Une maladie au caractère avantageux

1) Une anomalie de l'hémoglobine

Afin de répondre à notre problématique "Comment la drépanocytose, réduisant l'espérance de vie, peut-elle être un avantage évolutif?" en rapport avec la drépanocytose, nous avons décidé de présenter une expérience pouvant détecter si oui ou non l’individu concerné est atteint par cette maladie. Par conséquent nous avons choisi d'effectuer une expérience sur l’électrophorèse.
L’électrophorèse est une technique séparative, qui est réalisée afin de préciser le génotype (composition allélique de tous les gènes d’un individu) d’un individu à risque concerné par ce phénotype (ensemble des caractères d’un individu : c'est-à-dire physiologique et anatomiques) par l’étude de l’hémoglobine. En effet, en fonction de différents paramètres (charge électrique, masse, nature du support ou encore conditions physico-chimiques) la vitesse de migration des différentes solutions étudiées va être variable. Ainsi nous pourrons grâce à ces différentes vitesses, qui entraîneront la séparation des différentes molécules, préciser si oui ou non un individu est porteur de cette maladie.

Voici donc notre expérience:

Notre matériel utilisé:

• 1 Kit à électrophorèse comportant:

-        Solution hémoglobine A
-        Solution Hémoglobine S
-        Cuve à électrophorèse
-        Sachet de Tris hippurate pour pouvoir préparer 1L de tampon de migration
-        25 bandes de cellulose
-        Micropipette
-        500mL de Rouge Ponceau
• Des gants
• 1 pince fine
• 1 capillaire de dépôt
• 1 entonnoir
• bacs de coloration avec solution de rouge Ponceau ; solution acide acétique
• 3 micro-tubes pour les 3 solutions
• 1L d’eau déminéralisé
• Flacon
• Verre mesureur (environ 1L)
• Récipient (bol transparent)
• Générateur
• Solution Acide Acétique

Image montrant le matériel utilisé au cours de l'expérience

1) Dans un premier temps, nous avons procédé à la préparation du tampon de migration :

•       On verse un sachet de Tris hippurate
•       Ensuite on y verse 1L d’eau  déminéralisée

2) Dans un second temps, nous avons réalisé les solutions d'hémoglobines qui seront par la suite à déposer sur la bande :

•      Identification des deux micro-tubes:

- Lettre A = microtube rouge

- Lettre S = microtube violet

- Lettres AS = microtube blanc transparent

       Solution A correspondant à l’hémoglobine d’un individu sain

Solution S correspondant à l’hémoglobine d’un individu malade

Solution AS correspondant à l’hémoglobine d’un individu porteur de la malade mais pas atteint

•      Nous avons prélevé 105yL de solution A à l’aide d’une micropipette 
•      Nous avons prélevé 105yL de solution S à l’aide d’une micropipette 
•      Nous avons prélevé une troisième solution que nous avons appelé AS 

3) Ensuite, nous avons préparé avec soin les bandes d'électrophorèse :

•      Nous avons versé le tampon de migration préparé précédemment dans un récipient pour y laisser tremper une bande d'acétate durant une quinzaine de minute.
•       Puis, après avoir séché la bande, nous l'avons placé sur le support de la cuve.

4) Nous avons disposé les échantillons de sang sur la bande d'électrophorèse :

•      A l'aide d'un capillaire de dépôt, nous avons déposé les trois différents échantillons, un à gauche, un à droite et un au milieu :

-        

      

     - L'échantillon A à gauche de la bande

     - L’échantillon S au milieu de la bande

     - L’échantillon AS à droite de la bande

5) Pour terminer notre expérience, nous avons rempli avec le tampon de migration préparé précédemment la cuve de façon a se que les deux côtés de la cuve ne communiquent pas.

     Il faut faire attention de façon à ce que les bords de la bande à électrophorèse, placée dans la cuve, touchent la solution de tampon de migration mais qu’ils ne baignent tout de même pas totalement.

6) Pour terminer, après avoir fermé la cuve, nous l'avons mise sous tension à 160 Volt pendant environ 1 heure.

7) Après migration, nous avons trempés la bande dans un colorant appelé rouge Ponceau. Ensuite, après coloration de la bande (avec la solution de Rouge Ponceau), la bande a été trempée dans trois bains successifs de 3 minutes chacune dans de l’acide acétique à 5% pour qu’elle puisse décolorer et que nous puissions obtenir des résultats visuels répondants à nos attentes.  

     Nous avons trempés la bande à électrophorèse dans la solution rouge Ponceau

     

       Image montrant la bande à électrophorèse trempée dans la solution de rouge Ponceau pendant 3 minutes après avoir été mise sous tension

   Photo des trois bains de solution d'acide acétique à 5% dans lesquels la bande a été plongé tour à tour

8) Après un temps de séchage, nous avons pu observer les résultats visibles sur la bande.

      Image représentant les résultats obtenus après l'électrophorèse

Conclusion : 

En conclusion, après avoir mis sous tension la cuve, puis tremper dans différents bains successifs la bande à électrophorèse, nous avons pu observer différents phénomènes :

Tout d’abord, on peut voir que la solution A d’un individu sain à bien muté comme prévu. En effet, nous ne sommes pas censés observer de problème puisque cette solution correspond à l’hémoglobine d’un individu sain.

Ensuite, concernant la solution d’hémoglobine S d’un individu malade, on peut observer que le trait a muté mais pas suffisamment pour dépasser celui de l’hémoglobine A. En effet, vu que la solution d’hémoglobine S est malformé du fait de la mutation de l’acide glutamique en valine. Cette mutation cause ainsi une malformation de l’hémoglobine qui va s’accumuler dans les globules rouges, ce qui prouve bien la différence de vitesse de la solution d’hémoglobine S malade.

Pour terminer, concernant la solution AS représentant l’hémoglobine d’un individu porteur de la maladie mais pas atteint au fur et a mesure du temps, le dépôt déposé au début de l’expérience qui était censé muté, s’est divisé en deux traits beaucoup moins visibles. En effet cela s’explique, par la présence de deux chromosomes différents : Un chromosome malade (S) et un chromosome sain (A).

Ainsi, comme précisé précédemment, le but de l’électrophorèse était purement séparatif pouvant ainsi détecté si oui ou non un individu était atteint de la maladie par l’étude des vitesses de migration de différentes solutions. Notre expérience a bien fonctionné, comme nos différentes solutions ont muté selon leurs chromosomes. En prenant l’exemple de la solution d’hémoglobine AS, elle porte un chromosome sain et un chromosome malade, ainsi, la solution en mutant s’est divisée en deux traits distincts qui ont migré chacun de leur côté en fonction de l’allèle qu’ils portaient.

2- Qui protège du paludisme

 La drépanocytose protège du paludisme. Nous allons d'abord évoquer cette maladie plus en détails et expliquer comment être porteur de la drépanocytose peut devenir un avantage dans les pays les plus touchés par le paludisme, la plupart sur le continent Africain (voir carte ci dessous). 

Carte montrant la répartition des populations d'origine africaine sub-saharienne, d'Inde, du bassin méditerranéen et du Moyen-Orient

Le paludisme est une maladie potentiellement mortelle dû à des parasites transmis à l'Homme par des piqûres de moustiques femelles infectées.

Il existe 5 espèces de paludisme différentes qui infectent l'Homme et 1 espèce infectant particulièrement le singe. Elle se manifeste par de la fièvre et des troubles digestifs. Nous retrouvons la plupart des cas de paludisme et des décès dus à cette maladie en Afrique Subsaharienne. Les groupes de population qui courent un risque beaucoup plus important que d'autres de contracter le paludisme et d'être gravement atteints : les nourrissons, les enfants de moins de 5 ans, les femmes enceintes, les personnes portant le VIH, les migrants non immunisés et, les populations itinérantes.

On peut parler de maladie qui touche mondialement car 3,2 milliards de personnes environ, soit près de la moitié de la population mondiale, sont exposées au risque de contracter le paludisme. En 2015, la transmission du paludisme a baissé de 37 % à l'échelle mondiale.

Pour prévenir cette maladie, il existe 2 formes de lutte anti-vectorielle efficaces dans ce genre de cas :

les moustiquaires imprégnées d'insecticides et la pulvérisation d'insecticides à effet rémanent à l'intérieur et à l'extérieur des habitations. La lutte anti-vectorielle c'est la lutte contre les maladies humaines transmises par les insectes et assuré par le service de lutte anti-vectorielle.

Photo de l'installation de moustiquaires imprégnées d'insecticide en Mayotte, île touchée par le paludisme

Pour la traiter, le meilleur traitement disponible est une combinaison thérapeutique. Cependant, le paludisme doit être confirmé par un diagnostic avant d'administrer un traitement. Le diagnostic et le traitement précoces du paludisme réduisent l'intensité de la maladie et permettent d'éviter le décès. Ils contribuent aussi à réduire la transmission du paludisme. Cependant, l'Organisation Mondiale de la Santé a constaté que le paludisme mutait face aux traitements et devenaient de plus en plus agressif. Il n'existe à l'heure actuelle aucun vaccin pour stopper le paludisme lors de la transmission par l'intermédiaire du moustique infectée.

Lorsque l'anomalie génétique en cause dans la drépanocytose n'est présente qu'à un seul exemplaire, elle confère une résistance naturelle au paludisme. Ce qui explique qu'elle soit plus fréquente dans ces régions très exposées au paludisme (Afrique, Antilles, Inde). Cependant, les mécanismes de protection du drépanocytaire contre le paludisme sont plus ou moins bien connus. D'abord, les individus porteurs de la mutation du gène (qui passe de A à S, NDLR) seraient plus tolérants aux substances toxiques émises par le plasmodium (germe responsable du paludisme). La déformation des hématies serait la cause de la protection que procure la drépanocytose contre le paludisme. Cela permettrait d'empêcher le virus d'entrer dans l'hématie et donc d'envahir les globules rouges pour les détruire.

3- Qui peut-être dépistée

La drépanocytose peut être dépistée à différents moments de la conception d'un enfant. Il existe le dépistage néonatal (juste après la naissance), le dépistage prénatal (pendant la grossesse) et, le dépistage préimplantatoire (fécondation in vitro).

Un diagnostic prénatal peut être proposé lors d'une grossesse chez un couple à risque. Il consiste à rechercher l'allèle muté dans l'ADN fœtal (à partir de cellules du placenta dès la 12ème semaine de grossesse ou par amniocentèse vers la 16ème semaine). Ce diagnostic n'est pas obligatoire, il a pour objet d'informer les parents qui le souhaitent de l'existence de cette maladie chez leur enfant afin qu'ils puissent décider de poursuivre la grossesse ou bien de l'interrompre (cela est possible seulement parce que certaines formes de la drépanocytose font partie des maladies considérées comme très graves). C'est une simulation d'un diagnostic prénatal, il s'agit d'une électrophorèse de l'ADN d'un fœtus.

En France, un dépistage néonatal peut être fait dès le 3ème jour de la naissance jusqu'au 28ème jour. Il est réalisé chez les enfants de parents issus des populations les plus concernées par la maladie.

Grâce à ce dépistage on détermine si l'enfant est porteur sain ou malade afin de débuter le plus tôt possible le traitement préventif de l'anémie et des complications infectieuses ainsi que des mesures d'accompagnement auprès des parents (information, sensibilisation...). Ce test de dépistage consiste à prélever un peu de sang au talon pour étudier l'hémoglobine du nouveau-né. Les hématies en forme de faucille sont facilement observables au microscope (voir photo ci-dessous).

Il est également possible de réaliser un diagnostic préimplantatoire (DPI) sur des embryons obtenus par fécondation in vitro, mais ce procédé est lourd et très encadré juridiquement. Cela s'adresse aux couples qui désirent un enfant et qui ont un risque identifié de transmettre la drépanocytose. Après avoir réalisé une fécondation in vitro et avant le transfert des embryons dans l'utérus de la mère, une (ou deux) cellule(s) de chaque embryon est (sont) prélevée(s) et analysée(s) afin de rechercher l'anomalie génétique de la drépanocytose. Seuls seront introduits dans l'utérus de la femme les embryons sans anomalie génétique en particulier celle de la drépanocytose.

Lors de l'expérience, de l'électrophorèse, on peut distinguer les allèles A, S et AS. Le recours à l'électrophorèse peut être justifié par le problème suivant : chez les membres d'une même famille,  que l'on nommera Martin. Les parents ont un fils qui est atteint de drépanocytose, on a extrait l'hémoglobine des globules rouges et on a soumis les échantillons à l'électrophorèse sur gel d'agarose afin d'identifier les génotypes pour construire l'arbre généalogique de la famille. Les sept membres dont l'hémoglobine a été analysée sont les deux parents (pistes 1 et 2), leurs quatre enfants (pistes 3 à 6) et un petit enfant (piste 7). En outre, deux références sont constituées par un échantillon d'hémoglobine S (piste 8) et un échantillon d'hémoglobine A (piste 9). Le gel ci-contre montre les résultats obtenus.

Arbre généalogique de la famille MARTIN

Résultat de l'électrophorèse des hémoglobines A et S de la famille MARTIN