terminaisons chez E-Coli

5. 3. Les étapes de la réplication procaryote

5. 4. Régulation de la réplication chez E-Coli

La réplication chez les eucaryotes

6. 1. Les ADN polymérases eucaryotes

6. 2. Les télomères et les télomérases

Histones et réplication

La réplication du matériel génétique des rétrovirus

Variations et maintenance du matériel génétique

Introduction

Lésions de l’ADN

Lésions endogènes

Erreurs de réplication

Tautomérisation

Dépurinations et dépyrimidations

Désaminations

Erreurs de méthylations

Lésions provoquées par des agents exogènes

Les lésions dues à des mutagènes physiques

Les lésions dues à des mutagènes chimiques

Prévention

Réponses cellulaires aux lésions de l’ADN

Réparation de l’ADN

Réparation immédiate

Réparation durant la réplication

Inversion directe photolyases

Inversion directe par alkyl transférases

Réparation secondaire

Réparation par excision de base (BER)

Réparation par excision de nucléotide (NER)

Réparation des mésappariements

Réparation des cassures par la recombinaison

Système SOS chez E. coli

Déficience de systèmes de réparation (quelques exemples)

Variations génétiques

Types de mutations ponctuelles

Selon la nature de la mutation

Mutation par substitution ; Mutation par délétion ; Mutation par addition

Selon la conséquence de la mutation

Mutation faux sens ; Mutation non-sens ; Mutation silencieuse ; Mutation Frameshift

Transcription de l’ADN

Généralités

L’unité de transcription

Notion de brin matrice et brin codant

Transcription chez les procaryotes

Initiation

Elongation

Terminaison

Terminaison rho-dépendante

Terminaison rho-indépendante

Maturation des transcrits primaires

Transcription chez les eucaryotes

Différence dans la transcription eucaryote

Les ARN-polymérases eucaryotes

Complexe protéique nécessaire à la transcription

Promoteurs eucaryotes

Initiation

Elongation

Terminaison

Maturation post-transcriptionnelle de l’ARNm chez les eucaryotes

Le coiffage

La poly-adénylation

Epissage

Traduction

Le code génétique

Les acteurs de la traduction

2.1. Les ribosomes (synthèse, structure et fonction)

2.2. Les ARNt (structure et rôle) et les aminoacyl-ARNt synthétases

Structure des ARNt et ARNt iso-accepteur

Chargement de l’acide aminé sur l’ARNt

Les différentes étapes de la traduction procaryote

3.1. Initiation

3.2. Elongation

a. Réaction de couplage

b. Formation de la liaison peptidique et libération du premier ARNt

c. Translocation

3.3. Terminaison

Les spécificités de la traduction eucaryote

Modifications post-traductionnelles

Définitions et exemples

La phosphorylation

L’acétylation et la méthylation des histones

Acétylation de p53

Introduction aux applications de l’intelligence artificielle (IA) en biologie moléculaire

Définition de l’IA et concepts clés (algorithmes, machine learning, deep learning)

Introduction aux bases de données biologiques (NCBI, Ensembl, UniProt)

Introduction aux outils : BLAST, Clustal Omega, AlphaFold

Introduction à l’utilisation de l’IA pour l’analyse des séquences ADN/ARN : alignement multiple, prédiction des structures secondaires

Introduction aux outils informatiques et d’IA utilisés pour l’annotation automatique des génomes (ex. : DeepGene, GeneMark)

IA pour la prédiction des promoteurs et d’épissage alternatif

Modélisation des structures protéiques, prédiction des sites actifs, simulation de la traduction.

Travaux dirigés :

Fiche TD 01 : Structure des acides nucléiques

Fiche TD 02 : Organisation des génomes et des gènes

Fiche TD 03 : Réplication de l’ADN

Fiche TD 04 : Variations et maintenance du matériel génétique

Fiche TD 05 : Transcription de l’ADN

Fiche TD 06 : Traduction de l’ARN messager

Fiche TD 07 : Applications de l’IA en biologie moléculaire :

Introduction aux bases de données biologiques, aux outils bioinformatiques et à l’IA (BLAST, Ensembl, AlphaFold)

Classer des séquences par similarité

Utiliser un outil simple d’alignement avec IA

Démonstration de base d’un algorithme d’apprentissage supervisé (ex : arbre de décision pour classer des mutations comme bénignes ou pathogènes)

Prédiction de structure d’ARN et de protéine avec outils IA accessibles en ligne

Contenu de la matière

Première partie : métabolisme microbien et cinétique microbienne

Chapitre 1 : Milieux de culture et échange avec la cellule

Conditions de croissance

Accessibilité des substrats

Chapitre 2 : Etude cinétique de la croissance microbienne

Bilan chimique

Le phénomène biologique

Modélisation

Chapitre 3 : Etude cinétique de la production de métabolites

Bilan chimique

Le phénomène biochimique

Modélisation

Optimisation

Deuxième partie : bio-ingénierie

Chapitre 1 : bases microbiologiques de la conception du bioréacteur

Chapitre 2 : les transferts en fermentation

Le transfert d’oxygène

L’agitation des bioréacteurs

Construction des agitateurs

Chapitre 3 : modes de conduite des bioréacteurs

Fermentation discontinue

Fermentation discontinue alimentée

Fermentation continue

Fermentation continue avec recyclage de la biomasse

Chapitre 4 : les différents types de bioréacteurs

Chapitre 5 : les installations de fermentation

La stérilisation et le maintien de l’asepsie

La distribution d’air comprimé

Le matériel annexe

La régulation et l’automatisation

Contenu de la matière :

Extraction et purification d’ADN chromosomique et d’ADN plasmidique

Les techniques d’extraction de L’ARN

Electrophorèse et analyse de l’ADN digéré par des enzymes de restriction

Transformation de bactéries

La PCR et ses dérivées

Techniques de clonage, de séquençage

Southern blot, Northern blot, Western blot, Dot blot

Hybridation moléculaire

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Introduction à l’enzymologie

Historique

Définition

Structure

Propriétés et caractéristiques des enzymes

Nature

Spécificité

Efficacité

Compatibilité avec l’environnement et stabilité

Concentration

Localisation

Taille

Nomenclature et classification

Nomenclature

Nomenclature fonctionnelle

Nomenclature officielle

Classification

Oxydoréductases

Transférases

Hydrolases

Lyases

Isomérases

Ligases

Translocases

Chapitre 2 : Relation structure fonction

Structure fonctionnelle

Isoenzymes

Site actif

Site de liaison

Site catalytique

Acides aminés du site actif

Propriétés affectant la liaison enzyme-substrat

Modèles de fixation enzyme-substrat

Forces d’association enzyme-substrat

Chapitre 3 : La réaction enzymatique

Définition

Mécanisme de la réaction enzymatique

Facteurs

Enzyme

Substrat

Cofacteur

Coenzyme

Facteurs qui influent sur la réaction enzymatique

Effet des facteurs physico-chimiques

Effet des effecteurs

Effet de la concentration du substrat

Effet de la concentration de l’enzyme

Effet du temps de réaction

Réactions enzymatiques à deux substrats

Mécanisme séquentiel

Mécanisme à double déplacement

Chapitre 4 : Energie d’une réaction enzymatique

Energie d’activation « Ea »

Etat de transition

Changement d’enthalpie « ΔH »

Energie libre de Gibbs « ΔG »

Spontanéité et réversibilité

Chapitre 5 : Cinétique enzymatique

Introduction à la cinétique enzymatique

Concepts de base de la cinétique chimique

Phases de la réaction enzymatique

Notion de Vitesse initiale

Cinétique enzymatique

Cinétique de Michaelis et Menten

Linéarisation de Lineweaver et Burk

Chapitre 7 : Mécanismes moléculaires de catalyse enzymatique

Catalyse par proximité

Catalyse covalente

Catalyse acide/base

Catalyse par ions métalliques

Chapitre 8 : Inhibiteurs des enzymes

Introduction à l’inhibition enzymatique

Notion d’effecteurs enzymatiques

Catégories d’inhibiteurs

Inhibiteurs réversibles

Inhibiteurs irréversibles

Applications des inhibiteurs

Conception des inhibiteurs

Chapitre 9 : Régulation des enzymes

Définition de la régulation enzymatique

Enzymes régulatrices

Processus de régulation enzymatique

Régulation allostérique

Régulation par molécules régulatrices

Régulation par modification covalente

Régulation par clivage protéolytique (protéolyse)

Régulation par isoenzymes

Régulation génétique

Contenu de la matière

Ouverture et explication : Rappels sur la sécurité au laboratoire.

Préparation des milieux de cultures pour l’isolement des bactéries lactiques

Isolement de bactéries lactiques

Pré-identification des isolats par : caractérisation morphologique, recherche de la catalase, oxydase, étude du catabolisme des acides aminés (décarboxylases (LDC-ODC), dihydrolase (ADH) et tryptophane désaminase), purification des isolats

Recherche d’activités technologiques : protéolyse, lipolyse, caséinase (Dosage des produits de dégradation des caséines par la méthode de Folin Ciocalteu ), production de composés aromatiques, production d’exopolysaccharides (EPS), résistance au stress technologique (pH acide, sel, température, pression osmotique) et sélection des souches performantes.

Identification des souches performantes sélectionnées par Galerie API50CH et analyse des ressauts par API-WEB.

Recherche d’activités biologiques : activité antimicrobienne, activité antioxydante

Conservation des souches.

Réalisation des cultures en fermenteur

Mesure des paramètres de croissance des cultures microbiennes

Etude cinétique de la fermentation lactique.

Dosage des produits de la fermentation.

Contenu de la matière

Chapitre I : Introduction et fondements

Concepts fondamentaux du métabolisme secondaire

Définitions et distinction entre métabolisme primaire et secondaire

Distribution taxonomique et biodiversité des métabolites secondaires

Approches méthodologiques pour l'étude des métabolites secondaires

Aspects évolutifs et écologiques

Origines évolutives du métabolisme secondaire

Rôles écologiques généraux

Interactions intraspécifiques et interspécifiques

Adaptations environnementales

Chapitre II : Les métabolites secondaires chez les végétaux

Classes majeures de métabolites secondaires végétaux

Composés phénoliques et polyphénols

Acides phénoliques, flavonoïdes, anthocyanes, tanins

Voies de biosynthèse et régulation

Terpènes et terpénoïdes

Classification, structures et propriétés

Voies du mévalonate et du méthylérythritol phosphate

Alcaloïdes végétaux

Diversité structurale et classification

Biosynthèse à partir des acides aminés

Glycosides et autres composés

Fonctions biologiques chez les plantes

Défense contre herbivores et pathogènes

Composés constitutifs et inductibles

Mécanismes de défense directe et indirecte

Protection contre les stress abiotiques

Communication et interactions

Signalisation intra-plante

Allélopathie et interactions avec la rhizosphère

Attraction des pollinisateurs et disperseurs de graines

Applications biotechnologiques des métabolites végétaux

Ingénierie métabolique pour l'amélioration des plantes

Production de métabolites d'intérêt pharmaceutique

Applications agronomiques et industrielles

Enjeux de la biofortification et nutrition

Chapitre III : Les métabolites secondaires chez les microorganismes

Diversité des métabolites secondaires microbiens

Métabolites fongiques

Mycotoxines et composés bioactifs

Applications biotechnologiques

Métabolites bactériens

Antibiotiques et composés antimicrobiens

Sidérophores et molécules de signalisation

Métabolites d'archées et microorganismes extrêmophiles

Métabolites secondaires des microalgues

Les familles chimiques des métabolites microbiens

Polykétides : structures, biosynthèse (PKS), exemples (érythromycine, aflatoxines)

Peptides non ribosomiques (NRPs) : mécanisme enzymatique (NRPS), exemples (bacitracine, surfactine)

Terpénoïdes microbiens : biosynthèse via les voies MVA/MEP, ex. géosmine, caroténoïdes

Alcaloïdes microbiens : exemples issus de cyanobactéries et d’actinomycètes

Sidérophores : structures catéchol/hydroxamate, rôle dans l’acquisition du fer

Composés phénoliques : acide salicylique et pigments protecteurs. Les phénazines citées ici forment une famille distincte et ne sont pas toutes des phénols.

Pigments bioactifs : prodigiosine, mélanine, pyocyanine

Rôles écologiques et applications

Fonctions dans les écosystèmes microbiens

Communication intercellulaire et quorum sensing

Formation et maintenance des biofilms

Interactions avec les hôtes végétaux et animaux

Pathogénicité et virulence

Symbiose et mutualisme

Applications industrielles et environnementales

Biorestauration et bioremédiation

Biocontrôle et applications agronomiques

Techniques de production et manipulation

Fermentation et optimisation de production

Ingénierie génétique des voies métaboliques microbiennes

Approches synthétiques et semi-synthétiques

Nouvelles stratégies de découverte de métabolites

Chapitre IV : Les métabolites secondaires chez l'humain et l'animal

Introduction

Spécificités des métabolites secondaires animaux

Comparaison avec les métabolites végétaux et microbiens

Origines biosynthétiques et évolution des voies métaboliques

Métabolites endogènes vs dérivés de l'alimentation

Transfert horizontal de gènes et métabolisme symbiotique

Classification

Alcaloïdes

Distribution chez les espèces marines et terrestres

Caractéristiques structurelles et fonctionnelles

Composés phénoliques

Antioxydants d'origine alimentaire

Transformation et métabolisme endogène

Terpénoïdes

Stéroïdes et hormones stéroïdiennes : ils ne sont pas tous des métabolites secondaires.

Phéromones et composés volatils de signalisation

Glycosides

Dérivés bioactifs et glycoconjugués

Rôles physiologiques et applications

Voies de biosynthèse des métabolites secondaires

Voie des terpènes

Synthèse de stéroïdes, hormones, phéromones

Régulation hormonale et environnementale

Voie des polykétides

Production de composés bioactifs chez les espèces marines

Enzymes PKS et complexes multienzymatiques

Peptides non ribosomiques (NRPs)

Toxines animales et venins : distinguer leurs origines ribosomique et non ribosomique, sans tous les classer parmi les NRPs.

Mécanismes de synthèse et diversification structurale

Voies issues du métabolisme des acides aminés

Production d'amines biogènes et neurotransmetteurs

Neuropeptides et modulateurs biologiques

Origine et distribution

Origine alimentaire vs biosynthèse endogène

Mécanismes d'incorporation et de transformation

Détoxification et bioactivation

Distribution taxonomique

Chez les vertébrés (amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères)

Chez les invertébrés (insectes, mollusques, échinodermes)

Métabolites d'origine symbiotique microbienne

Rôle du microbiome intestinal et tissulaire

Interactions métaboliques hôte-microbiote

Fonctions physiologiques et rôles biologiques

Défense chimique

Venins, toxines et répulsifs

Adaptation à l'environnement et prédation

Communication

Phéromones et signalisation chimique

Médiateurs sociaux et comportementaux

Régulation métabolique

Homéostasie et adaptation physiologique

Contrôle endocrinien et neurologique

Fonctions protectrices

Propriétés antioxydantes

Fonctions immunitaires et antimicrobiennes

Méthodes d'extraction, d'analyse et d'étude

Applications thérapeutiques et nutritionnelles

Perspectives, Défis et Recherches Actuelles

Chapitre V : Métabolisme secondaire chez les levures et champignons

Diversité des métabolites secondaires fongiques et levuriformes

Mycotoxines : aflatoxines, ochratoxines

Antibiotiques fongiques : pénicilline

Pigments : mélanines, caroténoïdes

Fonctions écologiques et interactions biologiques

Compétition écologique

Interactions mutualistes ou pathogènes

Applications biotechnologiques et industrielles de composés d’intérêt

Travaux pratiques

Recherche, identification et extraction des métabolites secondaires.

Dosage des métabolites secondaire.

Moyens de purification : filtration, centrifugation, chromatographie, électrophorèse.

Techniques de conservation : froid (cryoconservation), évaporation, lyophilisation.

Contenu de la matière

Partie 1 : Recherche Documentaire et Rédaction Scientifique

Introduction à la recherche scientifique

Typologie des documents et littérature scientifique

Évolution des méthodes de recherche

Science ouverte et accès libre

Méthodologie de recherche : Approches avancées

Définition de la question d’étude (Méthodes PICO, 3QPOC)

Sélection des outils de recherche : Catalogues, bases de données pluridisciplinaires et Spécialisées

Utilisation des moteurs de recherche spécialisés et plateformes de texte intégral

Optimisation et exploitation des résultats de recherche

Analyse de la pertinence des sources

Fiabilité, actualité et exactitude des informations

Gestion des références et utilisation des gestionnaires bibliographiques (EndNote, Zotero, Mendeley)

Rédaction scientifique moderne

Analyse d’articles et élaboration de rapports

Rédaction d’un mémoire de fin d’études

Rédaction d’articles et communications scientifiques

Partie 2 : Communication Scientifique et Diffusion des Connaissances

Les enjeux de la communication scientifique

Pourquoi et comment communiquer la science ?

Stratégies et techniques modernes d’expression écrite et orale

Interactions et échanges scientifiques en milieu académique

Fonctionnement des échanges scientifiques

Présentation et valorisation de ses recherches

Utilisation des outils numériques pour la visibilité

Open Science et vulgarisation scientifique

Stratégies de diffusion vers le grand public

Utilisation des médias numériques et des nouvelles technologies

Interaction avec la presse et les médias

Contenu de la matière

Unit 1: Tell us about yourself

Grammar: Tenses (present, past, future). Question forms (where, what, who, why, how much).

Vocabulary: words with more than one meaning.

Reading: Cell communication.

Speaking: students of ESSBO and ESG2E talking about each other.

Listening: Listening to a scientist speaking about his/her career.

Writing: Informal letter.

Unit 2: The way we live

Grammar: Present tenses: present simple, present continuous.

Vocabulary: At the laboratory.

Reading: Living in Oran.

Speaking: Share with us your experience about living on campus.

Listening: Student life at MIT.

Writing: Transition (linking words).

Unit 3: Biologist from the past

Grammar: Past tenses: past simple, past continuous.

Vocabulary: Time expressions.

Reading: The extraordinary history of Kitab al-Hayawan.

Speaking: Telling stories.

Listening: Rosalind Franklin and the discovery of DNA.

Writing: write a short story about your favourite scientist.

Unit 4: Let’s go shopping

Grammar: Much/Many, Some/Any.

Vocabulary: Grocery shop.

Reading: Medina Jdida popular market.

Speaking: Talking about shopping habits.

Listening: Organic Food Market.

Writing: Short essay writing about biomolecules market.

Unit 5: What do you want to do?

Grammar: Verb patterns, Expressing intentions

Vocabulary: Have, go, come.

Reading: what a DNA polymerase can do

Speaking: what are your plans?

Listening: What does a biological engineer do?

Writing: a molecular biology enzyme talking about its function

Contenu de la matière

Partie 1 : Interférence ARN

Historique et mécanismes fondamentaux de l’interférence ARN

1. Historique de l’interférence ARN

2. Mécanismes fondamentaux de l’interférence ARN

2.1. siARN

2.1.1. Biosynthèse

2.1.2. Mécanisme d’action

2.2. miARN

2.2.1. Biosynthèse

2.2.2. Mécanisme d’action

2.3. piARN

2.3.1. Biosynthèse

2.3.2. Mécanisme d’action

Conséquences pratiques pour la conception d’un siARN

1. Influence des propriétés intrinsèques du siARN

2. Limites imposées par le transcrit cible

Intérêts de l’interférence ARN

1. Un outil pour la compréhension de la fonction des gènes

2. Un outil pour de nombreuses applications en thérapeutique

Contraintes associées à la transfection de courtes séquences d’acidesnucléiques

1. La stabilité des ARN interférents

2. La biodistribution

Partie 2 : Régulation de l’expression des gènes

Régulation de la transcription

Régulation de la transcription chez les procaryotes

Qu’est-ce qu’un opéron ?

Opéron catabolique inductible négativement et positivement régulé (exemple : l’opéron lactose chez E. coli)

Opéron anabolique répressible (exemple : l’opéron Tryptophane chez E. coli)

Régulation par transformation d’un répresseur en activateur (exemple : l’opéron Arabinose (araBAD) chez E. coli)

Autres exemples d’opéron

Régulation de la formation du complexe ouvert

Régulation du passage à la phase d’élongation

Régulation de la transcription chez les eucaryotes

Régulation au niveau chromatinien

Acétylation, méthylation des histones

Méthylation de l’ADN

Eléments de régulation transcriptionnelle

Les classes de régulateurs transcriptionnels

Fonctionnement des protéines activatrices de transcription

Répresseurs transcriptionnels

Séquences régulatrices enhancers et les silencers

Extinction de gènes et régulation épigénétique

Régulation post-transcriptionnelle chez les eucaryotes

L’épissage alternatif

Régulation par des petits ARN

Régulation de la stabilité des ARNm chez les eubactéries

Les acteurs de la dégradation

Les exoribonucléases

Les endoribonucléases

L’ARN pyrophosphohydrolase (RppH)

Les mécanismes de dégradation des ARNm

La voie directe d’accès

La voie dépendante de l’extrémité5’

La voie exoribonucléolytique en 3’

Les mécanismes régulant la stabilité des ARNm

Régulation de l’activité et de la concentration des RNases

Les effets de la traduction

L’interférence par les ARNs

L’influence de la séquence des ARNm

Régulation de la stabilité des ARNm chez les eucaryotes

Les acteurs de la dégradation

Les exoribonucléases agissant en 3’ de l’ARNm

Les exoribonucléases agissant en 5’ de l’ARNm

Les endoribonucléases

Les mécanismes de la dégradation

Voie majoritaire

Voies alternatives

Les mécanismes régulant la stabilité des ARNm

Le complexe Lsm1-7

La régulation de la déadénylation

La régulation du complexe d’élimination de la coiffe

Les ARN interférents miARN, siARN et piARN

Régulation de la traduction

Introduction

Régulation de l’initiation de la traduction chez les eubactéries

Régulation de l’accès au RBS

Régulation via les structures secondaires de l’ARNm

Régulation de l’initiation de la traduction chez les eucaryotes

Régulation via les facteurs d’initiation de la traduction

Hosphorylation du facteur d’initiation eIF2

Phosphorylation des protéines 4E-BP et disponibilité du facteur d’initiatione IF4E

Inhibition de l’initiation par les miARN

Régulation via les régions 5’-et 3’-UTR chez les eucaryotes

Régulation via les régions 5’-UTR

Interaction régions 3’- et 5’-UTR

Régulation via 3’-UTR

Les voies alternatives d’initiation

uORF

Initiation par une séquence IRES

Régulation au cours de l’élongation ou de la terminaison chez les eubactéries

Régulation au cours de l’élongation ou de la terminaison chez les eucaryotes

Régulation post-traductionnelle : la dégradation des protéines intracellulaires

Introduction

Les protéines chaperonnent (chaperonines)

Les enzymes protéolytiques

Ubiquitination des protéines

Protéasome

Dégradation lysosomale

Autophagie

Partie 3 : Apport de la biologie moléculaire à l’étude de la diversité génétique

Quelques notions

Biodiversité

Diversité génétique

Mesure de la diversité génétique

Marqueurs morphologiques

Marqueurs protéiques (biochimiques)

Marqueurs ADN (moléculaires)

RFLP

AFLP

Minisatellites

Microsatellites

SNP

Marqueurs d’ADNmt

Exemples d’applications

Partie 4 : Intelligence Artificielle et Biotechnologie Moléculaire

Introduction aux modèles d’intelligence artificielle et à la conception de siARN et d’amorces. Étude des outils siDirect et RNAxs ; critères de conception des siARN et accessibilité du site cible.

Introduction aux modèles d’intelligence artificielle appliqués à la régulation génique. Étude de DeepSEA pour la prédiction des caractéristiques de la chromatine et des effets des variants non codants ; distinction avec la prédiction directe de l’expression génique.

Diagnostic moléculaire assisté par IA.

Applications de l’IA dans la phylogénie, le clustering génétique, et la détection des variants (SNP).

Perspectives éthiques et limites de l’IA en biologie moléculaire.

Travaux dirigés :

Fiche TD 1 : Régulation de l’expression des gènes chez les procaryotes (1) : cas de l’opéron tryptophane et l’opéron lactose

Fiche TD 2 : Régulation de l’expression des gènes chez les procaryotes (2) :  cas de l’opéron arabinose et l’opéron histidine

Fiche TD 3 : Régulation l’expression des gènes chez les eucaryotes (1) : Étude de la structure, de l’expression et de la fonction du gène bdnf

Fiche TD 4 : Régulation l’expression des gènes chez les eucaryotes (2) : Étude de la régulation de l’expression et de la fonction du gène c-myc

Fiche TD 5 : Analyse de séquences biologiques par IA (Prédiction de l’efficacité de séquences siARN par IA, extraction de motifs, reconnaissance de promoteurs)

Fiche TD 6 : Utilisation de notebooks (Google Colab) pour des exemples simples de machine learning en biologie (classifications de séquences, clustering de variants)

Contenu de la matière :

Introduction : diversité et origine du monde microbien

L’arbre phylogénétique de la vie

Définition

Les trois domaines de la vie : Bactéries, Archées, Eucaryotes

Notion de LUCA (Last Universal Common Ancestor)

Approche phylogénétique basée sur les séquences d’ARNr 16S/18S

Les types d’arbres phylogénétiques

Diversité morphologique, métabolique et génétique des micro-organismes

Procaryotes vs eucaryotes

Virus

Partie 1 : Bactéries

Rappels sur la structure bactérienne

Eléments permanents

Eléments facultatifs

Chapitre 1 : Le génome bactérien

Structure du génome bactérien

Le chromosome bactérien

Les éléments génétiques mobiles

Les plasmides

- Organisation générale des plasmides

- Classification des plasmides

- Propriétés des plasmides.

1.2.2. Les transposons

- Structure générale des transposons

- Différents types de transposons

- Mécanismes de transposition chez les bactéries

Transposition avec réplication du transposon.

Transposition conservatrice

c. Conséquences de la transposition sur l’expression du génome bactérien

1.2.3. Les intégrons

- Définition

- Structure des intégrons

- Structure des cassettes

- Mouvement des cassettes

- Expression des cassettes

- Nature des cassettes

- Origines des intégrons

1.2.4. Les bactériophages

Définition

Caractéristiques principales

Mécanisme d’action : cycle lytique, cycle lysogénique, conversion lysogénique

Organisation des gènes procaryotes

Chapitre 2 : Transferts génétiques horizontaux

Transformation

Conjugaison

Transduction

Carte génétique

Partie 2 : Les champignons (La levures comme système modèle)

Rappels sur la biologie des levures

Généralités.

Culture et nutrition.

Le génome des levures.

Le trancriptome des levures.

Le protéome des levures

Analyse des mutations biochimiques des tétrades

Complémentation et conversion génique.

Génétique des mitochondries.

Partie 3 : Les Archées

Rappels sur les Archées

Généralités.

Diversité, écologie et évolution des archées

Génétique des archées

Archées d'Asgård.

Partie 4: Les virus

Chapitre 1 : Introduction à la virologie

Chapitre 2 : Virologie moléculaire

Structure et composition des virions.

Le cycle d'infection d'une cellule par un virus.

Exemples de cycles viraux représentatifs (virus à ADN, virus à ARN, rétrovirus).

Interaction virus-hôte (transformation cellulaire, latence, variation antigénique, cancer, oncogènes, SIDA).

5. Vaccination et agents antiviraux.

6. Manipulation et utilisation des virus.

7. Agents non-conventionnels et prions.

Chapitre 3 : Variabilité génétique des virus

1. Mécanismes de la variabilité (mutations, recombinaisons, réassortiments)

2. Dynamique de l'évolution des populations virales

3. Facteurs d'évolution des populations virales

Chapitre 4 : Conséquences biologiques de l'évolution des populations virales

1. Variation antigénique et échappement à la réponse vaccinale

2. Résistance aux traitements antiviraux

3. Adaptation à l'hôte, transmissions interespèces et émergence virale

4. Variations de tropisme viral et pathogenèse

Chapitre 5 : Modélisation moléculaire des virus et relations structure-fonctions des protéines virales

Structure des virus et des assemblages moléculaires viraux

Evolution dynamique et relations fonctionnelles des structures des protéines virales (glycoprotéines d'enveloppe, protéases, polymérases)

Applications à la conception d'antiviraux de vaccins viraux

Contenu de la matière

Partie 1 : Étude de la biologie in vitro

Modèles cellulaires et expérimentations in vitro

1.1. Introduction à la biologie cellulaire et aux approches expérimentales

Définition et objectifs de la biologie cellulaire

Émergence et objectifs de la culture cellulaire

Définition des approches expérimentales : in vitro, in vivo et in silico

Les systèmes cellulaires

Culture primaire de cellules isolées

Origine et prélèvement du tissu

Méthodes d’isolement (enzymatique, mécanique)

Culture de lignées cellulaires

Types de lignées (immortalisées, cancéreuses)

Avantages et limites des systèmes cellulaires (culture primaire vs lignées)

Critères de choix du système cellulaire

Les cultures 3D récentes

Développement des modèles tridimensionnels : sphéroïdes, organoïdes, organe sur puce, impression 3D

Avantages et limites par rapport aux cultures 2D

Conditions de culture cellulaire

Types de cultures

Culture en suspension : principes et applications

Culture adhérente : principes et applications

Locaux et équipements de culture

Postes de sécurité microbiologique (PSM) : fonctions et importance ; correction de l’intitulé inexact du source.

Incubateurs : température, humidité, CO₂

Microscopes et équipements de suivi : observation et contrôle de la croissance cellulaire

1.3.3 Milieux de culture

Composition des milieux : médium de base, facteurs de croissance, sérum, antibiotiques

Ajustement des conditions : pH, température, et autres paramètres spécifiques

Bonnes pratiques de laboratoire

Prévention des contaminations : gestion des risques

Gestion des déchets biologiques : protocoles de sécurité et d’élimination

Cryoconservation et décongélation des cellules

Techniques de cryoconservation et de congélation des cellules

Protocole de congélation, ajout de cryoprotecteurs (ex. : DMSO)

Récupération des cellules après congélation et tests de qualité post-congélation

Méthodes d’étude des mécanismes cellulaires

Techniques d’analyse de base

Cytométrie en flux

Immunofluorescence et immunohistochimie

Techniques de microscopie (électronique, à fluorescence, confocale, etc.)

Étude de la prolifération cellulaire

Analyse de la courbe de croissance cellulaire

Marqueurs de prolifération (KI-67, EdU, BrdU)

Méthodes classiques et récentes (MTT, CCK-8, criblage haut-débit)

Étude de la viabilité et mort cellulaire

Intégrité membranaire : bleu trypan. Le MTT mesure l’activité métabolique et non directement la perméabilité membranaire.

Apoptose : marqueurs d'apoptose (Annexine V, Caspases, TUNEL)

Étude de la différenciation cellulaire : modèles et marqueurs spécifiques

Intégration de l’in vitro dans la recherche biomédicale

Modèles pour le criblage haut-débit de composés thérapeutiques

Étude des voies de signalisation dans la pathologie

Rôle de l’in vitro dans la médecine personnalisée

Limites de la transposition des résultats in vitro vers l’in vivo

Partie 2 : Étude de la biologie in vivo

Introduction à l'expérimentation animale en recherche biomédicale

Importance des modèles animaux en recherche scientifique

Éthique de l’expérimentation animale

Critères de choix du modèle animal

Modèles murins et manipulations génétiques

Cellules souches embryonnaires murines (CSEm)

    - Origine à partir du blastocyste

    - Culture et caractéristiques

    - Utilisation en modélisation de maladies et en thérapie cellulaire

Techniques de manipulation génétique

    - Transgénèse : injection pronucléaire, transfert de gènes dans les CSEm

    - Clonage somatique et transfert nucléaire

    - Invalidation génique (knock-out), insertion génique (knock-in) : systèmes Cre/loxP et CRISPR/Cas9

Utilisation de la souris en recherche biomédicale

    - Modélisation de pathologies humaines : cancer, maladies neurodégénératives, infectieuses ? etc.

    - Atouts du modèle murin (génétique, reproductibilité, outils disponibles)

Apports du rat (Rattus norvegicus)

    - complément des modèles murins dans les études comportementales et métaboliques.

La Drosophile, un modèle pour l’étude des cellules souches et des pathologies humaines

Transition depuis les mammifères

Obtention des cellules souches embryonnaires (CSEm) et cellules iPS.

Limites des modèles mammifères

Considérations éthiques et limites d’utilisation des cellules souches chez les mammifères

Intérêt du modèle drosophile en biologie des cellules souches

Cellules souches chez la Drosophile

    3.2.1. Cellules souches germinales (ovaires et testicules)

    3.2.2. Cellules souches intestinales

    3.2.3. Autres tissus (cerveau, follicules, etc.)

    3.2.4. Atouts expérimentaux du modèle drosophile

Mécanismes de régulation des cellules souches

    3.3.1. Rôle de la niche et du microenvironnement

    3.3.2. Voies de signalisation conservées (Notch, JAK/STAT, BMP, Wnt)

    3.3.3. Contrôle transcriptionnel et régulation épigénétique

Reprogrammation et plasticité cellulaire

    3.4.1. Dédifférenciation et transitions d’état cellulaire

    3.4.2. Modélisation des processus analogues aux Ips

Modélisation des pathologies humaines

    3.5.1. Maladies neurodégénératives (Parkinson, Alzheimer…)

    3.5.2. Cancers et dérégulation des cellules souches

    3.5.3. Criblage génétique et identification de cibles thérapeutiques

Caenorhabditis elegans : un modèle simple pour décrypter des pathologies humaines complexes

Présentation générale de C. elegans

Caractéristiques biologiques

Atouts expérimentaux

Conservation des voies moléculaires fondamentales

Étude du vieillissement et de la longévité

Modèles de vieillissement physiologique

Voies génétiques de la longévité

Criblages pharmacologiques

Troubles métaboliques et immunitaires

Modèles de résistance à l’insuline

Réponses immunitaires innées

Criblages de molécules thérapeutiques

Limites et considérations éthiques

Aspects éthiques favorables

Limites du modèle

L’embryon aviaire comme modèle en neurobiologie et oncologie pédiatrique

Introduction au modèle aviaire

Caractéristiques générales de l’embryon de poulet (Gallus gallus)

Accès in ovo au développement embryonnaire

Atouts expérimentaux : manipulation, visualisation, considérations éthiques

Le neuroblastome : présentation de la pathologie

Origine du neuroblastome : dérive des cellules des crêtes neurales

Caractéristiques cliniques : tumeur pédiatrique, hétérogénéité, métastases

Modélisation du neuroblastome avec l’embryon aviaire

Utilisation de la membrane chorioallantoïque (CAM) pour greffer des cellules tumorales

Étude de l’invasion, de l’angiogenèse et de la dissémination métastatique

Visualisation in vivo et suivi des cellules tumorales

Applications expérimentales et précliniques

Criblage de composés anticancéreux sur la CAM

Limites, perspectives et complémentarité

Le poisson-zèbre comme modèle d’étude du mélanome et d’autres pathologies humaines

Introduction générale

Présentation du modèle poisson-zèbre

Atouts techniques et expérimentaux

Pertinence biomédicale et génétique du modèle

Le mélanome : généralités

Origine et progression du mélanome

Principales mutations impliquées (BRAF, NRAS, etc.)

Défis du diagnostic et du traitement

Étude du mélanome chez le poisson-zèbre

Génération de modèles transgéniques

Visualisation de la progression tumorale in vivo

Outils de criblage pharmacologique anticancer

Approches de xénogreffe et immunosurveillance

Autres pathologies étudiées avec le poisson-zèbre

Pathologies neurologiques (épilepsie, autisme)

Pathologies cardiovasculaires (cardiotoxicité, arythmies)

Problèmes éthiques dans la recherche sur les cellules souches

Statut moral des embryons

Trafic d’organes issus de fœtus avortés : question éthique et juridique du programme, et non description d’une pratique de recherche légitime.

Exploitation des femmes

Politiques de recherche sur les cellules souches

Lois et cadres réglementaires

Rôle de la politique et de l’opinion publique

Influence dans l’élaboration des politiques sur la recherche.

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Structure et classification des acides aminés, peptides et liaison peptidique

Structure des acides aminés

1.1. Structure générale : groupement amine, groupement carboxyle, chaîne latérale (R).

1.2. Classification des acides aminés : Polaires, non polaires, acides, basiques, aromatiques, etc

Peptides

2.1. Formation des peptides par liaison peptidique.

2.2. Différence entre peptides et protéines.

Liaison peptidique

3.1. Formation de la liaison peptidique : réaction de condensation entre le groupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement amine d’un autre.

3.2. Propriétés de la liaison peptidique : rigidité, planéité, et polarité.

Chapitre 2 : Bases structurales des protéines

Niveaux d’organisation des protéines

1.1. Structure primaire : Séquence linéaire d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.

1.2. Structure secondaire : Organisation locale de la chaîne polypeptidique en motifs réguliers (hélices α, feuillets β, coudes).

1.3. Structure tertiaire : repliement tridimensionnel stabilisé par des interactions non covalentes (hydrophobes, ioniques, etc.) et, le cas échéant, des ponts disulfure covalents. Correction : les ponts disulfure ne sont pas non covalents.

1.4. Structure quaternaire : Assemblage de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine fonctionnelle. Exemples : hémoglobine, complexe ribosomal. Précision : le ribosome est un assemblage ribonucléoprotéique, non une structure exclusivement protéique.

Forces stabilisant la structure

2.1. Liaisons hydrogène

2.2. Hydrophobes, disulfure

2.3. Ioniques

2.4. Van der Waals

Motifs et domaines structuraux

3.1. Tonneau β

3.2. Doigt de zinc

3.3. Hélice-boucle-hélice

Chapitre 3 : Stabilité, repliement et dynamique des protéines

Stabilité des protéines

Repliement des protéines

Dynamique des protéines

Méthodes pour approcher la dynamique

Chapitre 4 : Thermodynamique et cinétique du repliement

Code du repliement et principes thermodynamiques

Cinétique du repliement

Modèles de repliement

3.1. Diffusion-collision

3.2. Nucléation-condensation

3.3. Zipping and Assembly (ZA)

3.4. Puzzle de Jigsaw

3.5. Hypothèse stœchiométrique.

Méthodes d’étude de la stabilité

4.1. Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)

4.2. Dichroïsme circulaire (CD)

4.3. RMN, fluorescence, dynamique moléculaire.

Chapitre 5 : Dénaturation des protéines

Agents dénaturants

Réversibilité du repliement

Conséquences fonctionnelles de la dénaturation

Chapitre 6 : Repliement des protéines in vivo

Mécanismes cellulaires de repliement

Rôle des protéines chaperons

Formation des ponts disulfure

Isomérisation des prolines

Maladies conformationnelles (ex : Alzheimer, Parkinson)

Chapitre 7 : Ingénierie des interactions protéine-ligand

Principes des interactions protéine-ligand

Mécanismes physicochimiques

- Cinétique et thermodynamique de liaison

Docking moléculaire (amarrage moléculaire in silico )

3.1. Définition Amarrage moléculaire

3.2. Types d’amarrage moléculaire

3.3. Amarrage moléculaire in silico (Modélisation informatique )

3.4. Applications : PDB, ChemSketch, Chem 3D Ultra et autres ressources. Correction : PubMed, cité dans le programme, est une base bibliographique, et non une banque de structures de ligands.

Chapitre 8 : Ingénierie enzymatique

Historique de l’ingénierie des enzymes

Technologie de conception enzymatique

Classification des enzymes

Applications industrielles des enzymes

Production enzymatique

5.1. Sources

5.2. Criblage

5.3. Fermentation

5.4. Purification

Enzymes immobilisées : principes et usages

Chapitre 09 : Modifications chimiques des protéines

Types de modifications

1.1. PEGylation

1.2. Glycosylation

1.3. Phosphorylation

Objectifs des modifications

2.1. Stabilité

2.2. Demi-vie

2.3. Activité

2.4. Ciblage.

Techniques expérimentales de modification

Contenu de la matière

Atelier 1 : Identification moléculaire d’isolats bactériens

Extraction de l’ADN génomique bactérien

Tests quantitatif et qualitatif des ADN extrait par électrophorèse et spectrophotomètre

Amplification du gène de l’ARNr 16S et test d’amplification

Séquençage des amplicons et étude in-silico (Identification des souches bactériennes à l’échelle de l’espèce et construction de l’arbre phylogénétique)

Atelier 2 : Transformation bactérienne

Les étudiants réaliseront une transformation bactérienne sur E. coli DH5α en utilisant un vecteur de clonage standard, afin d'acquérir la maîtrise des techniques de transfert génétique et de sélection des transformants.

Atelier 3 : Mutagenèse aléatoire

Les étudiants induiront une mutagenèse aléatoire par UV selon différents intervalles de temps. Ils effectueront ensuite un criblage pour sélectionner le mutant optimal produisant une enzyme spécifique.

Contenu de la matière

Atelier 1 : Préparation des solutions

Rappel sur l’expression des concentrations (notions de molarité, molalité, normalité, dilution…)

Les tampons (préparation, pKa, choix du tampon …ect)

Manipulations de base : verrerie, volumes et pipetage

Atelier 2 : Méthodes de précipitation des protéines

Effet du pH (pI)

Précipitation par sels (salting-out)

Précipitation par solvants (éthanol)

Atelier 3 : Dosage des protéines par méthodes spectrophotométriques

Méthode de Lowry

Méthode de Bradford

Atelier 4 : Chromatographie d’exclusion de taille

Démonstration par séparation de molécules colorées (Bleu de dextran / Fluorescéine)

Application à la purification de protéines

Analyse des fractions collectées par spectrophotométrie

Atelier 5 : Chromatographie échangeuse d’ions

Application à la purification de protéines du lactosérum

Analyse des fractions collectées par spectrophotométrie

Chromatographie d’affinité (IMAC : Enseignement théorique)

Atelier 6 : Electrophorèses des protéines en condition dénaturante : SDS-PAGE

Tricine-SDS-PAGE (Electrophorèses des peptides : Enseignement théorique)

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Introduction à l'Épigénétique

Fondements conceptuels et historiques

Définition et concepts clés

Historique et évolution du domaine

Architecture de la chromatine et organisation nucléaire

Structure et niveaux d'organisation de la chromatine

Techniques d'étude de la structure chromatinienne

Chapitre 2 : Modifications des histones et mécanismes de reconnaissance

Modifications des histones

Structure, diversité et nomenclature des histones

Modifications post-traductionnelles des histones

Enzymes responsables des modifications d'histones

Mécanismes de reconnaissance des modifications d'histones

Domaines protéiques de reconnaissance

Code épigénétique des histones

Complexes protéiques associés aux modifications d'histones

Chapitre 3 : Méthylation de l'ADN et rôle des ARN non-codants

Méthylation de l'ADN et modifications apparentées

Biochimie et distribution de la méthylation de l'ADN

5-méthylcytosine (5mC) et ses dérivés

Distribution génomique (îlots CpG, régions intergéniques)

Méthylation symétrique et asymétrique

Méthylation non-CpG dans les cellules souches et neurones

Machinerie enzymatique de la méthylation de l'ADN

ADN méthyltransférases de maintien (DNMT1)

ADN méthyltransférases de novo (DNMT3A, DNMT3B)

DNMT3L et autres cofacteurs

Ciblage et régulation de l'activité des DNMTs

Déméthylation de l'ADN : mécanismes actifs et passifs

Protéines reconnaissant la méthylation de l'ADN

ARN non-codants et épigénétique

Types d'ARN non-codants impliqués dans la régulation épigénétique

Longs ARN non-codants (lncRNAs)

Petits ARN interférents (siRNAs)

microARNs (miRNAs)

ARN circulaires et autres classes émergentes

Mécanismes d'action épigénétique des ARN non-codants

Recrutement des machineries de modification de la chromatine

Échafaudage moléculaire et formation de compartiments nucléaires

Ciblage de séquences spécifiques par complémentarité

Interactions avec les facteurs de transcription

Exemples de régulation épigénétique par ARN non-codants

XIST et l'inactivation du chromosome X

HOTAIR et régulation des gènes HOX

siARNs et formation de l'hétérochromatine

Régulation par les ARN circulaires

Chapitre 4 : Épigénétique du Développement et de la Différenciation

Reprogrammation épigénétique

Différenciation cellulaire et plasticité

Chapitre 5 : Épigénétique Environnementale et transgénérationnelle

Influence de l'environnement sur l'épigénome

Facteurs environnementaux modulant l'épigénome

Mécanismes moléculaires de réponse épigénétique à l'environnement

Principes et preuves de l'hérédité épigénétique

Mécanismes potentiels de transmission épigénétique transgénérationnelle

Chapitre 6 : Épigénétique des Pathologies

Cancer

Maladies métaboliques

Maladies cardiovasculaires

Maladies neurodégénératives

Chapitre 7 : Techniques d'Étude de l'Épigénome

Méthodes d'analyse des modifications d'histones

Méthodes d'analyse de la méthylation de l'ADN

Approches à cellule unique

Chapitre 8 : Thérapies épigénétiques et nouvelles technologies

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Généralités, bases fondamentales et définitions

Définitions essentielles en cytogénétique

Organisation structurelle et fonctionnelle de la chromatine

Composition de la chromatine

Structure de la chromatine

Étapes de la condensation chromatinienne

Chapitre 2 : Structures chromosomiques spécialisées

Télomères

Structure des télomères

Réplication des extrémités télomériques et rôle de la télomérase

Fonctions biologiques des télomères

Centromères

Structure des régions centromériques

Le paradoxe du centromère

Chapitre 3 : Anomalies chromosomiques

Nomenclature internationale en cytogénétique humaine

Règles générales

Symboles et désignations spécifiques

Anomalies chromosomiques de nombre

Non-disjonction méiotique

Anomalies liées à la fécondation

Mosaïques chromosomiques

Anomalies chromosomiques structurales

Translocations réciproques

Translocations robertsoniennes

Délétions

Microdélétions

Chromosomes en anneau

Inversions

Isochromosomes

Insertions

Duplications

Chromosomes dicentriques

Remaniements complexes

Chromosomes marqueurs

Fragments « double minute »

Chapitre 4 : Méthodes de cytogénétique

Hétérogénéité des protocoles cytogénétiques selon les organismes

Mammifères

Plantes

Levures

Autres organismes

Facteurs influençant les différences techniques

Interprétation des caryotypes

Méthodes de cytogénétique moléculaire

FISH sur métaphase

FISH haute résolution

FISH Chromoprobe T

M-FISH et SKY (Spectral Karyotyping)

M-Banding FISH

CGH sur métaphase

CGH array (puces à ADN)

PRINS (Primed In Situ Labeling)

MLPA (Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification)

Chapitre 5 : Anomalies chromosomiques dans les maladies génétiques humaines et les cancers

Altérations du caryotype par gain ou perte de chromosomes

Altérations de l'architecture interne des chromosomes

Chapitre 6 : Apports de la cytogénétique à la biologie moléculaire des animaux, des plantes et des levures

Cytogénétique animale

Diagnostic des maladies génétiques

Études évolutives et phylogénétiques

Cytogénétique végétale

Amélioration variétale

Études d’évolution végétale (origine des espèces polyploïdes)

Suivi cytogénétique des hybrides interspécifiques

Cytogénétique chez les levures

Études sur la compaction différentielle des chromosomes en fonction des phases du cycle cellulaire chez la levure

Modélisation de maladies humaines liées à l'instabilité chromosomique

Contenu de la matière

Unit 1: Tell me what’s it like

Grammar: What it's like to? Comparative and superlative adjectives in biology.

Vocabulary: Talking about modern life.

Reading: “A story of two bacteria belonging to the same genus” - beneficial/pathogenic bacteria.

Speaking: Comparing DNA polymerases from different microorganisms.

Listening: Brenda Lee, Tell me what it's like.

Writing: Describing a wetland.

Unit 2: Asking scientific questions

Grammar: Present perfect and past simple in scientific writing.

Vocabulary: Adverbs in experimental protocols (slowly, carefully…).

Reading: scientist interview.

Speaking: questionnaire for research.

Listening: an interview with an eminent molecular biologist.

Writing: writing a research protocol.

Unit 3: Do and don’t in the science Lab

Grammar: Have to, got to, should, must.

Vocabulary: Science laboratory safety symbols and hazard signs.

Reading: What can biologist do to help protect our environment?

Speaking: Do I need to be good at math to excel in biology? One question, many answers.

Listening: Fire safety in the Lab.

Writing: Should biologists have good math skills? (Argument essay).

Unit 4: Inventions that changed the world

Grammar: Passive voice.

Vocabulary: past participle verbs used in scientific writing (grown, produced, cultivated, shown, made…).

Reading: Agriculture, an invention that changed the world.

Speaking: Passive voice battleship.

Listening: The molecular biology.

Writing: Writing a documentary film review.

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Modèles de génétique des eucaryotes

Le nématode Caenorhabditis elegans

Un organisme modèle en génétique moléculaire. Comment son étude permet la compréhension de l'élaboration d'un organisme pluricellulaire.

Levures

Description des levures S. cerevisiae et S. pombe comme modèles pour étudier les principes fondamentaux de biologie cellulaire. Des cribles génétiques classiques pour mutations conditionnelles léthales jusqu'aux récents développements de génétique à l'échelle du génome.

Drosophile Drosophila melanogaster

Aperçu de la Drosophile comme modèle pour étudier les voies de signalisation, le développement, la neurobiologie, l'immunologie

Aperçu du génome de la Drosophile, des chromosomes (y compris les « balancers ») et des gènes

Cribles génétiques classiques

Nouvelles technologies pour contrôler l'expression spatiale et temporelle des gènes (système GAL4/UAS, FLP/FRT)

Utilisation de ces technologies pour cribles génétiques mosaïques, surexpression

Souris Mus Musculus

Un organisme modèle intéressant pour sa proximité fonctionnelle de l'organisme humain. Les diverses approches de mutagenèse et d'analyses.

Intérêt pour l'étude de fonctions complexes (e.g. développement placentaire, homéostasie cellulaire, homéostasie métabolique).

Développement de nouveaux outils.

Les plantes

Arabidopsis thaliana comme plante modèle des biologistes moléculaires du fait de la taille de génome, de sa facilité de culture en laboratoire, sa rapidité de développement et sa prolificité.

Introduction d'autres plantes modèles, comme le riz pour les monocotylédones et Physcomitrella patens pour les bryophytes.

Descriptions des principaux outils de génétique moléculaire utilisés pour l'étude des plantes modèles.

Chapitre 2 : les bases moléculaires des maladies génétiques humaines

Clonage positionnel

Anomalies chromosomiques

Stratégies d’identification des gènes de maladie indépendantes de la position

Comment tester un gène candidat défini par clonage positionnel

Identification des variants responsables à partir des études d’association

Huit exemples d’identification de gènes responsables de maladies :

Étude de cas 1 : la dystrophie musculaire de Duchenne

Étude de cas 2 : la mucoviscidose

Étude de cas 3 : le syndrome branchio- oto- rénal

Étude de cas 4 : déficit multiple en sulfatase

Étude de cas 5 : persistance de la lactase intestinale

Étude de cas 6 : le syndrome CHARGE

Étude de cas 7 : cancer du sein

Étude de cas 8 : la maladie de Crohn

Progrès de l’identification des gènes responsables des maladies

Maladie d’Alzheimer

Dégénérescence maculaire liée à l’âge

Eczéma (dermatite atopique)

IA pour la prédiction de maladies (TPOT,AutoML)

Chapitre 3. Génétique du cancer

Développement du cancer

Oncogènes

Gènes suppresseurs de tumeurs

Anomalies de la régulation du cycle cellulaire dans le cancer

Instabilité du génome

Cancer et étude du génome entier

Comprendre le développement en plusieurs étapes d’une tumeur

Intégration des données : le cancer en termes de biologie cellulaire

IA pour le diagnostic précoce et la détection des biomarqueurs du cancer (PathAI, IBM Watson for Oncology)

Contenu de la matière :

Programme des cours

Chapitre 1 : Les bases de la bioinformatique

Informatique en biologie et médecine ;

Introduction aux systèmes Unix et Linux et aux commandes de base ;

Concepts de base de données ;

Bases de données de protéines et d'acides nucléiques ;

Bases de données structurelles ;

DTD XML biologiques ;

Bases de l'algorithme de correspondance de motifs ;

Bases de données et outils de recherche : contexte biologique pour l'analyse des séquences ;

Identification de la séquence protéique à partir de la séquence d'ADN ;

Recherche de bases de données séquence similaire ;

NCBI ;

Outils accessibles au public ;

Ressources à l’EBI ;

Ressources sur le Web ;

Outils d'exploration de base de données

Chapitre 2 : Analyse des séquences d'ADN

Analyse des séquences d'ADN : bases de données de séquences de gènes

Soumission et rechercher de séquences d'ADN dans des bases de

Alignement de séquences ;

Techniques d'alignement par paires ;

Découverte de motifs et prédiction de gènes ;

Variantes structurelles locales de l'ADN, leur pertinence dans les processus au niveau moléculaire et leur identification ;

Assemblage de données issues du séquençage du génome.

Analyse de séquences multiples

Analyse de séquences multiples ;

Alignement de séquences multiples ;

Recherche flexible de similarité de séquence avec le progiciel FASTA3 ;

Utilisation de CLUSTALW et CLUSTALX pour l'alignement de séquences multiples ; Soumission de séquences protéiques d'ADN aux bases de données :

Méthodes de soumission,

SEQUIN,

Centres de génome ;

Soumission d'ensembles de séquences alignées,

Mise à jour des séquences soumises,

Méthodes d'analyse phylogénétique.

Programme des TP :

Recherche de séquences sur les bases de données (outil : BLAST, Genebank, Refseq)

Désigne des amorces (outil : Primer 3)

Simulation d’une PCR ou d’un clonage (outil : Snapgene)

Alignement de séquence par paire et multiple (outil : BLAST)

Construction d’un arbre phylogénétique (outil : MEGA)

Assemblage et annotation d’un génome (outil : Geneious)

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Rappel sur l’organisation moléculaire des biomembranes

Structure des biomembranes

Asymétrie de composition et de répartition des lipides membranaires

Répartition des protéines membranaires

Fluidité membranaire

Mécanismes d’adressage

Trafic vésiculaire intracellulaire des protéines

Modifications post-traductionnelles des protéines

Lipidation

Glycosylation

Chapitre 2 : Récepteurs membranaires et molécules de signalisation intracellulaires

Récepteurs membranaires et leurs ligands

Caractéristiques des récepteurs

Classification des récepteurs selon leur localisation

1.2.1. Récepteurs nucléaires

1.2.2. Récepteurs membranaires

Types de récepteurs membranaires

1.3.1. Récepteurs canaux ioniques

1.3.2. Récepteurs couplés aux protéines G (GPCR)

1.3.3. Récepteurs à activité enzymatique intrinsèque

Récepteurs tyrosine kinase (RTK)

Récepteurs à activité sérine/thréonine kinase

1.3.4. Récepteurs à activité guanylate cyclase

1.3.5. Récepteurs couplés à une tyrosine kinase

1.3.6. Récepteurs couplés à une sérine/thréonine kinase

Schéma général d’une voie de signalisation

Réseau de molécules de signalisation intracellulaires

Principales protéines adaptatrices

Domaines d’interaction protéine-protéin

Domaines SH (Src Homology Domain)

Domaines PTB (PhosphoTyrosine Binding)

3.1.2. Protéines adaptatrices à domaines SH2

Protéine Grb2

Protéine Shc

Petites protéines G monomériques

3.2.1. Superfamille des protéines Ras

3.3. Protéines régulatrices associées aux petites protéines G

3.3.1. Protéines d’échange GEP (GTP/GDP Exchange proteins)

3.3.2. Protéine GAP (GTPase-Activating Proteins)

3.4. Enzymes et Seconds messagers intracellulaires

3.4.1. Propriétés d’un second messager

3.4.2. Réactions de synthèse des seconds messagers et enzymes

AMPcyclique et adénylate cyclase

Diacyl glycérol (DAG), inositol triphosphate (IP3) et phospholipases C

Phosphatidyl inositol triphosphate (PIP2) et PI3-Kinase

GMPcyclique et guanylate cyclase

Protéines kinases

Réactions de phosphorylation et les domaines kinases

Principales protéines kinases

Protéine kinase A (PKA)

Protéine kinase C (PKC)

Protéine kinase B (Akt)

Mitogen-activated protein kinases (MAPK)

Chapitre 3 : Bases moléculaires de signalisation par les récepteurs Tyrosine kinase

Mécanismes d’activation des récepteurs Tyrosine kinase (RTK)

Dimérisation des récepteurs

Transphosphorylation des récepteurs

Activation de la cascade des Mitogen-Activated Proteins kinases (MAP Kinases)

Facteurs de transcription activés par les MAP kinases : AP1 (Activator Protein-1)

Activation de la voie de la phosphatidyIinositol-3-kinase (PI3K)

Activité lipide kinase de la PI3K

Classes de la PI3K

Classe IA

Classe IB

Rôle des sous-unités de la PI3K

Mécanismes d’activation de la PI3K par les RTK

Activation directe

Activation par la protéine adaptatrice IRS (insulin receptor substrate 1)

Activation par la protéine Ras

Recrutement de la PDK (Phosphoinositide-dependent kinase 1)

Activation de la protéine Akt (PKB)

Chapitre 4 : Voies de signalisation par les récepteurs couplés aux protéines G

Protéines hétérotrimériques G

Structure des protéines G (sous-unités , et )

Les protéines G et sous-unités : s, i, q et12

Cycle d’activation/inactivation de la protéine G

Activation de l’adénylate cyclase par la sous-unité s de la protéine G

Activation de la phospholipase C (PLC) par la sous-unité q de la protéine G

4.1. Libération des seconds messagers : Diacylglycérol (DAG), inositol- triphosphate (IP3)

4.2. DAG et activation de la Protéine kinase C (PKC)

4.3. IP3 et mobilisation du calcium intracellulaire

Implication de la sous-unité de la protéine G dans l’activation de la PI3-Kinase

Facteurs de transcription CREB

Chapitre 5 : Facteurs de transcription dépendant du signal

Classification simplifiée des facteurs de transcription

Facteurs de transcription constitutivement actifs

Facteurs de transcription régulés

Facteurs de transcription régulés par un signal membranaire

Facteurs à localisation nucléaire (C/EBP, AP1)

Facteurs à localisation cytoplasmique

STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription)

SMAD (Sma et Mad)

NF-B (Nuclear Factor-B)

Activation des facteurs de transcription STAT par la voie des cytokines

Définition et classes de cytokines

Récepteurs couplés à une tyrosine kinase cytoplasmique JAK (Janus kinase)

Membres de la famille JAK

Activation des récepteurs par les kinases JAK

Transmission du signal par les STAT

Membres de la famille des STAT

Structure des protéines STAT

Activation des STAT et translocation vers le noyau

Activation de la voie JAK/STAT par l’IL-6

Activation de la voie JAK/STAT par l’IFN-

Activation des facteurs de transcription SMAD par le TGF-

Membre de la famille des SMAD

Structure des protéines SMAD

Voie canonique d’activation des SMAD par les Récepteurs sérine/thréonine kinase

Voie canonique d’activation du NF-B par l’IL-1 et le TNF-

4.1. NF-B

4.1.1. Membres de la famille du NF-B

4.1.2. Caractéristiques structurales du NF-B

4.1.3. Protéines inhibitrices IB ( et )

4.1.4. Kinase IKK (IB kinase)

4.2. Activation du NF-B par l’IL-1

4.2.1. Complexe du récepteur de l’IL-1

4.2.2. Voie de signalisation de l’IL-1 MyD- dépendante

4.3. Activation du NF-B par le TNF-

4.3.1. Récepteurs du TNF-

4.3.2. Voie de signalisation par le récepteur de type 1 du TNF-

4.4. Gènes de réponse au NF-B

Chapitre 6 : Apports de l’intelligence artificielle dans l’étude des voies de signalisation cellulaire

Analyse des réseaux d’interactions protéiques avec STRING

Fonctionnement de STRING : sources de données, scores de confiance

Visualisation d’un réseau de signalisation (ex : voie MAPK)

Interprétation des connexions : protéines centrales, hubs, complexe

Enrichissement fonctionnel et exploration des voies avec ShinyGO

Concept de Gene Ontology (GO) et de pathways (KEGG, Reactome)

Analyse d’un jeu de données (liste de gènes/protéines)

Identification des voies de signalisation significativement enrichies

Prédiction de la structure 3D des protéines de signalisation avec AlphaFold

De la séquence à la structure : principes de la prédiction

Utilisation de la base AlphaFold Protein Structure Database

Identification des domaines fonctionnels (ex : domaines kinases, SH2, etc.)

Cas pratique : visualisation d'une protéine clé dans PyMOL ou ChimeraX

Étude de cas intégrée : Voie PI3K-AKT

Reconstitution du réseau avec STRING

Enrichissement des fonctions associées avec ShinyGO

Visualisation de la structure d’AKT ou de PI3K via AlphaFold

Discussion : apport combiné des outils pour comprendre la régulation cellulaire

Limites, perspectives et ouverture vers la recherche

Limites des données et interprétation des résultats

Complémentarité avec les approches expérimentales

IA générative et modélisation prospective des voies de signalisation

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Introduction générale

Génie enzymatique

Génie biologique

Chapitre 2 : Réacteurs et processus réactionnels

Définition d’un réacteur chimique

Classification des réacteurs

La nature du milieu réactionnel

Le mode de fonction du réacteur

Le mode d’activation et de transformation chimique

Définition des grandeurs réactionnelles

Taux de conversion

Avancement

Temps de séjour

Processus microbiologiques

Rendements des processus biologiques en réacteur : modèles cinétiques de la croissance microbienne

Modèle cinétique de la croissance bactérienne en mode discontinu

Modèle cinétique de la croissance bactérienne en mode continu

Rendements des processus biologiques en réacteur discontinu et continu

Rendement de conversion d'un substrat en biomasse

Rendement de production d’un métabolite

Chapitre 3 : Modélisation du réacteur

Modélisation du réacteur à milieu non-renouvelé

Modélisation d'un système biologique continu, infiniment mélangé sans et avec recyclage

Le mode continu sans recyclage de la biomasse

Le mode continu avec recyclage de la biomasse

Les systèmes continus infiniment mélangés à deux étapes

Chapitre 4 : Processus en réacteurs enzymatiques

Réacteurs enzymatiques et concept d’immobilisation enzymatique

Réacteurs à lit fixe

Réacteurs à lit fluidisé

Immobilisation des enzymes

Dimensionnement des bioréacteurs enzymatiques

Dispositif de la bioréaction

Double enveloppe du réacteur

Système d’agitation

Performances des processus au sein de bioréacteurs enzymatiques

Performances cinétiques

Détection de l’activité enzymatique

Chapitre 5 : Stérilisation

Processus de stérilisation

Stérilisation par autoclave

Contrôle permanant du cycle de stérilisation

Procédés de stérilisation

Système discontinu fermé

Stérilisation à l’oxyde d’éthylène

Système continu

Stérilisation par chaleur sèche

Chapitre 6 : Transposition de l'échelle du laboratoire via l'échelle pilote à l'échelle industrielle (scale-up)

Etapes de scale-up

Enjeux liés à l’extrapolation d’un bioprocédé

Critiques d’ordre chimique

Critiques d’ordre physique

Résolution et limitation des impacts des points critiques lors de la mise à l’échelle

Du laboratoire à l'industrie : Étude de cas sur la synthèse d’un polymère 6.2.1 Critiques d’ordre biologique

Chapitre 7 : Génie des bioséparations

Classification des procédés de bioséparation

Procédés à séparation mécanique

Mouillabilité

Masse volumique

Taille des particules

Mobilité électrique

Procédés à séparation par diffusion

Chapitre 8 : Procédé de récupération idéalisé

Etapes du procédé de récupération idéalisé

Séparation primaire ou récolte

Filtration

Lyse acide/agent tensioactif et absorption de phase organique

Floculation et précipitation

Isolement ou capture de la molécule cible

Chromatographie d’échange d’ions

Chromatographie d’affinité

Purification

Polissage

Chromatographie d'exclusion de taille

Chromatographie d’interaction hydrophobe

Bioconjugaison et formulation

Chapitre 9 : Dispositifs de séparation en culture cellulaire industrielle

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire muni de fibres creuses ou de membranes

Dispositif continu perfusé à rétention cellulaire par des ondes ultrasonores résonantes

Chapitre 10 : Analyse critique des réacteurs de perfusion à rétention cellulaire en contexte industriel

Avantages de chaque design dans un contexte industriel

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire muni de fibres creuses ou de membranes

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire par des ondes ultrasonores résonantes

Limitations de chaque design dans un contexte industriel

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire muni de fibres creuses ou de membranes

Réacteur continu perfusé à rétention cellulaire par des ondes ultrasonores résonantes

Contenu de la matière

Atelier 1 : Extraction de l’ADN génomique

Atelier 2 : Tests quantitatifs et qualitatifs des ADN extraits

Atelier 3 : PCR-RFLP

Atelier 4 : PCR Multiplex

Atelier 5 : PCR Allèle Spécifique

Atelier 6 : PCR-SSCP

Atelier 7 : qPCR

Contenu de la matière

Techniques expérimentales

L'atelier de génie enzymatique permet d'appliquer plusieurs techniques clés telles que :

Dosage de l’activité enzymatique à l’aide d’une méthode appropriée, en fonction de l’enzyme étudiée et extraite.

Dosage des protéines totales par la méthode Bradford.

Production de l’enzyme par fermentation submergée (smf).

Précipitation fractionnelle au sulfate d’ammonium.

Elimination du sel par dialyse, suivie de chromatographies par exclusion de taille (filtration sur gel) et par affinité.

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Fondamentaux des nanotechnologies appliquées à la biologie

Définitions, échelles et propriétés des nanomatériaux.

Historique et développement de la nanobiotechnologie en biologie

Approches de fabrication : Top-down vs Bottom-up

Exemples en biotechnologie (nanoparticules polymériques, liposomes, quantum dots, etc.)

Fonctionnalisation des nanoparticules pour des applications biologiques

Modifications de surface

Ciblage cellulaire,

Fluorescence

Conjugaison moléculaire

Types de nanodispositifs utilisés en biotechnologie

Nanoparticules métalliques, polymériques, lipidiques

Nanocapteurs

Nanopores et nanosondes fonctionnalisées

Les trois grands domaines des nanotechnologies

Nanomatériaux : propriétés, synthèse, caractérisation, et applications biomédicales

Nanoélectronique : capteurs, circuits nanoscopiques, intégration aux plateformes omiques

Nanobiotechnologies : convergence entre nano, biologie moléculaire, et biologie spatiale

Chapitre 2 : Introduction à la biologie spatiale omique

Introduction aux technologies omiques spatiales

Transcriptomique spatiale : Visium, CosMx, Xenium, Merscope

Protéomique spatiale : MACSima, MIBIµ

Analyse cellulaire single-cell : scRNA-seq, ATAC-seq

Techniques associées : Immunohistochimie, RNA-seq, Multiplex imaging

Plateformes technologiques majeures

GeoMX Digital Spatial Profiler

MERSCOPE et méthodes hybrides

Visium HD, Xenium, CosMx : comparaison des performances

Domaines d'application

Cancer et hétérogénéité tumorale

Neurosciences et cartographie des tissus cérébraux

Immunologie, inflammation, maladies infectieuses

Chapitre 3 : Nanodispositifs intégrés aux technologies omiques spatiales

Capteurs nanoscale pour l’imagerie multiplexe et l’amplification du signal

Nanobilles fonctionnalisées (Xenium, CosMx)

Amplification par nanoparticules d’or ou d’argent

Sondes multiplexées à base de nanomatériaux

Nanostructures pour la capture, la délivrance et le marquage moléculaire

ADN, ARN, Protéines

Études de cas : composants nano dans Visium HD ou Xenium, contribution aux performances de détection

Chapitre 4 : Applications biomédicales et perspectives

Apport des nanotechnologies aux diagnostic spatial single-cell

Défis technologiques et bioéthiques de l’intégration nano-omics

Vers une médecine de précision augmentée par la convergence nano/omique/spatiale

Contenu de la matière

1. Brevetage d'une invention

1.1. Introduction aux droits de propriété intellectuelle

1.2. Formes de droits de propriété intellectuelle

A. Propriété industrielle

- Brevet

- Conception

- Marque déposée

- Indications géographiques

B. Propriété non industrielle

- Copyright©

2. Histoire et évolution du droit des brevets

2.1. Évolution des lois sur les brevets

2.2. Histoire du système algérien des brevets

2.3. Conventions et traités internationaux

2.4. Lois sur les brevets dans d'autres pays

3. Classification des brevets

3.1. Classification des brevets en Algérie

3.2. Classification des brevets par l'OMPI

3.3. Catégories de brevets

3.4. Brevets spéciaux

3.5. Brevets de produits biologiques

4. Dispositions législatives générales pour les brevets en Algérie

4.1. Brevetabilité : Que peut-on breveter ?

4.2. Ce qui ne peut être breveté

4.3. À qui appartient le droit au brevet ?

4.4. Qu’est-ce qu’une invention de service ?

4.5. Unité de l’invention

4.6. Certificat d’addition

5. Procédures de demande et de délivrance du brevet d’invention

5.1. Dépôt

5.2. Examen

5.3. Délivrance

5.4. Maintien de la validité du brevet

6. Système national des brevets

6.1. Qu’est-ce que l’Institut National Algérien de la Propriété Industrielle (INAPI) ?

6.2. Formalités liées au dépôt d’une demande de brevet d’invention

7. Procédures de dépôt d’une demande de brevet à l’étranger

7.1. Comment protéger mon invention dans plusieurs pays ?

7.2. Qu’est-ce que le Traité de coopération en matière de brevets PCT ?

7.3. Quels sont les avantages du PCT ?

7.4. Procédure de dépôt d’une demande internationale selon PCT

8. Détenteur du brevet : droits et devoirs

8.1. Propriété du brevet

8.2. Droits du titulaire du brevet et des copropriétaires

8.3. Obligations du titulaire du brevet et des copropriétaires

8.4. Transfert des droits de brevet

8.5. Limitations des droits de brevet

8.6. Restauration des brevets

8.7. Violation des droits de brevet et infractions

8.8. Actions contre la contrefaçon : recours/recours

9. Brevet de formes de vie

14.1. Introduction

14.2. Critères d'attribution du brevet

14.2.1. Conditions préalables à la brevetabilité

14.2.2. Exigences essentielles pour la brevetabilité

14.3. Brevets de cellules et de lignées cellulaires

14.4. Brevet des gènes et des séquences d'ADN

14.4.1. Séquences utilisées pour les tests de diagnostic

14.4.2. Séquences utilisées comme outils de recherche

14.4.3. Séquences utilisées en thérapie génique

14.4.4. Séquences utilisées dans la production de protéines thérapeutiques

14.5. Brevets d'animaux

14.6. Protection des obtentions végétales

14.6.1. Brevets

14.6.2. Formes sui generis de protection des obtentions végétales : Union Internationale pour la Protection des Obtentions Végétales (UPOV)

14.6.3. Indications géographiques

10. Brevets en biopharmacie

10.1. Présentation

10.2. Produits pharmaceutiques et biopharmaceutiques

10.2.1. Différences entre les produits biologiques et les médicaments conventionnels

10.2.2. Biosimilaires et produits biologiques « interchangeables »

10.3. Nécessité d'une protection de la propriété intellectuelle des produits biopharmaceutiques

10.4. Protection par brevet pour les produits biologiques

10.4.1. Innovation incrémentale

10.4.2. « Evergreening »

10.5. Protection par brevet pour les diagnostics

10.6. L'impact de la protection par brevet dans les tests génétiques

10.7. Accords commerciaux internationaux sur les médicaments

Contenu de la matière

Introduction à la programmation

Qu’est-ce qu’un programme ? - Langages de programmation

Pourquoi choisir Python en biologie ?

Exemples d'applications en science

Installation et prise en main

Installation d’Anaconda

Premier script Python

Exécution de cellules, sauvegarde, commentaires

Variables et types de données

Types primitifs : int, float, str, bool

Les tuples, les ensembles, les listes, les dictionnaires

Opérateurs mathématiques et logiques

Expression & les instructions de bases (lecture, écriture, affectation)

Structures de contrôle

Instructions conditionnelles : if, elif, else

Opérateurs de comparaison

Structures répétitives

Boucles for et while

Instructions break et continue

Parcours de listes

Fonctions

Définir une fonction avec def

Paramètres et valeurs de retour

Fichiers

7..1. Lire et écrire des fichiers .txt et .csv

7.2. Méthodes open(), read(), write()

Contenu de la matière

Unit 1: The Wonder World

Grammar: auxiliary verbs (do, be, have), naming the tenses, questions and negatives, short answers.

Vocabulary: social expressions.

Reading: wonders of biology.

Speaking: Biology Quiz (using auxiliary verbs, questions and negatives and short answers).

Listening: Ten craziest things cells do.

Writing: Find the mistake and correct it.

Unit 2: Bioethics and biosecurity

Grammar: Present tense.

Vocabulary: Numbers in science.

Reading: Bioethics.

Speaking: Debate on ethics in bioengineering.

Listening: Biosecurity.

Writing: writing a paragraph to describe scientific facts using present tense and numbers.

Unit 3: Telling science stories

Grammar: Past tense.

Vocabulary: graphical representations.

Reading: Agro-industrial residues valorisation.

Speaking: Debate on environmental impacts of biomass.

Listening: Agro-industrial wastes valorisation.

Writing: writing a paragraph to describe methods and results.

Unit 4: Genetic engineering

Grammar: Modal verbs.

Vocabulary: genetic engineering vocabulary

Reading: Can crop residues provide fuel for future transport?

Speaking: Promoting critical thinking with English modal verbs.

Listening: Can enzymes be reused?

Writing: writing a paragraph about the perspectives of GMO applications using modal verbs.

Unit 5: The future of Genetic engineering.

Grammar: future forms

Vocabulary: genetic engineering vocabulary

Reading: Future trends of biotechnology.

Speaking: What role do you think industrial biotechnology will play in the future?

Listening: The future of genome editing.

Writing: Write an email to your internship supervisor to explain what will your plan on arrival.

Contenu de la matière

Bases de la génomique et de la protéomique

Aperçu de l'organisation du génome procaryote et eucaryote

ADN extra-chromosomique : plasmides bactériens, mitochondries et chloroplastes.

Cartographie du génome

Cartes génétiques et physiques

Marqueurs pour la cartographie génétique

Méthodes et techniques utilisées pour la cartographie génétique

La cartographie physique

L'analyse de liaison

Les techniques cytogénétiques

Technique de cartographie génétique FISH

Hybridation de cellules somatiques

Cartes de radiation hybrides

Hybridation in situ

Cartographie génétique comparative

Projets de séquençage de génomes

Human Génome Project

Projets de séquençages de génomes de microbes, plantes et animaux

Accéder et récupérer des informations sur les projets de génomes à partir du WEB

Génomique comparative

Identification et classification des organismes à l'aide de marqueurs moléculaires (ARNr 16S typage/séquençage, SNP)

Utilisation des génomes pour comprendre l'évolution des eucaryotes

Suivie des maladies émergentes et conception de nouveaux médicaments

Détermination de l'emplacement du gène dans la séquence du génome

Transcriptomique

Introduction

Acquisition des données

Next Generation Sequencing (NGS) ( RNAseq, sRNAseq)

Microarrays

qPCR, RT-PCR, qRT-PCR

Description des données

Transformation, normalisation et filtrage

Analyse des données de transcriptome

Gènes différentiellement exprimés

Gènes co-exprimés

Interprétation

Caractérisation d’un ensemble de gènes

Protéomique

Objectifs

Stratégies et défis en protéomique

Technologies protéomiques : 2D-PAGE, focalisation isoélectrique, spectrométrie de masse, MALDI-TOF, système levure 2-hybride

Bases de données protéomiques

Génomique fonctionnelle et protéomique

Analyse du transcriptome pour l'identification et l'annotation fonctionnelle du gène,

Assemblage Contig

Marche du chromosome (chromosom walking) et caractérisation des chromosomes

Identification de gènes fonctionnelles dans le génome

Fonction des gènes

Génétique directe et inverse

Interactions protéine-protéine et protéine-ADN

Puces à protéines et protéomique fonctionnelle

Les applications biomédicales et cliniques de la protéomique

Introduction à la métabolomique, à la lipidomique, métagénomique et biologie des systèmes

Intelligence Artificielle appliquée aux données omiques

Introduction à l’intelligence artificielle aux données omiques

Concepts de base : machine learning, deep learning, réseaux neuronaux

Applications générales en sciences biologiques

IA en génomique

Prédiction de gènes et d’éléments fonctionnels dans le génome

Annotation automatique et classification des séquences

Analyse comparative de génomes à grande échelle

IA en transcriptomique

Identification des gènes différentiellement exprimés par modèles prédictifs

Regroupement de profils d’expression par clustering non supervisé

Détection de signatures transcriptomiques associées à des conditions biologiques (maladies, stress, etc.)

IA en protéomique

Analyse des spectres de masse avec réseaux neuronaux

Prédiction de la structure et de la fonction des protéines

Reconnaissance de motifs et d’interactions protéiques

Travaux dirigés :

TD 1 : Applications des approches omiques

Type : Travail collaboratif – Carte conceptuelle

Article : How ‘omics technologies can drive plant engineering, ecosystem surveillance, human and animal health

Objectif : Introduire les approches omiques à travers un travail visuel de synthèse

Outil/Activité : Création d’une carte conceptuelle + recherche documentaire

TD 2 : Cartographie génomique

Article : A physical map of the papaya genome with integrated genetic map and genome sequence – Qingyi Yu et al., 2009

Objectif : Comprendre les bases de la cartographie génétique et physique

Outil/Activité : Fiche TD guide existante intégrée (questions guidées + interprétation des résultats)

TD 3 : Analyse transcriptomique et lncRNA

Article : Genome-wide differential expression profiling of mRNAs and lncRNAs associated with prolificacy in Hu sheep – Xu Feng et al., 2018

Objectif : Introduction à la transcriptomique fonctionnelle et aux lncRNA

Outil/Activité : Fiche TD guide existante intégrée (questions guidées + interprétation des résultats)

TD 4 : Analyse fonctionnelle avec ShinyGO & STRING

Article : Functional annotation and network analysis of differentially expressed genes in a model organism or tissue

Objectif :

- Analyser un ensemble de gènes exprimés à l’aide de ShinyGO (enrichissement GO/KEGG)

- Explorer les interactions protéiques avec STRING

Outil/Activité : Fiche TD guide existante intégrée (questions guidées + interprétation des résultats)

TD 5 : Pipeline multi-omique simplifié (étude de cas intégrée)

Article : Données simulées ou article réel fourni : (ex : réponse à un stress chez une plante ou animal)

Objectif :

- Combiner RNA-Seq + ShinyGO + STRING + AlphaFold + InterPro

- Élaborer une interprétation biologique cohérente

Outil/Activité : Fiche TD guide existante intégrée (questions guidées + interprétation des résultats)

TD 6 : IA et apprentissage automatique pour l’analyse omique

Article : AI-assisted prediction of gene-disease associations

Objectif :

- Introduction à l’IA (clustering, réseau de gènes, Deep Learning)

- Utilisation de plateformes comme Orange ou DeepGO

Outil/Activité : Fiche TD guide existante intégrée (questions guidées + interprétation des résultats)

Contenu de la matière

Chapitre I : Historique du génie génétique

Chapitre II : Les outils enzymatiques du génie génétique

2.1. Les enzymes de restriction

Le phénomène de restriction

Les sites de reconnaissance

Isoschizomères

Le système de Restriction-Modification (RM)

Origine des enzymes de restriction

Nomenclature des enzymes de restriction

Types de coupures réalisées par les enzymes de restriction

Les classes d’enzymes de restriction

Méthylation des sites de restriction et inactivation des enzymes de restriction

Utilisations des enzymes de restriction

2.2. Les autres enzymes d’usage courant en génie génétique

Les polymérases

Les ligases

Les phosphatases alcalines (PA)

Les nucléases

Autres enzymes spécifiques

Chapitre III : L’hybridation moléculaire

3.1. Rappels sur le principe de la réaction d’hybridation

Notion de température de fusion de l’ADN

Facteurs influençant la température de fusion

3.2. Hybridation moléculaire

L’hybridation en phase liquide

L’hybridation sur support solide

3.3. L’hybridation in situ (HIS)

3.4. Les sondes

Principes de l’hybridation des acides nucléiques

Le concept de sonde

Quelques stratégies de marquage

Marquage des longues sondes d’acides nucléiques avec des nucléotides marqués

Marquage de l’ADN par Nick-translation

Marquage de l’ADN à l’aide d’amorces aléatoires (Random primed DNA labelling)

Marquage au cours de la synthèse de brins par PCR

Marquage des ARN

Marquage des acides nucléiques avec les isotopes radioactifs

Marquage non isotopique des acides nucléiques par des fluorophores

Chapitre IV : Les vecteurs

4.1. Généralités sur les vecteurs

Concept de vecteur etses propriétés

Principes généraux d’utilisation d’un vecteur

4.2. Les plasmides

L’utilisation d’un plasmide

Préparation des plasmides

Les différents types de plasmides

Les plasmides de première génération

Les plasmides de seconde génération

Les plasmides de troisième génération

Origine de réplication

4.3. Les phages

Utilisation des phages

Préparation d’un phage

Les différents phages utilisés en biologie moléculaire

Les phages de première génération : Le phage λ

Les phages de seconde génération

4.4. Les autres types de vecteurs

Les cosmides

Les chromosomes artificiels

Le chromosome artificiel de levure (YAC)

Le chromosome artificiel bactérien (BAC)

Les vecteurs « navette »

Les vecteurs viraux eucaryotes

Chapitre V : Le clonage et expression des protéines recombinantes

5.1. Le principe du clonage

Clonage basé sur la PCR (PCR Based Cloning)

Dessin des amorces pour la PCR du clonage

Choix des enzymes de restriction

Étapes du clonage

5.2. Les banques d’ADN

Les banque d’ADN génomique

Les banques d’ADNc

5.3. Systèmes d’expression

Choix du Système d’Expression

Modifications post-traductionnelles

Système d’expression procaryote

5.4. Cassette génétique d’expression de protéines recombinantes

5.5. Caractéristiques d’E. coli

5.6. Récapitulatif de l’expression hétérologue d’une protéine chez E. coli

5.7. Expression des protéines recombinantes

Chapitre VI : Les organismes génétiquement modifiés (OGM)

6.1. La transgénèse végétale

La transgénèse végétale et les méthodes d’amélioration classiques

Les techniques de la transgenèse végétale

Fabrication des PGM

Les conditions du succès de la transgénèse végétale

Les techniques de transformation

Le transfert direct

Le transfert indirect

6.2. La transgénèse animale

Définition

Méthodes de transfert génique chez les animaux

Transfert de gène dans les embryons au stade une cellule

Transfert de gènes par l'intermédiaire de cellules embryonnaires

Transfert de gènes dans les gamètes

Utilisation des précurseurs des spermatozoïdes

Transfert de gènes dans des cellules somatiques

Transfert de gènes dans les mitochondries

Autres techniques récentes de transfert de gènes

6.3. La construction d’un transgène

6.4. Autres techniques utilisées pour la création d’OGM

6.5. Les principales applications des OGM

6.6. Traçabilité et étiquetage des OGM

Chapitre VII : Les nouvelles techniques de génie génétique et leurs applications

7.1. Édition génomique

7.2. Nucléases programmables

7.3. L'interférence à ARN

7.4. Nucléases à doigts de zinc

7.5. TALEN

7.6. CRISPR/Cas9

Chapitre VIII : Biosécurité et Bioéthique en Génie Génétique

Introduction à la biosécurité

Concepts fondamentaux

Contenu de la matière

Généralités sur médecine personnalisée

Recherche clinique et pharmacogénétique

Tests génétiques et phénotypages

Progrès de la pharmacogénomique

Place des Biomarqueurs dans différents domaines et en cancérologie

Nouvelles approches

Génétique

Protéomique

Métabolomique

Microbiote

Epigénétique

NGS- exome sequencing.

Pharmacogénomique constitutionnelle

Médecine personnalisée selon la génétique

Médecine personnalisée et ses applications cliniques actuelles.

Différents domaines abordés : cardiovasculaire, pharmacologie de la douleur, en psychiatrie, pharmacogénétique en rhumatologie, Pharmacogénétique et effets indésirables, interactions médicamenteuses DILI, oncogénétique.

Doking moleculaire

Docking Moléculaire et Pharmacogénétique

Principes du docking moléculaire

Applications du docking en pharmacogénétique

L’intelligence artificielle au service du docking en pharmacogénétique

Apports de l’Intelligence Artificielle (IA) en Pharmacogénétique

Random Forest, SVM, Réseaux de neurones : pour modéliser les données multi-omiques.

Deep learning : utilisé pour le séquençage d’exome (NGS) et la détection automatique de variants cliniquement pertinents.

Prédiction de la réponse au traitement par intelligence artificielle. Étude de CancerCellNet pour la classification des modèles de cancer et l’évaluation de leur fidélité transcriptionnelle aux tumeurs.

Natural Language Processing (NLP) : pour extraire des informations pertinentes des publications médicales

Point de vue industriel et développement des tests compagnons associés aux thérapies ciblées.

De la rédaction de protocole à l’aide méthodologique et à leur mise en place.

Valorisation de la recherche, juridiction des brevets, expérience

Contenu de la matière :

Chapitre 1 : Rappel des bases de l’immunologie

Les composants du système immunitaire

L’immunité innée et adaptative

Le système immunitaire en action

Chapitre 2 : Le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH et HLA).

Rôle et action

Structure du système HLA

Aspect génétique

Aspect immunologique

Chapitre 7 : Immunogénétique et la transplantation

HLA classique et transplantation d’organes

HLA classique et transplantation de la moelle osseuse

HLA classe I non conventionnel et la transplantation d’organes

HLA classe I non conventionnel et la transplantation de la moelle osseuse

Réaction du greffon contre l’hôte

Typage HLA

Chapitre 3 : Les immunoglobulines

Rôle et action

Structure du système des immunoglobulines

Aspect génétique

Aspect immunologique

Chapitre 5 : Immunogénétique comparative (évolution du polymorphisme de certains gènes impliqués dans la réponse immunitaire)

Polymorphisme du HLA conventionnel

Polymorphisme du HLA non conventionnel. Exemples cités dans le programme : MICA et MICB, molécules apparentées au CMH de classe I.

Polymorphisme du TLR

Chapitre 6 : Immunogénétique et l’immunopathologie

Diabète auto-immun

Génétique du diabète de type I

Relation entre les polymorphismes et les immunopathologies

Chapitre 8 : Immunoinformatique

Introduction en Immunoinformatique

IMGT « International ImMunoGeneTics information system »

Chapitre 9 : Les biothérapies et la thérapie ciblée

Définition

Rôle et action

Mode d’action

Exemple des biothérapies et thérapies ciblées

Chapitre 10 : Immunothérapies : de la paillasse à la clinique

Immunologie en biothérapie

Méthodologie et statistiques des essais cliniques

Principes des essais cliniques

Production cellules hématopoïétiques

Qualité et réglementaire en biothérapies

Chapitre 11 : Les anticorps monoclonaux et polyclonaux

De l’exploitation des propriétés immuno-modulatrices des cellules NKT invariantes en immunothérapie

Physico-chimie des vecteurs non viraux de thérapie génique

Stratégies vaccinales anti-VIH

Design antigénique et vaccination anti-tumorale

Mécanismes de désensibilisations cutanées

Virosome et Application vaccinale anti-VIH

Chapitre 12 : Thérapie génique : approche génétique du traitement des maladies

Traitements des maladies génétiques versus traitement génétique des maladies

Principes et applications de la thérapie cellulaire

Les thérapies à base de cellules souches

Cellules souches embryonnaires

Cellules souches tissulaires

Difficultés pratiques de la thérapie cellulaire avec les cellules souches

Thérapie cellulaire allogène ou autologue

Reprogrammation nucléaire

Pluripotence induite dans les cellules somatiques

Trans- différenciation

Approches génétiques du traitement des maladies par les médicaments, les protéines recombinantes et les vaccins

Identifier de nouvelles cibles pour les médicaments

Production de protéines thérapeutiques par clonage d’expression dans les microbes, les lignées cellulaires de mammifères ou les animaux transgéniques

Fabrication de nouveaux anticorps au potentiel thérapeutique par le génie génétique

Fabrication et amélioration de la fonction des vaccins par le génie génétique

Production de vaccins contre le cancer

Principes de thérapie génique et systèmes de transfection de gènes de mammifères

Les gènes peuvent être transférés dans les cellules du patient qu’elles soient en culture ou dans les tissus

Intégration des gènes thérapeutiques dans les chromosomes ; phrase incomplète dans le document source.

Utilisation des vecteurs viraux pour le transfert de gène

Vecteurs rétroviraux

Utilisation de l’adénovirus et des virus associés à l’adénovirus (AAV) comme vecteurs

Autres vecteurs viraux

Systèmes de vecteurs non viraux

Transfert d’acide nucléique par injection directe ou bombardement de particules

Transfert de gène par l’intermédiaire de lipides

Nanoparticules d’ADN compactées

Thérapeutiques à base d’ARN et d’oligonucléotide et réparation thérapeutique de gène

Inactivation sélective d’un allèle mutant

Ribozymes thérapeutiques

ARNsi thérapeutiques

Induire des sauts d’exons par les oligonucléotides anti- sens

Ciblage d’un gène avec une nucléase à doigts à zinc

La thérapie génique en pratique

Thérapie génique des maladies héréditaires récessives des cellules sanguines

Thérapies géniques d’autres maladies monogéniques

Thérapie génique du cancer

Thérapie génique du VIH

Contenu de la matière

Séance 1 (05 heures) :

Préparation des solutions et milieux de culture.

Dessin des amorces de clonage.

Séance 2 (06 heures) :

Extraction de l’ADN génomique à l’aide d’un kit.

PCR de clonage du gène d’intérêt.

Simulation in-silico du clonage du gène d’intérêt à l’aide du logiciel SnapGene.

Tests qualitatifs et quantitatifs : électrophorèse sur gel d’agarose.

Séance 3 (06 heures) :

Purification du produit de PCR et dosage de l’ADN.

Digestion enzymatique de l’insert et du vecteur plasmidique (pET21/28 a+) avec le couple d’enzymes de restriction approprié.

Simulation du séquençage (vérification in-silico du produit de PCR séquencé)

Électrophorèse des produits de digestion suivie de leur purification à partir du gel d’agarose.

Séance 4 (06 heures) :

Préparation des cellules bactériennes compétentes (part 01).

Ligation du gène avec le vecteur plasmidique.

Séance 5 (06 heures) :

Préparation des cellules bactériennes compétentes (part 02).

Transformation de la bactérie hôte bibliothèque E. coli DH5α.

Séance 6 (08 heures) :

Criblage des clones transformés en présence d’antibiotique.

Conférence sur la technologie de l’ADN recombinant

Extraction de la construction génétique et transformation de la souche hôte d’expression E. coli BL21 (DE3).

Séance 7 (06 heures) :

Tests d’expression de l’enzyme recombinante (part 01) : Préparation des différentes cultures avec les différentes conditions.

Séance 8 (06 heures) :

Tests d’expression de l’enzyme recombinante (part 02) : SDS-PAGE.

Séance 9 (06 heures) :

Purification de l’enzyme recombinante His-taguée par le biais d’une colonne de chromatographie d'affinité, HisTrap.

SDS-PAGE.

Séance 10 (08 heures) :

Confirmation de la nature de la protéine recombinante par le biais du Western Blot.

Test de l’activité biologique de la protéine exprimée.

Analyse des résultats.

Contenu de la matière

Partie 1 : Présentation de l’Arduino

Définition

Le but et l’utilité

Applications

Les bonnes raisons de choisir Arduino

Les outils Arduino

Le matériel (carte UNO, microcontrôleur ATMega).

Le logiciel (IDE Arduino, compilation, téléversement).

La programmation

Qu’est-ce qu’un programme ?

Créer un programme informatique.

Rôle du compilateur.

La programmation en électronique

Introduction au microcontrôleur.

Composition des éléments internes d’un microcontrôleur

Processeur (CPU).

Mémoire (Flash, RAM, EEPROM, cache, registres). Les composants varient selon le microcontrôleur.

Le logiciel Arduino IDE

Le matériel (carte Arduino UNO)

Présentation de la carte.

Caractéristiques principales (broches, tension, mémoire).

Signaux numériques et analogiques

Capteurs et détecteurs

Différence entre capteurs (mesure continue) et détecteurs (état binaire).

Exemples : capteur de température, détecteur de présence.

Les bases du comptage (2, 10, 16)

Base 10 (décimal).

Base 2 (binaire).

Base 16 (hexadécimal).

Tableau récapitulatif des conversions.

Conversions

Décimale ↔ Binaire.

Binaire ↔ Hexadécimal.

Le langage Arduino

La syntaxe du langage

Code minimal (setup(), loop()).

Instructions (points-virgules, accolades, commentaires).

Les données, variables et constantes

Définition des types (int, float, String).

Exemples de déclarations.

Commandes de structure du programme

Entrées/sorties numériques/analogiques.

Gestion du temps (delay(), millis()).

Opérateurs (arithmétiques, logiques, affectation).

Structures de contrôle

Conditions (if/else).

Boucles (while, for).

L’écran LCD

Types d’afficheurs (alphanumérique, graphique).

Branchement (communication parallèle/semi-parallèle).

Programmation avec LiquidCrystal.

Partie 2 : pH-mètre

Définition du pH-mètre

Les électrodes

Électrode de verre (types d’embouts : sphérique, conique, plat, coupant).

Électrode de référence (calomel, sulfate mercureux, chlorure d’argent).

Principe de fonctionnement

Différence de potentiel et loi de Nernst.

Classification acide/neutre/basique.

Chaîne de mesure des électrodes

Calcul des paramètres *a* et *b*.

Étalonnage du pH-mètre

Influence de la température

Manipulation pratique

Simulation avec Arduino et écran LCD.

Programme d’acquisition et étalonnage.

c) Contenu du cours

I- Cours magistraux

II- Travaux pratiques

Contenu de la matière

Manipulation de données avec NumPy

Utiliser des tableaux NumPy pour représenter des données biologiques (séquences, matrices).

Appliquer des opérations vectorielles et le slicing pour l’analyse de données.

Analyse de données biologiques avec Pandas

Lire et manipuler des fichiers CSV (ex : résultats PCR, dosages enzymatiques).

Trier, filtrer et regrouper des données pour l’analyse expérimentale.

Visualisation des données avec Matplotlib

Créer des graphiques (courbes, histogrammes) pour présenter des résultats biologiques.

Personnaliser des visualisations (titres, légendes, étiquettes).

Programmation Orientée Objet (POO)

Concepts fondamentaux (Comprendre les classes, objets, attributs et méthodes. Implémenter une classe simple.

Héritage et méthodes spéciales.

Introduction à Biopython

Lire et analyser des fichiers FASTA.

Extraire des informations de séquences ADN (longueur, contenu).

Contenu de la matière

Unit 1: The World of work

Grammar: Present perfect

Vocabulary: Work and employment vocabulary.

Reading: Dream jobs.

Speaking: What is your dream job?

Listening: Types of Biotech Companies.

Writing: Writing application letters.

Unit 2: Microalgae: the green gold of the future?

Grammar: Conditionals.

Everyday English: making suggestions.

Reading: High-added value products from microalgae.

Speaking: If you have funding, what would you do?

Listening: Biofuel from microalgae.

Writing: If the microalgae...

Unit 3: Food Biotechnology

Grammar: Reported speech.

Vocabulary: Vocabulary for biotechnology

Reading: Applications of enzymes in the Food Industry

Speaking: Is it safe to use enzymes in food?

Listening: Enzymes in milk & cheese.

Writing: Scientific text using reported speech.

Unit 4: Biofuel cell

Grammar: Expressions of quantity.

Vocabulary: Biofuel cells vocabulary.

Reading: Biofuel Cells, enzymes and microbes for energy production.

Speaking: Why don’t we have functional biofuel yet?

Listening: The future of bioenergy.

Writing: From excel to text, expressions of quantities.

Unit 5: Bioentrepreneurship

Grammar: Relative clauses.

Vocabulary: Entrepreneurship.

Reading: The three pillars of bioentrepreneurship.

Speaking: Biotechnology and economic development.

Listening: Biotechnology is the future of manufacturing.

Writing: scientific text using relative clauses.

Contenu de la matière

I- La métagenomique

1- Introduction à la métagénomique

2- Stratégie en métagénomique

- La métagénomique globale

- La métagénomique ciblée

- L’ARN 16S

3- Assignent taxonomique

- La stratégie close-référence

- La stratégie appelée de novo

- La table des OTUs

4- Analyse des données

- Diversité Alpha

- Diversité Beta

II- Le microbiote

1- Introduction au microbiote

- Structure et fonction

- Diversité du microbiote humain sain

2- La dysbiose du microbiote

- Fonctions très abondantes provenant de microbes de faible abondance

- Variation phylogénétique et fonctionnelle entre les entérotypes

- Biomarqueurs fonctionnels liés à l’hôte

- Corrélations avec le phénotype de l'hôte

- Relation Métabolisme –microbiote

III- Le métagénome du micobiote

1- Variation phylogénétique et fonctionnelle globale des métagénomes intestinaux

2- Génomique et métagénomique bactériennes : applications cliniques et importance médicale

3- Outils de diagnostic

- Développement d’outils de diagnostic moléculaire

- Développement d’outils de sérologie

4- Résistance aux antibiotiques

5- Epidémiologie et dissémination de bactéries multirésistantes

Travaux dirigés

Analyse d’articles

Analyse statistique des données métagénomiques avec logiciel R

Contenu de la matière

Concepts

Historique de la biologie synthétique

Fondements de la biologie de synthèse

Ingénierie du vivant

Outils et approches de la biologie synthétique

Chimie, biochimie et néocodage du vivant

Ingénierie métabolique

Séquençages ADN, fabrication d'ADN (« briques élémentaires »)

Réécriture génétique

Notions d’acides xénonucléiques

Modélisation mathématique

Mesures (microscopie, cryométrie de flux)

Design de voies métabolique « sur-mesure »

Design de systèmes de régulation

Applications

Enjeux de demain de la biologie synthétique

Sécurité, aspects sociaux et éthiques

Contenu de la matière

Partie théorique :

La biotechnologie végétale

1.1- Une brève histoire de la biotechnologie végétale

1.2- Les méthodes traditionnelles d’amélioration des plantes

La Transgénèse végétale

Le transfert indirect d’ADN aux cellules végétales par les agrobactéries

Découverte du plasmide Ti

De pathogène à vecteur de transformation : les étapes de l’infection d’une cellule végétale par A. tumefaciens

Le transfert indirect d’ADN : les applications pratiques de l’utilisation des agrobactéries dans la transformation des plantes

Le transfert direct d’ADN aux cellules végétales

Le bombardement de gènes

L’électroporation

Les whiskers

La prise directe d’ADN

Une boite à outils pour le génie génétique des plantes.

Des outils pour la sur-expression et la sous-expression de gènes.

L’utilisation de plantes transgéniques dans des stratégies de recherche et développement

Les outils permettant le contrôle de l’expression d’un gène favori dans le temps et dans l’espace - Les promoteurs • Constitutifs • Inductibles • Tissus-spécifiques - Les terminateurs - Autres structures dans la construction • L’expression des transgènes • Le ciblage intracellulaire - Les marqueurs de sélection

Les stratégies permettant la modification rationnelle de l’expression des gènes - Les stratégies sens et antisens - Les ribozymes - La co-suppression et l’interférence ARN

Les stratégies de découverte des gènes de plantes - Étiquetage d’activation - Mutagénèse au hasard - Mutagénèse dirigée/genome editing - Découverte de promoteurs

Biosécurité et Bioéthique en Biotechnologie Végétale

Risques biologiques

Transfert incontrôlé de matériel génétique entre cultures modifiées et non modifiées

Impact sur la biodiversité et apparition de résistances.

Mesures de biosécurité

Confinement biologique

Zones tampons

Surveillance post-culture

Application du Protocole de Cartagena et du principe de précaution

Considérations éthiques

Préservation de la biodiversité et protection des agricultures locales

Respect du consentement éclairé

Équité dans l’accès aux innovations et transparence sur les OGM

Travaux pratiques

La totipotence

Isolement et fusion de protoplastes

Etablissement d’un caryotype

Haplo-diploidisation

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Introduction au design des procédés

Chapitre 2 : principes du génie des bioprocédés

Les bioprocédés industriels : biocatalyse, opération unitaire, applications

Le design de bioprocédés

Modélisation et simulation de bioprocédés

Optimisation économique et environnementale des bioprocédés

Etude de cas : bilan de masse d’un bioprocédé

Chapitre 3 : Bioprocédés et production de protéines recombinantes

Bioconversions enzymatiques industrielles

Design d’un bioprocédé continu couplant la production et la purification d’une protéine recombinante

Modélisation et simulation de bioréacteur d’expression de protéine recombinante

Etude de cas : procédé industriel de production de vaccins recombinants.

Chapitre 4 : procédés de fermentation microbienne

Fermentations microbiennes industrielles

Design de fermentations microbiennes

Modélisation et simulation de bioréacteur enzymatique

Etude de cas : procédé industriel de production d’une protéine recombinante par fermentation

Chapitre 5 : procédés de purification - « DSP »

Approche globale du DSP

Principales opérations unitaires de purification dans les bioprocédés

Design de procédé DSP et sélection de technologies

Etudes de cas : purification industrielle de la lysine

Note : les cas étudiés sont mentionnés à titre indicatif et pourront varier.

Contenu de la matière

Etapes 01 : culture et irradiation cellulaires

Isolement des cellules mononuclées du sang (PBMC) par une centrifugation en gradient de densité de Ficoll®

Les PBMC issus de sang périphérique de donneurs sains sont irradiées par des rayonnements ultraviolets (UV),

Ces cellules sont cultivées à 37°C et 5% CO2

Les cellules sont récoltées à différents temps pour réaliser l’étude génique et protéique

Etapes 02 : étude de l’effet de l’irradiation sur l’expression du gène p53

Extraction des ARN totaux

Traitement à la DNase

Quantification de l’ARN

Transcription inverse d’un ARNm en ADNc (RT-PCR)

Quantification de l’ARNm par la PCR en temps réel (qPCR)

Analyse et interprétation des résultats

Etapes 03 : étude de l’effet de l’irradiation sur l’expression de la protéine p53 et p53 phosphorylée

Lyse des cellules issues de la culture cellulaire

Dosage des protéines par le réactif de Bradford

Préparation des échantillons

Electrophorèse sur gel de polyacrlamide

Transfert des protéines sur membrane

Immundétection à l’aide d’anticorps primaire spécifique et un anticorps secondaire conjugué

Révélation et interprétation des résultats

Quantification des bandes

Contenu de la matière

Les thèmes des mini-projets seront proposés par les enseignants responsables de la matière et/ou les étudiants. Chaque thème doit faire l’objet de l’application d’au moins une des ingénieries enseignées durant les semestres précédents : ingénierie génétique, biochimique, microbiologique, enzymatique et bioinformatique ; traitant d’une problématique ou mettant en œuvre une approche d’application originale dans le domaine industriel, pharmaceutique, médical…etc.

Contenu de la matière

Introduction : Bienvenu à l’univers R

Installation du logiciel

Principes de base de l'utilisation de R

Calcul de la moyenne et des écart-types

Analyse de la corrélation et de la régression

Représentations graphiques

Analyse de la variance (un facteur et deux facteurs) et de la covariance

Tests statistiques

Contenu de la matière

Chapitre 1 : Principes et enjeux du Reverse Engineering en sciences du vivant

Concepts fondamentaux du Reverse Engineering

Définition et historique

Origine du concept en ingénierie mécanique, électronique, puis adaptation aux sciences du vivant.

Importance du RE dans la biologie moderne : comprendre, améliorer, reproduire.

1.2. Différences entre Reverse Engineering et Forward Engineering

Forward Engineering : processus de conception linéaire (de l'idée au produit).

Reverse Engineering : partir d'un produit existant pour en déduire la conception.

Applications industrielles

Maintenance et amélioration d'appareillages biologiques (PCR, séquenceurs).

Innovation compétitive : bio-impression, création d'outils diagnostics alternatifs.

Interopérabilité : compatibilité entre instruments, logiciels et bases de données.

Échelle TRL (Technology Readiness Level)

Présentation des 9 niveaux TRL

TRL 1 : Observation scientifique de base.

TRL 5 : Validation technologique en environnement pertinent.

TRL 9 : Système validé en environnement opérationnel.

Positionnement d’un projet biologique selon les TRL

Exemples : développement d’un test PCR rapide, production de vaccins expérimentaux.

Les moyens nécessaires pour franchir les TRL

Ressources humaines, matérielles, financières.

Planification des essais pilotes et pré-industriels.

Cadre juridique et propriété intellectuelle

3.1. Le droit à l’ingénierie inverse face aux brevets

Principe du fair use, DMCA, directives européennes.

Analyse comparative internationale

Tableau résumé :

Gestion des risques juridiques

Rédaction de contrats clairs, clauses spécifiques RE, protections anti-contournement.

Limites légales

RE autorisé pour analyse et interopérabilité ; interdit pour copie/revente non autorisée.

Chapitre 2 : Chapitre 2 : Approches intégrées de rétro-ingénierie, bioinformatique et modélisation des systèmes biologiques

Reverse Engineering des Systèmes Biologiques

Approche de déconstruction biologique

Décomposition de réseaux métaboliques et voies de signalisation.

Reconstruction fonctionnelle à partir de données expérimentales.

Exemples concrets

Réseaux de réponse au stress oxydatif.

Mécanismes moléculaires de l'apoptose.

Bioinformatique et Logiciels Libres en Sciences Biologiques

2.1. Introduction aux logiciels open-source

Biopython, RStudio, Galaxy pour bioanalyse.

Ateliers pratiques

Annotation génomique libre avec GenomeTools.

Analyse de séquences de gènes cibles avec FastQC et Clustal Omega.

Modélisation et Simulation en Biologie

Outils de simulation libre

COPASI pour la dynamique des systèmes biochimiques.

CellDesigner pour modéliser les réseaux de signalisation.

Mini-projets

Simulation de la dynamique d'un réseau d'inflammation.

Optimisation d’une voie métabolique via un modèle dynamique.

RE des outils génétiques

Analyse et rétro-ingénierie de plasmides (Benchling, SnapGene Viewer).

Ingénierie de promoteurs et gènes rapporteurs.

Atelier : Rétroconception d’une construction génétique optimisée pour une expression bactérienne.

Contenu de la matière

Unité 1 : Règles fondamentales de rédaction des manuscrits scientifiques

- Vue d’ensemble de la langue des manuscrits scientifiques

- Temps verbaux

- Grammaire

- Phrases

- Paragraphes

Unité 2 : Erreurs fréquentes à éviter dans la rédaction d’un manuscrit

Unité 3 : Soutenance de thèse

- Qu’est-ce qu’une soutenance de thèse ?

- Comment commencer sa présentation ?

- Formuler la problématique et les objectifs de recherche

- Décrire les méthodes

- Décrire et discuter les résultats

- Conclusion et perspectives

- Travailler les transitions

- Comment conclure sa présentation ?

Unité 4 : Après le diplôme, quelle suite ?

- Définir ses objectifs professionnels

- Préparer un entretien d’embauche

- Rédiger son CV

- Rédiger une lettre de motivation

- Présenter une candidature à une bourse