Chapitres
- 01. Les mutations naturelles et artificielles
- 02. La classification des anomalies
- 03. Les affectations génétiques les plus fréquentes
- 04. Les mutations induites
- 05. Les rayonnements électromagnétiques
- 06. Le problème des déchets nucléaires
- 07. La classification des déchets
- 08. Le dépistage des mutations génétiques
- 09. Le cas des anomalies chromosomiques
- 10. Différents types d’anomalies chromosomiques
- 11. Les principaux syndromes chez l’homme
Les mutations naturelles et artificielles
Les gènes sont transmis héréditairement, identiques à eux-même de génération en génération. Rarement, une modification peut affecter le génome et l’information portée par un gène s’en trouvrera altérée, ce qui se traduira par un changement de caractère pas toujours visible. On désignera sous le nom de mutation cette modification du matériel génétique. C’est un événement très rare dans la nature qui se produit sur une génération de gènes sur 100 000. C’est ce que l’on appelle les mutations naturelles. Par contre, l’homme, par la découverte des produits dits mutagènes (produits chimiques, radioactivité artificielle, etc.), a malheureusement provoqué des mutations artificielles, aussi bien chez l’homme que chez les animaux, dont les conséquences ont été désastreuses (les exemples de Hiroshima, Nagasaki et Tchernobyl, aussi que l’utilisation de certains médicaments, comme la Thalidomide).
Beadle et Tatum (1948) disaient l’aphorisme : « un gène, un enzyme ». Cette notion montrait qu’une réaction biochimique se faisait par étapes, chaque étape étant catalysée par un enzyme et que le défaut d’un gène responsable de l’apparation d’un enzyme rompait la chaîne et provoquait l’apparation d’une erreur génétique. La biologie moléculaire a généralisé ce point de vue. Example : Les différents groupes sanguins sont des allotypes qui traduisent une variabilité individuelle à l’intérieur de l’espèce humaine ; ces allotypes ne sont pas forcément pathologiques. Une mutation peut provoquer une modification importante d’une protéine. Parmi les protéines, on distingue les protéines constitutives (ou de structure) qui constituent la matière vivante (os, muscles, ect., les organites de nos cellules, etc.) et les protéines actives telles que les enzymes qui catalysent les réactions de synthèse ou d’hydrolyse. On y englobe aussi les phénomènes immunologiques au sens général (comme le syntème antigène-anticorps), les hormones, etc. Les enzymes spécifiques sont des protéines mises en place pour aboutir à un produit final (protéine) normal. Les réactions biochimiques qui se produisent dans les organismes vivants sont des réactions en chaîne où une succession d’enzymes peuvent intervenir (E1, E2, E3, etc.). La synthèse de ces enzymes est soumise à différents systèmes de régulation par d’autres gènes qui codent pour des protéines dites régulatrices. Les maladies métaboliques sont dues à des mutations ponctuelles au niveau des gènes de structure, ou enzymatiques, ou au niveau des gènes de régulation.
Ne sont héréditaires que les mutations qui touchent les cellules germinales.
La classification des anomalies
L’on considérera celles qui sont dues à des mutations génétiques, dites ponctuelles, au niveau de l’unité de codage. Cela pourra entraîner des maladies génétiques ou métaboliques (qui se révèlent être de plus fréquentes au fur et à mesure qu’on les connaît mieux). Mais des erreurs peuvent se produire dans la transformation d’un gène qui permettra la construction d’une protéine enzymatique fausse qui se manifestera soit par une absence de fabrication d’une protéine dans l’organisme, soit par une carence plus ou moins grave, soit par une accumulation d’une protéine qui pourra provoquer une maladie de surcharge.
Les mutations chromosomiques. – On considérera là des syndromes en relation avec des anomalies décelables sur le caryotype, c’est-à-dire des erreurs portant sur la structure ou le nombre des chromosomes ; on parlera alors de mutations chromosomiques.
Erreurs de métabolisme et mécanisme des mutations génétiques. Notions de métabolisme : – La vie est représentée par les changements qui interviennent en permanence dans notre organisme et dans chacune de nos cellules. Ces changements se manifestent par le métabolisme, qui comporte deux aspects : l’anabolisme et le catabolisme. Le métabolisme utilise des glucides et des lipides dépend surtout d’apports exogènes par les aliments ; de plus, ce sont des aliments cataboliques producteurs d’énergie. Le métabolisme des protéines, au contraire, et surtout par son aspect anabolique, est mis en place sur les dépendances d’informations génétiques.
Dans le règne animal, les glucides et les lipides proviennent surtout de l’alimentation. Au contraire, les protéines sont dites spécifiques car elles sont synthétisées par les animaux sous le contrôle du génome. C’est la nature des protéines d’un être vivant qui détermine son appartenance à une espèce. Ainsi, une espèce est déterminée par un ensemble de protéines qui sont ses molécules spécifiques.
Par exemple : Une mutation sur la molécule d’hémoglobine A, au niveau des sites fonctionnels, entraîne la formation d’isotypes qui sont toujours pathologiques, car le transport d’oxygène est perturbé (anémies plus ou moins graves).
Les mutations et agents mutagènes
On appelle mutation une modification du matériel héréditaire. Le terme fut employé par Hugo de Vries en 1906 pour désigner un changement brusque et héréditaire des organismes avec apparation et conservation d’un phénotype nouveau dans les générations suivantes.
On distinguera deux types de mutations : les mutations génétiques et les mutations chromosomiques.
Le mutations génétiques sont beaucoup plus fréquentes ; elles conduisent à la formation des différents allèles d’un même gène. C’est d’ailleurs à partir d’un allèle muté que l’on a pu mettre en évidence les gènes au niveau de tel ou tel locus. On pense aujourd’hui que ce sont les mutations qui auraient permis l’évolution des espèces.
Elles sont connues depuis longtemps dans les cultures et les élévages domestiques. Le fait que tous les individus d’une espèce ne soient pas strictement semblables indique qu’il existe une tendence à produire des variations dans les caractères héréditaires, ces derniers étant gouvernés par les gènes. Actuellement, la notion de gène ayant beaucoup évolué depuis les vingt dernières années, cette notion s’est considérablement affinée et les biologistes moléculaires vous parleront de gènes en mosaïque ou non, de parties codantes d’un gène ou non, d’introns et d’exons, de gènes de structures, de gènes opérateurs, de gènes régulateurs, etc. Certains gènes sont caractérisés par le nombre de bases contenues dans la portion d’ADN qui constitue le gène (ex. : un gène pourra avoir une longueur de 300 kilobases, 1 kilobase étant égal à 1 000 paires de bases dans une séquence d’ADN).
Les mutations naturelles : – Dans la nature, les mutations sont rares et chez la Drosophile, étudiée par Morgan et ses collaborateurs, il faut élever 20 000 à 200 000 individus pour en mettre une en évidence. Mais les individus mutatnts se reproduisent identiques à eux- même lorsqu’on isole leurs populations.
De telles mutations ont été aussi observées chez les végétaux comme le maïs. Le propre de ces maladies d’origine génétique est d’être considérées comme incurables. Cette notion est actuellement en totale révision, surtout en ce qui concerne les maladies métaboliques. Un certain nombre d’entre elles ont été longtemps confondues avec d’autres maladies infectieuses (comme une bronchite chronique). avec les progrès de la génétique humaine, on découvre chaque année des maladies métaboliques d’origine génétique, on en connaît actuellement plus 4 000. L’ensemble des anomalies et maladies d’origine génétique entraînant des handicaps graves représentent environ 5% des naissances en Europe.
Les affectations génétiques les plus fréquentes
Affections génétiques les plus fréquentes dans la population française :
Drépanocytose 1/400 aux Antilles et 1/100 dans certaines regions du Congo
Mucoviscidose 1/2 000 chez les Européens, rareté chez les autres
Hémophilies 1/2 500 (garçon)
Myopathie de Duchenne 1/2 500 (garçon)
Drépanocytose 1/400 aux Antilles
Phénylcétonurie 1/10 000 chez les Européens,
Anomalies chromosomiques 1/700 chez les nouveau-nés
autosomiques (surtout
Trisomie 21)
Anomalies chromosomoques 6/1 000
gonosomiques (surtout
Turner et Klinefelter)
Maladie du chromosome X 1/750
fragile
Le diagnostic et le dépistage de ces différentes affections posent de nombreux problèmes. La connaissance de l’origine de certaines affections et anomalies est relativement récente. en 1959, Lejeune, Gautier et Turpin ont découvert la cause du « mongolisme » due au surnombre du chromosome 21. Les caryotypes sont donc utilisés, de nos jours, pour le diagnostic et le dépistage des anmelies d’origine génétique. Pour les maladies métaboliques, le diagnostic et le dépistage dépendent de la connaissance de la ,utation, de son locus, des perturbations provoquées au niveau cellulaire.
Cependant, dans le cas des anomalies que l’on ne paut traiter, en particulier celles qui sont provoquées par les mutations chromosomiques, il reste la possibilité d’essayer de les éviter par le dépistage d’une maladie grave chez le foetus. Ces examens sont réalisés chez les femmes susceptibles d’avoir un enfant atteint, soit chez une femme de plus de 35 ans (trisomies et maladies chromosomiques), soit en raison d’un antécédent familial après une étude généalogique.
Les mutations induites
Elles sont trois agents, l’un chimique, les deux autres physiques.
Un grand nombre de substances chimiques, très différentes les unes des autres, peuvent provoauer des mutations. C’est le cas des substances militaires comme le chlore (l’hypérite, gaz de combat qui fut utilisé durant la guerre de 1914-1918). Les gaz lacrymogènes, également à base de chlore, le formol, l’eau oxygènée et la plupart des sulfamides et des antibiotiques. Mais toutes ces substances ne peuvent agir que si elles entrent en contact avec les produits géniatux. Certains médicaùents (molécules chimiques) ont dù être retirés du marché, car ils ont provoqué des mutations (c’est le cas de la thalidomide, administrée à des femmes enceintes, qui avaient accoché d’enfants sans bras et dont les mains étaient insérées au niveau des épaules). On peut citer aussi les antimiotiques (colchicine, substance chimique qui bloque les mitoses), les antibiotiques, les hallucinogènes et les antiùétaboliques.
P
armi les agents physiques, on distinguera :
La chaleur : – Il se produit une augmentation significative des mutations pour une différence de température de l’ordre de 0.10 Celsius. Par exemple : chez les hommes, le port constant de kilt (ou de robes) par opposition au pantalon n’est pas sans effet sur le taux de spermatozoïdes mutés. D’où la protection par un manchon des testicules de certains étalons reproducteurs (chevaux, etc.).
La radioactivité: – C’est H. J. Muller (1927) qui démontra le premier que, en irradiant des larves de drosophiles aux rayons X, on augmente fortement la fréquence des muitants dans un élevage.
On appelle radioactivité toute transformation des noyaux atomatiques (protéine + neutrons) accompagnés de émission de corpuscules. Découverte par Becquerel en 1896 (prix Nobel de physique en 1903), les travaux sur la radioactivité ont été poursuivis par Pierre et Marie Curie qui obtinrent pour leurs travaux communément le prix Nobel de Physique (1903). Cette dernière obtint aussi celui de chimie en 1913. On trouve dans la nature des substances radioactives comme l’uranium : on parle alors de radioactivité naturelle. On peut aussi crééer de la radioactivité artificielle, en bombardant des noyaux d’atomes radioactifs stables avec des particules : neutrons, photons, protons. On destonguera alors trois types de radioactivité selon la nature des particulues émises par les noyaux : la radioactivité α, β et .
La particule alpha (α) est le noyau d’helium 42He composée de deux protons et deux neutrons, expuls és du noyau atomique ; il suffit d’une feuille de papier ou d’une couche d’air de quelques centimètres pour l’arrêter.
On distingue, pour le rayonnement béta (β), le rayonne,ent β- (émission d’un éléctron e- ) et le rayonnement β+ (émission d’un positon e+ ). Les rayons β pénètrent la matière plus facilement ; pour les arrêter, il suffit d’un écran en plexiglas d’une épaisseur de 1 à 2 cm.
La radioactivité gamma () ne change pas la nature du noyau, mais le noyau diminue sa masse en émettant un photon de haute énergie (h) où h est la constante de Plank et la fréquence de rayonnement. Il s’agit là du même phénomène que lorsqu’un atome émet de la lumière visible, mais les énergies mises en jeu dans le noyau et donc dans les rayons sont un million de fois supérieures. La radioactivité est la plus dangereuse. Les particules sont les plus graves et, pour les arrêter, il faut un écran de plomb de 15 cm d’épaisseur. Les rayonnements ont une longueur d’onde faible inférieure à 1 A0, soit 0.1 nm et peuvent atteindre 10-5 dans le vide. L’énergie des photons est très dense et élevée, les photons détruisent facilement la matière biologique (cellules, tissus) et sont très dificilement arrêtés par la matière. Ils se propagent à une vitesse fixe de 300 000 km/s.
Les rayonnements électromagnétiques
De là vient la notion de rayonnement électromagnétique ou radiations électromagnétiques. Elles sont dues à la propagation simultanée d’un champ électrique et d’un champ maghétique et sont caractérisées par une longueur d’onde. Ce sont Einstein et Planck qui introduisirent la notion de particule dans un rayonnement et jetaient les bases de ce qu’on appelle la physique quantique ou mécanique quantique. Le photon est la particule élémentaire qui transmet la lumière et peut donc être considére soit comme un faisceau de particules, soit comme une onde électromagnétique. Sont définies comme ondes électromagnétiques : Les ondes radio, la lumière visible et invisible (rayons ultraviolets et infrarouges), les rayons X et gamma qui correspondent à des photons dont l’énergie est variable. Un photon ne porte pas de charge électrique, il a une masse nulle et se déplace à la vitesse de la lumière dans le vide. Un rayonnement électromagnétique est composé d’ondes électromagnétiques caractérisées par une longueur d’onde lambda () et une fréquence ().
Parmi les rayonnements électromagnétiques, on distinguera :
Les rayonnements peu ionisants : Ce sont les rayons ultraviolets qui ont une longueur d’onde lambda () de 400 nm à 1 nm (1 nm = 10-9 m). Celles, en particulier, proches de 260 nm correspondent à l’absorption maximale par l’ADN. L’effet mutagène des rayons ultraviolets (UV) a probablement joué un grand rôle dans l’évolution et la genèse des multiples formes animales et végétales, ce que l’on désigne aujourd’hui sous le terme de « bioversité », donc dans l’évolution l’ensemble des être vivants depuis que la vie est apparue sur la terre. Les rayons ultraviolets ne produisent pas d’ionisations : ils déclenchent des transformations chimiques et perturbent l’ordre normal des molécules de la matière vivante soumise à leur action. Les rayons ultraviolets produisent essentiellement des mutations génétiques.
Les radiations très ionisantes : Ce sont les rayons X, α, β ou et neutrons émis par les substances radioactives. Ce sont des rayonnements particulaires ou radiations dues à des déplacements particulaires.
Les rayons X constitent en un bombardement de photons, ils se comportent comme des particules très pénétrantes, ils sont absorbés par les couches profondes des atomes. Ils peuvent impressionner une plaque photographique (d’où leur application en radiographie médicale). Leur longueur d’onde est comprise entre 10-2 et 1 nm environ. Cela explique l’usage des tabliers de plomb utilisés par les anciens radiologues et les médicins utilisant les rayons X.
Les atomes des tissus vivants exposés aux rayons X ou gamma () perdent des électrons chargés négativement et par suite deviennent des ions positifs. On dit qu’il y a ionisation. Pour cette raison, les rayons X, , α, β, neutrons et photons sont regroupés sous le nom de radiations ionisantes ; celles-ci produisent des radicaux libres dans l’eau ou directement sur les biomolécules. Ces radicaux libres sont responsables des mutations en déplachant des cassures au niveau de la liaison sucrephosphate de l’ADN. La fréquence des mutations artificielles va dépendre du nombre d’ionisations produites, donc de la dose de rayonnement utilisée.
Les radiations ionisantes ont une action directe ou indirecte, elles doivent atteindre les chromosomes des cellules et donc l’ADN pour que celles-ci montrent des modifications génétiques. Si les organes génitaux sont atteints, la descendance sera altérée.
Selon Van Ganssen (1989) : « les effets mutagènes et cancérigènes des substances radioactives ont été dramatiquement illustrées par les effets des bombes larguées sur le Japon lors de la dernière guerre mondiale (Hiroshima et Nagasaki, 1945). Les effets de la radioactivité ont été étudiés chez les survivants d’Hiroshima ; sur 285 000 survivants, on a recensé entre 500 et 1 000 cas de cancers supplémentaires, ce sont des cancers de la moelle, des os, de la thyroïde et des voies digestives. »
« C’est en 1946 que les Etats-Unis choisissent l’atoll de Bikini, dans l’archipel des îles Marshall pour réaliser leurs premières expériences en temps de paix. Les habitants de l’île ayant été au préalablement déplacés sur d’autres atolls, le 1er mars 1954 on fait exploser la bombe la plus puissante de l’histoire : la bombe à hydrogène « Bravo », de 15 Mt, soit 750 fois plus puissante que celle d’Hiroshima. Lors de cette explosion un atoll plus éloigné a été irradié. Les cancers de la peau et de la thyroïde sont devenus légion ; comme chez les jeunes marins américains présents sur les bateaux au moment des eplosions. Après douze ans d’essai, le président Eisenhower déclara un moratoire, mais 23 bombes auront explosé au total. « Bravo » a déposé une couche de césium 137. Cinquante ans après, ce césium empoisonne toujours le sol et empêche la consommation de tout ce qui pousse à Bikini. Il y a eu aussi depuis beaucoup de cancers aux îles Marshall. En 1911, la Maison-Blanche a officiellement reconnu que les essais atmosphériques pratiqués jusqu’en 1962 dans le désert du Nevada avaient irradié les populations voisines du centre d’expérimantation. Le Congrès leur a même présenté ses excuses (Le Nouvel Observateur, février 1998).
Après les tirs de Reggane au Sahara (1961), « les expérimentations françaises ont recommencé dans le Pacifique en 1966 à l’air libre, sur barges, puis sous ballon pour être poursuisvies à partir de 1974 par des tirs souterrains. Le 2 juillet 1966, la bombe qui explose sur l’atoll de Moruroa est une bombe de 15 à 20 kgt (un peu plus que celle d’Hiroshima). Le 5 juillet, les premiers résultats positifs de radioactivité se sont révéles sur le plancton et les poissons. Les produits de consommation locale présentaient une radioactivité de 18 000, soit le niveau de contamination des laitues aux alentours directs de la centrale de pluies abondantes pendant douze heures, des échantillons de sol prélevés dans les caniveaux comptent 1 400. L’essai était une explosion de 250 kgt (20 fois Hiroshima). La radioactivité de l’eau de pluie à Mangareva (atoll des îles Gambier) a été de 100 000, soit le niveau de contamination des eaux souterraines à Tchernobyl les jours qui suivirent l’accident » (Le Nouvel Observateur, févrieur 1998). « Sur les 7 000 habitants dans les îles australes, Tuamotu et Gambier, des chercheurs de l’Inserm et de l’Opri ont étudié les femmes nées dans la région de 1950 à 1975, pendant la période des tirs. Sur cinq cas de cancers, il y avait quatre cancers de la thyroïde, c’est-à-dire 80 %, constate Florent de Vathaire, l’un des épidémiologiste auteur de l’étude de l’Inserm » (Libération, 30 aoùt 1998). « Les premiers tirs français sur barge de 1966 avaient contaminé les îles de Mangareva, Turcia, Pukarna, Reao et leurs 1 200 habitants, selon les archives de la Direction des centres d’expérimentation nucléaire (Dircen), stockées dans le chateau de Vincennes. Invoquant le secret médical, le ministère de la Défense et le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) refusent toujours de communiquer aux épidémiologistes la liste des travailleurs de Moruroa et des doses radioactives qu’ils ont pu recevoir. Il en est de même pour les mesures de radioactivité relevées à terre ou en mer » (Le Nouvel Observateur, février 1998).
L’utilisation industrielle de l’énergie nucléaire pose à l’humanité et au monde vivant dans son ensemble une vue inquiétante pour le futur. En effet, la majorité des mutations produites par les rayonnements ionisants entraînent des modifications structurales des chromosomes. Car les produits radioactifs tuent les individus de manière directe ou différée (cancer), mais hypothèquent l’avenir en induisant des mutations germinales fréquentes dans les populations humaines, animales ou végétale irradiées. Un exemple de la centrale de Tchernobyl, il y a quatorze ans, sans compter que l’énergie des armes nucléaires stockées dans le monde suffit largement à faire sauter la planète.
Rappelons que la radioactivité nucléaire (réacteurs ou centrales nucléaires, bombes nucléaires, sous-marins nucléaires) consiste à produire de l’énergie à partir de la fission de noyaux atomiques lourds (uranium, plutonium). Ce dernier est un élément radioactif artificiel créé lors de la fission des noyaux d’uranium dans le combustible nucléaire. « Le plutonium est un émetteur puisant, extrêmement radiotoxique. A cela s’ajoute que le plutonium reste dangereux pendant des milliers d’années. Ce n’est qu’après vingt-quatre mille ans qu’il perd la moitié de son intensité de rayonnement. Cela signifie que le plutonium qui pénètre dans l’environnement lors d’un essai nucléaire constitue une menace pour la santé de plusieurs milliers de générations » (revue de Greenpeace, été 1997). Cela provoque des rayonnements de neutrons et de rayons qui sont extrêmement dangereux pour la vie et l’organisme humain et dont les conséquences peuvent être dramatiques et le problème du stockage défectueux, car les déchets radioactifs constituent une composante non fissile du combustible.
Le problème des déchets nucléaires
Où entreposer les déchets radioactifs les plus dangereux produits par les 434 centrales nucléaires en activité dans le monde, sans oublier ceux qui proviennent du démantèlement des missiles balistiques ? Les Américains envisageaient de les stocker dans des boues argileuses, épaisses de plusieurs centaines de mètres, qui s’accumulent depuis 50 à 100 millions d’années dans le fond des océans, à plus de 4 000 m de profondeur. Mais la Convention de Londres de 1972 a exclu le rejet des déchets nucléaires dans les fosses abyssales océaniques, rejets qui étaient pratiqués au début du nucléaire par Américains, Britaniques, Français et Russes » (Le nouvel Observateur, 22-28 janvier 1998). La dispersion des déchets radioactifs en mer ou dans les profondeurs de la terre est dangereuse. La radioactivité artificielle constitue donc le plus gros ganger actuel pour la vie (bombes que l’on expérimente encore dans certains pays), surveillance permanente des centrales, transport des déchets. En France, la tendance serait d’enfouir les déchets à moins de 40 m, en subsurface. Rappelons que le plutonium, l’uranium enrichi et le césium sont les plus dangeureux (cinq millions d’années de période de radioactivité (periode = demi-vie de la radioactivité). Il faut soit les recycler, soit les mettre dans des décharges (déchets).
Tout récemment (février 1997), l’Institut de protection nucléaire rappelle que « plus de 300 000 colis radioactifs sont transportés en France par route, fer, mer ou air, dont 5 000 de type B, ceux qui présentent le plus de risques » (Le nouvel Observateur, 13 février 1997). « Depuis 1997, 1 % des personnels qui ressortent des centrales nucléaires EDF présentent une contamination de leurs vêtements de ville, notamment du cobalt 60, radioélément provenant du coeur du réacteur. Selon l’OPRI ce phénomène est connu depuis plus d’un an, seuls les vêtements sont en cause. Cela révèle une sortie dans la nature de radioéléments, en théorie confinés à l’intérieur es centrales! » (Libération, 9 juin 1998). « Le laboratoire indépendant CRii-Rad vient de saisir Bruxelles d’une demande d’enquête sur le risque d’irradiation des convois de déchets nucléaires » (Libération, 9 juin 1998) ; « La CRii-Rad a effectué des mesures au mois de juillet, le long de wagons qui transportaient du combustible irradié de la centrale EDF de Bugey (Ain). DAns son rapport, la CRii-Rad note que des cheminots ont été maintenus pendant des années dans la plus totale ignorance des rayonnements auxquels ils étaient soumis. Et d’ajouter que, l’hiver, certains d’entre eux avaient pour habitude de se réchauffer sur les plates-formes de ces wagons qui dégagent de la chaleur » (Libération, 1 septembre 1998). Aujourd’hui « 160 000 sources radioactvies sont en circulation en France. Chaque année, 4 600 utilisateurs, industriels et hôpitaux, utilisent 42 000 sources radioactives scellées et 120 000 sources non scellées. La France n’est donc pas à l’abri d’un incident comme celui de l’aciérie espagnole Acerinox qui a répandu un nuage de césium 137 sur tout le sud de l’Europe » (Le Figaro, 8 juillet 1998).
Le citoen doit faire effectuer des contre-expertises par rapport aux résultats données par les organismes officiels (en France, en effet, l’EDF, le CEA et l’armée ont érigé le secret et le silence absolu comme principe en matière nucléaire, civile et militaire. Les résultats des mesures de Cousteau à Moruroa n’ont même pas été publiés. Il en est de même de la pollution en Russie due à Tchernobyl, etc. Les armées ne communiquent aucun résultat sur leurs essais et l’on voit comment a été traité le mouvement international Greenpeace en Polynésie française, par exemple!). D’autres part, personne ne peut affirmer que croùte terrestre ne variera pas ou que les eaux souterraines ne remonteront pas en surface. Les océanographes nous ont bien montré qu’il y a des remontées d’eaux profondes en surface en de nombreuses régions du globe. Pendant longtemps, les déchets ont été déversés dans les grandes profondeurs marines dans des fùts en béton. Le problème de la fissuration de ces fùts se posera à la longue. L’usine de la Cogema de retraitement de la Hague provoque une fréquence des leucémies chez les personnes vivant à proximité. « L’épidémiologiste français Jean-François Viel et son équipe ont permis de récolter suffisamment de données pour en tirer des conclusions significatives. Les résultats ont dévoile de façon irréfutable ce que l’industrie nucléaire tente de garder secret depuis si longtemps déjà : la région de la Hague se distingue par un excès de leucémies chez les enfants et les jeunes. Pour tout l’arrondissement de Cherbourg, près de la Hague, on a constaté 9 % de cancers de plus qu’attendus dans l’ensemble du département. La fréquence des cancers du poumon, du sein, de l’oesophage et des mélanomes augmente. Les responsables ne sont pas seulement les autorités françaises, mais aussi les compagnies électriques allemandes, belges, hollandaises et japonaises qui de débarrasent de leurs combustibles irradiés en les envoyant pour retraitement en France » (revue de Greenpeace, été 1997). Le retraitement consiste à extraire des combustibles usés les 95 % d’uranium qu’ils contiennent encore, ainsi que 1 % de déchets (produits de fission). « cette stratégie a conduit à accumuler sur le sol français plus de 70 t de plutonium. Ce stock, qui résulte de combustibles nucléaires usés français et étrangers stockés à l’usine Cogema de la Hague, continue de grossir d’une dizaine de tonnes par an, faute de débouchés. Signalons que la Hague coùte l’équivalent de 60 avions de type Airbus par an pour le recyclage de ses déchets nucléaires. Récemment deux physiciens célèbres, le Français Georges Charpak (prix Nobel de physique, 1992) et l’Américain Richard Garwin ont passé en revue l’ensemble des problèmes posés par l’atome civil et militaire. Fait significatif, les deux auteur sont en désaccord sur le retraitement des déchets ; le Français y est favorable, l’Américain estime qu’il faut enfouir tous les combustibles usés avec leurs produits de fission » (Le Nouvel Observateur, mai 1997). « 58 réacteurs, deux dépôts officiels de déchets nucléaires, plusieurs centaines de décharges radioactives, et pas moins de quatorze usines de fabrication ou de retraitement des combustibles (dont la fameuse usine de la Hague) ; sans compter quelques dizaines de sites nucléaires militaires, sur lesquels on est forcément encore moins bien renseignés, font incontestablement de la France le pays le plus nucléarisé de monde » (Le Nouvel Observateur, novembre 1998), alors qu’il n’y a aucune centrale en Italie par exemple. Citons aussi l’excellent article de Hélène Crié et Michèle Rivasi.
La classification des déchets
«Les déchets A sont de faible radioactivité, sur une période courte (moins de trente ans). Ils sont issus du fonctionnement normal d’une centrale. Actuellement stockés dans l’Aude, ils représenteront un million de mètres cubes en 2030. Les déchets B, d’activité moyenne sur une longue période, atteindront 90 000 m3 en 2030. Il s’agit de matériels divers (filtres, outils, etc.). Les déchets C dont hautement radioactifs sur des périodes pouvant aller jusqu’à des millions d’années. La France en accumulera 4 500 m3 en 2030. Il s’agit de déchets vitrifiés à la Hague, une fois le plutonium et l’uranium prélevés pour être réutilisés... » (Liberation 12 mars 1999). pour conclure ce paragraphe, citons Liberation 12 mars 1999 : « Les journalistes, les ministres concernés et les députés rencontrent des difficultés à obtenir des informations claires sur le nucléaire en France et en particulier en Europe en général. Depuis 1970, le nucléaire a pris le pas sur le charbon et le gaz. Ce programme nucléaire fut lancé au lendemain de la seconde guerre mondiale avec la création du CEA, dont la mission était de regrouper toutes les recherches nucléaires. L’expression « tout nucléaure » date de 1966. A l’époque, la France était en retard sur l’Angleterre et les Etats-Unis. C’est en Amérique qu’ont été inventés les réacteurs à neutrons rapides, puis les réacteurs à eau légère, concept qui s’est généralisé dans tous les pays... En France, l’information pour ce qui concerne le nucléaire est un sujet tabou... Les journalistes ne sont pas les seuls à buter contre ce mur du silence, contre le pouvoir tout-puissant de l’appareil nucléaire. Corinne Lepage, ex-ministre de l’Environnement, et Dominique Voynet, qui lui a succédé, sont toutes d’accord pour dénoncer la difficulté, même pour un ministre, d’obtenir des informations correctes... la seconde confirme que, dans ce domaine, les mêmes disent : « Oui, il y a bien un problème, mais il n’y aura aucun impact sanitaire » (Le Nouvel Observateur, 11 avril 1999).
Le dépistage des mutations génétiques
La première maladie métabolique héréditaire , citée plus haut et décrite par Garrod (1902), est l’alcaptonurie. Cette maladie est due à une mutation qui empêche la transformation de l’acide hydroxyphénylpyruvique en alcaptone éliminé normalement dans l’urine. Cette accumulation provoque différents symptômes dont une arthrite et un durcissement progressif des cartilages. Ultérieurement, ce sont les mutations de l’hémoglobine qui ont été décrites (drépanocytose, thalassémie) et les hémophilies (absence de facteurs de coagulation A ou B). Mais ces dernières années de nombreuses maladies métaboliques d’origine génétique ont été décrites.
Le diagnostic génétique de ces maladies, ces tests permettent : un dépistage systématique, un dépistage anténatal dans les familles à risque (contrairement aux syndromes causés par des mutations chromosomiques, les maladies métaboliques ne sont plus considérées comme des fatalités irrémédiablement incurables).
Conséquences sur un cas concret : l’idiotie amaurotique ou maladie de Tay-sachs : - Il s’agit d’une absence ou insuffusannce dans les cellules et dans le sang d’un enzyme de dégradation de certains lipides (aldolase) avec accumulation d’acide neuraménique. Si l’on symbolise l’aldolase par A, les sujets homozygotes dominants A/A ont un taux normal d’aldolase, les hétérozygotes A/a ont un taux égal à la moitié de la normale et les homozygotes récessifs a/a n’ont p s du tout d’enzymes :
A/a x A/a = 25% de A/A + 50% de (A/a + a/A) + 25% de a/a (maladie de Tay-sachs).
Il n’y a pas de dépistage précoce, donc la maladie est indécelable à la naissance et se manifeste à partir de 5 à 6 mois par de l’acousie (et même hyperacousie) qui est une réaction de frayeur avec réaction tonique au moindre bruit. Isthme fatal assez rapide (2 à 4 ans) par dégénérescence du système nerveux. C’est une maladie qui fut fréquente chez les Juifs de la frontière russo-polonaise et dont la cause était la consanguinité.
Le cas des anomalies chromosomiques
Les méthodes d’etude du génome humain et les maladies génétiques :
– Le diagnostic et le dépistage de ces différentes affections posent de nombreux problèmes. La connaissance de l’origine de certines affections et anomalies est relativement récente. C’est seulement en 1959 que les Français Lejeune, Gautier et Turpin ont découvert la cause du « mongolisme » ou syndrome de Down (il fut décrit en 1886 par Down et appelé mongolisme) en observant le surnombre d’un chromosome 21, d’où le nom de trisomie 21. L’organisation mondiale de la santé a retenu le terme de « syndrome de Down » pour remplacer celui plus ancien de « mongolisme ». Pourtant cette maladie avait été décrite dès 1846 (vingt ans avant Down) par le Français E. Seguin (Pour la science, 1987). edouard Seguin, Clamecy 1812 – New York 1880, médecin américain d’origine française, élève d’Isnard et d’Esquirol, s’intéressa à l’éducation des enfants déficients mentaux et différencia le retard mental de la démence. Elle est observée plus fréquemment chez les garçons que chez les filles (trois garçons pour deux filles).
Le syndrome de Down se manifeste par un faciès caractéristique qui lui a donné le nom de mongolisme, on observe des pommettes saillantes, une obliquité mongoloïde des paupières, vers le haut, les oreilles sont petites et mal ourlées, il y a protusion de la langue. Cette morphologie est accompagnée d’une hypotonie gérérale, de brachycéphalie et souvent de cardiopathie (présence d’un canal atrio-ventriculaire dans un cas sur trois ; de plus la débilité mentale est plus ou moins accentuée et elle est accompagnée de dermoglyphes particuliers (2 lignes, celles du bas, comme chez les singes). La fréquence augmente avec l’âge de la mère : 1/2 000 si la mère âgée de 20 ans, 1/300 à 35 ans, et 1/50 à 40 ans. De nos jours, grâce à des soins intensifs consacrés surtout à l’éveil psychique, la débilité est atténuée et l’espérence de vie des trisomiques est passée de 20 ans à 50 ans (ils mouraient autrefois pendant le jeune âge, ne résistant pas à crise pubertaire). On a observé des cas de trisomie chez les chimpanzés (49 chromosomes au lieu de 48, avec débilité plus cardiopathie, donc syndrome voisin de l’humain).
La trisomie 21 peut avoir différentes origines : la plus fréquente est la trisomie libre (95 % des cas), la trisomie familiale et la trisomie en mosaïque.
La trisomie 21 libre ou accidentelle se produit par non-disjonction des chromosomes à la méiose surtout dans les ovules, sa fréquence s’accroît avec l’âge des femmes. (Un examen anténatal est préconisé à partir de 35 ans chez les femmes enceintes).
La trisomie mosaïque – 2 à 3 % des trisomies – est problement due à des mutations au cours des premières divisions de segmentation de l’oeuf, les effets sont atténués. Cela donne des lignées trisomiques et des lignées normales. L’importance des stigmates dépend de la proportion des deux types de lignées.
Les deux mutations suivantes peuvent survenir chez la mère :
– La fusion centomérique 21-21 est un cas très rare, tous les enfants seront atteints (monosomique létaux ou trisomiques).
– La translocation équilibrée 13-21 ou 14-21 ou 15-21, par fusion centromérique ou fusion tandem, peut provoquer dans la descendance de cette femme, les vecteurs (stigmates mongoliens, mensurations crâniennes, dermoglyphes), on peut prévoir les probabilités suivantes : 1/4 létaux (monosomiques), 1/4 normaux, 1/4 translocation équilibrée.
Diagnostic : le caryotype. – Le caryotype représente les chromosomes à la métaphase, après division des chromatides et avant division des centromères.
Les mutations chromosomiques sont le plus souvent provoquées par un accident au moment de la méiose dans le gamète mâle ou femelle (98 % des cas), elles seraient dix fois plus fréquentes chez les femmes à partir de 38 ans. Ces mutations peuvent entraîner des variations dans le nombre ou dans la structure et la forme des chromosomes. Dans ce dernier cas, leur mise en évidence nécessite un caryotype avec banding qui sont des colorations des chromosomes qui font arraraître des alternances de bandes plus ou moins colorées bien déterminées et dont toute modification est due à une mutation (ex. : bandes Giemsa, bandes R et C).
Chez l’Homo sapiens, les chromosomes sont numérotés de 1 à 22 + les hétérochromosomes, en grands, moyens et petits chromosomes, plus ou moins acrocentriques ou plus ou moins métacentroques selon la position du centromère. L’ hétérochromosome X est un grand métacentrique, le Y est un petit acrocentrique. Un tel caryotype montre un équilibre qui permet un développement harmonieux à partir de l’oeuf pour donner un individu « normal ». Le moindre déséquilibre de la balance génétique se manifeste par des troubles variés : létalité, c’est-à-dire mort durant l’embryogenèse ou de l’individu jeune (cause du plus grand nombre d’avortements spontanés) ; malformations variées ; troubles psychomoteurs plus ou moins prononcés. Il faudra donc demander un examen de caryotype chaque fois que l’on se trouvera face à : des malformations à la naissance, une imprécision (indétermination plus ou moins nette du sexe, une insuffisance intellectuelle d’origine variée).
Anomalies de structure des chromosomes chez l’homme. – Les accidents aboutissent à la formation de chromosomes anormaux : plus grands, s’ils sont bénéficiaires d’une translocation ou d’une duplication ; plus petits, s’ils ont subi une déficience ou une délétion ; réaménagés, s’ils ont subi une inversion, duplication etc.
Différents types d’anomalies chromosomiques
1. A B C D E F G H I J K Normal
a b c d e f g h i j k Héterozygote
2. A B C D E F G H I J K Déficience
a b c d e f g h i Héterozygote
3. A B C D E F G H I Déficience
a b c d e f g h i Homozygote
4. A B C D E F G H I J K Délétion
a b c d e f g j k Héterozygote
5. A B C D E F G J K Délétion
a b c d e f g j k Homozygote
6. A B C D E F I H G J K Inversion
a b c d e f g h i j k Héterozygote
7. A B C D E F I H G J K Inversion
a b c d e f i h g j k Homozygote
8. A B C D E F G H I J K Translocation
a b c d ej k f g h i Héterozygote
9. A B C D EJ K F G H I Translocation
a b c d ej k f g h i Homozygote
10.A B A B C D E F G H I J K Duplication
a b c d e f g h j k Héterozygote
Les différentes mutations: – Les mutations chromosomiques possibles sont les déficiences, les délétions, les inversions, les translocations et duplications. Elles surviennent le plus souvent à la méiose, à la fin de la première division réductionnelle donnant naissance à un individu dont toutes les cellules seront porteuses de la mutation. Mais elles peuvent parfois survenir au cours de mitoses pendant la segmentation de l’oeuf et ne concerneront alors qu’un territoire plus ou moins étendu de l’individu (structure en mosaïque). Au moment de la séparation des chromosomes homologues, les échanges chiasmatique ne sont pas toujours équilibrés entre chromosomes homologues, il peut y avoir aussi perte d’un fragment chaismatique ou échange chaismatique entre chromosomes non homologues appelées translocations. dans ce dernier cas, si la translocation est équilibrée, l’individu porteur peut être normal, mais ses descendants seront atteints d’anomalies graves portant sur le nombre des chromosomes. Parfois, la division du centromère se réalise selon un axe erroné et il y a formation d’isochromosomes, chacun d’eux portant deux chromatides identiques (avec les même loci).
Les délétions, les exemples chez l’homme : Les effets sont graves ou létaux. Dans le cas de délétion hétérozygote, un problème se pose au moment de l’appariement des chromosomes à la méiose, puisque les chromosomes doivent s’apparier chromosome à chromosome, donc caractère à caractère. La délétion du bras court du chromosome 5 provoque la maladie du cri du chat qui entraîne une déformation du larynx, une microcéphalie, une implantation basse des oreilles, des yeux obliques (due à une obliquité antimongoloïde des paupières), un visage lunaire, une débilité mentale marquée et une mortalité vers 5 ans.
La délétion du bras court du chromosome 18 entraîne l’hypotrophie de la stature, la cataracte et une arriération mentale, parfois une cyclopie et une bouche à coins tombants.
La délétion du bras long du chromosome 18 provoque l’hypotrophie de la stature, une microcéphalie, un menton saillant, des malformations viscérales et une arriération mentale.
Remarque : Les translocations touchent surtout les chromosomes acrocentriques et les autosomes, cependant un cas de Y sur le chromosome 21 est connu.
Ce sont là quelques exemples classiques d’accidents, de cassures, parmi les très nombreux aléas que subissent les chromosomes au cours des divisions cellulaires. Ce qui est remaquable, c’est la « constance » de la tendance statistique à ce qu’un incident se produise à un endroit bien particulier provoquant un syndrome « classique ». Il semble que tout se passe comme si les crossing-over avaient tendance à se produire à des endroits privilégiés où les chromosomes manifestent une certaine « fragilité ». Quant à l’origine, la cause « originelle » de ces accidents, on en est encore au stade des conjectures ; on incrimine aussi bien des agents physiques divers (radiations, etc) que des agents chimiques divers, viraux ou autres (vieillissement, etc.).
La délétion sur le chromosome X chez la femme entraîne une atteinte des fonctions sexuelles, un faible développement mammaire et ovarien et une débilité mentale plus ou moins marquée.
La fragilité du chromosome X, syndrome décrit en 1975 seulement, correspond à une psychose infantile avec déficience intellectuelle particulièrement fréquente chez les garçons ; il serait plus fréquent que la trisomie 21 (mongolisme). 30 % ont des comportements autistiques ; réciproquement, parmi des enfants diagnostiqués autistes, 8% sont atteints de l’X fragile (pour la Science, aoùt 1993). La fréquence est de 1/750 (plus fréquente chez les garçons).
Les inversions : Ces mutations sont encore peu connues, car elles ne sont visibles que sur des bandings et, de plus, leurs effets se traduisent surtout par des handicaps mentaux plus ou moins sévères traités en psychiatrie.
Les translocations et duplications : Les translocations sont les plus fréquentes sont les 13-21, 14-21, 15-21. Les translocations &quilibrées ont parfois un effet discret chez le porteur, cependant elles entraînent des trisomies et des monosomies dans la descendance. Un certain nombre de cancers sont provoqués également par des translocations réciproques : ce sont surtout des leucémies, en particulier la leucémie myéloïde. La plupart des malades atteints de cette maladie mortelle (90 %) sont porteurs d’une translocation réciproque entre le chromosome 9 et le 22. De même, la leucémie courante en Afrique appelée le lymphome de Burkitt est liée à une translocation 8-14, 8-2 ou 8-22.
Les premières duplications ont été observées chez la drosophile (mutation Bar). Actuellement, de nombreuses mutations de ce type sont connues chez les insectes car elles induisent des résistances aux insecticides, comme nous l’avons déjà vu plus haut.
Anomalies du nombre des chromosomes. – Si le nombre des chromosomes est exact au moment de la fécondation, la multiplication cellulaire et l’embryogénie se produisent normalement chez le foetus. Dans le cas contraire, des troubles graves vont apparaître chez le foetus. Le plus souvent, ces troubles entraînent la mort du foetus (50% des fausses couches). Si l’enfant vient à naître, il présentera des malformations, des anomalies génitales ou une insuffisance intellectuelle grave.
Les erreurs numériques se produisent également le plus souvent à la méiose par non-disjonction des chromosomes homologues, par retard d’anaphase entraînant l’élimination d »un chromosome, par translocation réciproque.
Cas des autosomes et processus des mutations : A partir de la formule diploïde de l’espèce, il se produit un accroissement du nombre des couples de chromosomes : c’est la polyploïde peut être provoquée artificiellement par la colchicine. Chez les végétaux cultivés ; la polyploïdie est apparue d’abord spontanément, puis elle a été recherchée et provoquée pour l’amélioration de certaines plantes cultivées à haut rendement et les plantes d’ornement (le blé, les roses, etc.).
Chez les Métazoaires animaux, la polyploïdie est rare (cas de certains mollusques...), chez l’homme, seule l’aneuploïdie est possible ; la monosomie (un seul chromosome homologue) ou la trisomie (3 chromosomes homologues) sont les seuls cqs connus. L’endomitose (plusieurs duplicqtions de l’ADN à l’intérieur de la cellule), quidonne nqissqnce à des chromosomes géants, est une forme de polyploïdie qui se produit dqns certqins tissus animqux (glqndes sqlivqires des diptères, cellules du foie des mammifères, on a également mis en évidence la présence de cellules polyploïdes chez les femmes ayant utilisé des contraceptifs oraux pendqnt de longues périodes).
Les trisomies : Il existe chez l’homme trois cas : la trisomie 13 (bec-de-lièvre et polydqctylie) ; la trisomie 18 (malformation du crâne, des mqins, du coeur entraînant une mort précoce) et la trisomie 21 décrite plus haut.
Diagnostic de Barr : Il se fait par l’observation du corpuscule de Barr, technique mise au point par Grumbach (1958) et Mary Lyon (1961), moins coùteux et plus rapîde qu’un caryotype, pratiquée sur une cellule somatique en interphase (prélèvement de cellules de l’épithélium buccal). Le caryotype viendra en confirmation, si nécessaire. Le corpuscule de Barr correspond à un chromosome X inactivé présent seulement dans les cellules somatiques des femmes. Il apparaît comme un amas chromatinien en bordure de l’enveloppe nucléaire. En observant les cellules d’une femme, on trouve 30 à 50 % de cellules avec ce corpuscule ; au contraire, chez l’homme, on ne doit trouver que 5 % au maximum de cellules avec ce corpuscule. En effet, selon Grumbach et Mary Lyon, un seul X est suffisqnt pour assurer des fonctions biochimiques dévolues au chromosome X dans chaque cellule. Donc, chez la femme à caryotype normal : un X est actif et un X est inactivé (au hasard) et apparaît sous forme du corpuscule chromatinien de Barr.
Il faut remarquer que l’observation du corpuscule de Barr n’indique que le nombre de X inactivé et ne présume en aucun cas de sa présence, simple ou multiple ; il ne donne pas non plus de renseignements sur Y. Chez l’homme XY, le seul X est actif et on ne trouve pas de corps de Barr. C’est vers le vingtième jour de l’embryologenèse que l’un des dux X est inactivé (stade de 2 000 à 3 000 cellules chez l’embryon).
Si le Barr positif permet de soupçonner une anomalie gonosomique, il faut faire un caryotype pour en avoir confirmation.
Les principaux syndromes chez l’homme
Le syndrome de Turner (X0) correspond à des individus de petite taille, à organes sexuels infantiles accompagnés de stérilité, les capacités intellectuelles ne sont pas affectées (fréquence, 1/600).
Le syndrome de Klinefelter (XXY) correspond à des individus de taille élevée, à caractères sexuels secondaires mâles mais avec un pilosité peu développée et une stérilité due au faible développement des testicules et psychisme, mais débilité pour les caryotypes XXXY et XXXXY.
Le triplo X (XXX ou tétra X, XXXX) est souvent de taille réduite avec un faible développement musculaire, le triplo X est cependant décond, mais on observe une débilité mentale.
Le super-mâle (XYY) représentant 1 à 2/1 000 correspond à des individus de grande taille, souvent chauves. Ce caryotype, selon Patricia Jacobs, serait particulièrement fréquent parmi criminels de sang, 3.3 % aux Etats-Unis au lieu de 0.1 % dans l’ensemble de la population mondiale.
Origine cellulaire de ces différentes anomalies : Les anomalies du nombre des gonosomes sont la conséquence de la non-disjonction ou perte d’un chromosome au cours de la gamétogenèse. Il existe également des individus en mosaïques dont les syndromes sont atténués.
Une disjonction anormale chez le père peut donner naissance à un syndrome de Turner (X0) ou à un syndrome de Klinefelter (XXY).
Une disjonction anormale chez la mère peut donner naissance à syndrome de Turner (X0), un syndrome de Klinefelter (XXY), un triplo X (XXX ; XXXY) ou un tétra X (XXXX ; XXXXY).
D’une façon générale, la présence du chromosome Y provoque l’apparition du phénotype mâle, son absence conduit au phénotype féminin, la perte d’un chromosome X (X0: Turner) agit surtout sur le développement sexuel de l’individu et la présence d’un seul X provoque l’agénésie, mais ne paraît pas affecter les capacités intellectuelles.
On peut aussi rencontrer des individus en mosaïques, si les accidents se produisent au cours des premières mitoses de l’embryogenèse.
Anomalies portant sur le nombre de gonosomes
Sexe Phénotypique Génotype Fertilité Corpuscules de Barr Caryotype
Mâle normal mâle + + 44 A+XY
Femelle normal femelle + 1 44 A+XX
Klinefelter mâle – 1 44 A+XXY
Turner femelle – 0 44 A+X
Triple X, Y mâle – 2 44A+XXXXY
Triple X femelle + 2 44A+XXX
Tétra X,Y mâle – 3 44A+XXXXY
Tétra X femelle + 3 44A+XXXX
Super-mâle mâle + 0 44A+XYY
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