Sciences de la vie et de la Terre · Terminale · Génétique et Évolution : La Diversité du Vivant · 1er Trimestre

Thérapies Géniques et Cellulaires

Les élèves explorent les principes des thérapies géniques et cellulaires, leurs applications potentielles pour le traitement des maladies génétiques et leurs défis.

À propos de ce thème

Les thérapies géniques et cellulaires représentent l'aboutissement concret des connaissances en génétique moléculaire acquises au cours du cycle terminal. Les élèves étudient comment un gène fonctionnel peut être introduit dans les cellules d'un patient pour corriger un défaut génétique, en utilisant des vecteurs viraux (adénovirus, lentivirus, AAV) ou des techniques d'édition génomique comme CRISPR-Cas9.

Ce thème aborde également les cellules souches (embryonnaires, adultes, iPS) et leur potentiel en médecine régénérative. Les essais cliniques français, comme ceux menés à l'hôpital Necker sur les déficits immunitaires combinés sévères (les « bébés bulle »), fournissent des exemples concrets de réussites et de complications. Les approches actives, notamment l'analyse critique d'articles scientifiques et la modélisation des mécanismes de transfert de gène, permettent aux élèves de saisir à la fois les principes techniques et les limites actuelles de ces thérapies.

Questions clés

1. Expliquez les principes de la thérapie génique et ses applications pour corriger des gènes défectueux.
2. Analysez les défis techniques et éthiques liés à la mise en œuvre des thérapies géniques.
3. Évaluez le potentiel des cellules souches pour la médecine régénérative.

Objectifs d'apprentissage

• Expliquer le mécanisme de transfert d'un gène fonctionnel dans une cellule cible à l'aide de vecteurs viraux ou de techniques d'édition génomique.
• Comparer les propriétés des différentes lignées de cellules souches (embryonnaires, adultes, pluripotentes induites) et leurs applications potentielles en médecine régénérative.
• Analyser les défis techniques, tels que la spécificité du vecteur et l'expression du gène, associés aux thérapies géniques.
• Évaluer les implications éthiques de l'utilisation des thérapies géniques et cellulaires, notamment en ce qui concerne l'accès aux traitements et la modification de la lignée germinale.
• Synthétiser les informations issues d'articles scientifiques pour présenter un cas clinique concret de thérapie génique ou cellulaire.

Avant de commencer

Structure et Réplication de l'ADN

Pourquoi : La compréhension de la structure de l'ADN et de son mécanisme de réplication est fondamentale pour saisir comment les gènes sont manipulés et transférés.

Expression des Gènes et Régulation

Pourquoi : Il est nécessaire de savoir comment l'information génétique est transcrite et traduite en protéines pour comprendre comment un gène fonctionnel peut corriger un défaut.

La Cellule : Unité du Vivant

Pourquoi : Les élèves doivent connaître l'organisation générale d'une cellule eucaryote, y compris le noyau et son contenu génétique, pour comprendre les cibles des thérapies.

Vocabulaire clé

Vecteur viral	Un virus modifié utilisé pour introduire un matériel génétique (gène thérapeutique) dans les cellules d'un patient. Des exemples incluent les adénovirus et les lentivirus.
CRISPR-Cas9	Une technologie d'édition du génome qui permet de modifier l'ADN d'une cellule avec une grande précision, en coupant et remplaçant des séquences spécifiques.
Cellules souches	Cellules indifférenciées capables de se diviser pour produire d'autres cellules souches ou de se différencier en divers types cellulaires spécialisés.
Médecine régénérative	Un domaine médical qui vise à remplacer, réparer ou régénérer des cellules, tissus ou organes endommagés par des maladies, des blessures ou le vieillissement.
Déficit immunitaire combiné sévère (DICS)	Un groupe de maladies génétiques rares qui affectent gravement le système immunitaire, rendant les individus très vulnérables aux infections. Les thérapies géniques ont montré des succès dans le traitement de certaines formes.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

La thérapie génique consiste à modifier l'ADN de toutes les cellules du corps.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La thérapie génique somatique cible des cellules spécifiques (cellules sanguines, hépatocytes, cellules rétiniennes). Les modifications ne sont pas transmises à la descendance. La modélisation physique du processus de transfert aide les élèves à comprendre cette spécificité tissulaire.

Idée reçue courante

CRISPR-Cas9 permet de corriger n'importe quelle maladie génétique sans risque.

Ce qu'il faut enseigner à la place

CRISPR peut provoquer des coupures hors cible (off-target) avec des conséquences imprévisibles. Son efficacité varie selon le type cellulaire et la localisation du gène. L'analyse d'articles scientifiques récents permet aux élèves d'évaluer de manière critique les promesses et les limites réelles de cette technique.

Idée reçue courante

Les cellules souches embryonnaires et les cellules iPS sont équivalentes.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Les cellules iPS (pluripotentes induites) sont obtenues par reprogrammation de cellules adultes, ce qui évite les questions éthiques liées à l'utilisation d'embryons. Cependant, elles présentent des risques de mutations et d'instabilité génomique. Le travail en jigsaw permet de comparer rigoureusement les propriétés de chaque type.

Idées d'apprentissage actif

Modélisation : Construire un vecteur de thérapie génique

Les élèves utilisent du matériel simple (papier, ciseaux, ruban adhésif) pour modéliser les étapes du transfert de gène : extraction du gène thérapeutique, insertion dans un vecteur viral inactivé, infection de la cellule cible et intégration dans le génome. Ils identifient les risques à chaque étape.

45 min·Petits groupes

Étude de cas: Les bébés bulle de Necker

Les élèves analysent chronologiquement l'essai clinique de thérapie génique pour le DICS-X mené par Alain Fischer. Ils identifient les succès (guérisons), les complications (leucémies secondaires par mutagenèse insertionnelle) et les améliorations apportées aux protocoles suivants.

40 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: CRISPR, outil miracle ?

Individuellement, les élèves listent trois avantages et trois limites de CRISPR-Cas9 à partir d'un document. En binôme, ils confrontent leurs listes et préparent une synthèse argumentée. La mise en commun permet de construire un tableau collectif avantages-limites-perspectives.

25 min·Binômes

Puzzle: Types de cellules souches

Chaque groupe expert étudie un type de cellules souches (embryonnaires, adultes, iPS). Après 15 minutes, les groupes se recomposent pour que chaque nouveau groupe contienne un expert de chaque type. Les élèves complètent un tableau comparatif et débattent des implications éthiques de chaque source.

50 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Des chercheurs à l'Institut Pasteur à Paris travaillent sur le développement de nouvelles stratégies de thérapie génique pour traiter des maladies infectieuses comme le VIH, en ciblant spécifiquement les cellules immunitaires.
• L'hôpital Necker-Enfants malades à Paris est un centre pionnier dans les essais cliniques de thérapies géniques pour les enfants atteints de maladies rares, comme les déficits immunitaires sévères, offrant des espoirs concrets aux familles.
• Des entreprises de biotechnologie, comme GenSight Biologics, développent et commercialisent des thérapies géniques pour des maladies oculaires héréditaires, permettant à certains patients de retrouver une partie de leur vision.

Idées d'évaluation

Question de discussion

Proposez aux élèves le scénario suivant : 'Une nouvelle thérapie génique prometteuse est développée pour une maladie rare, mais son coût est extrêmement élevé. Quels arguments utiliseriez-vous pour défendre son accessibilité ou pour justifier sa restriction ?' Guidez la discussion pour explorer les aspects éthiques et sociaux.

Vérification rapide

Distribuez une fiche avec trois schémas simplifiés : un pour l'introduction d'un gène via un adénovirus, un pour un lentivirus, et un pour CRISPR-Cas9. Demandez aux élèves d'identifier chaque technique et d'écrire une phrase expliquant son principe de fonctionnement principal.

Billet de sortie

Sur un post-it, demandez aux élèves de nommer une application concrète des cellules souches en médecine régénérative et d'expliquer brièvement comment elles pourraient aider à traiter une maladie ou une blessure spécifique.

Questions fréquentes

Comment fonctionne la thérapie génique pour corriger une maladie génétique ?

Un gène fonctionnel est inséré dans les cellules du patient à l'aide d'un vecteur, généralement un virus rendu inoffensif. Le gène s'exprime dans les cellules cibles et produit la protéine manquante ou défectueuse. La correction peut être durable si les cellules modifiées se renouvellent (comme les cellules souches hématopoïétiques).

Quels sont les risques de la thérapie génique ?

Les principaux risques incluent la mutagenèse insertionnelle (le vecteur s'insère près d'un oncogène et active un cancer), les réactions immunitaires contre le vecteur viral et les effets hors cible de l'édition génomique. Les protocoles ont considérablement progressé depuis les premiers essais, avec des vecteurs AAV plus sûrs et un suivi à long terme des patients.

Quelle est la différence entre cellules souches embryonnaires et cellules iPS ?

Les cellules souches embryonnaires proviennent d'embryons au stade blastocyste et sont naturellement pluripotentes. Les cellules iPS sont des cellules adultes reprogrammées en laboratoire pour retrouver la pluripotence. Les iPS évitent les questions éthiques liées à la destruction d'embryons mais posent des défis de sécurité et d'efficacité.

Pourquoi utiliser l'apprentissage actif pour enseigner les thérapies géniques ?

La modélisation physique des vecteurs et l'analyse de vrais cas cliniques permettent de dépasser la compréhension abstraite des mécanismes. Les élèves manipulent, questionnent et confrontent leurs interprétations. Cette appropriation active est essentielle pour un sujet où les connaissances évoluent rapidement et où l'esprit critique face aux annonces médiatiques est fondamental.