Sciences · Biologie
Le génome humain
Le génome humain est l’ensemble de l’ADN d’une cellule humaine : environ 3,1 milliards de paires de bases réparties sur 23 paires de chromosomes, portant quelque 20 000 gènes codant des protéines.
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Le génome est le texte complet des instructions héréditaires d’un organisme, écrit avec quatre lettres : A, T, G et C, les bases de l'ADN. Chez l’être humain, ce texte occuperait l’équivalent de plusieurs milliers de livres. Son déchiffrage, achevé au début du XXIe siècle, a surtout révélé combien il reste à comprendre : moins de 2 % de ce texte sert directement à fabriquer des protéines.
Le génome humain en chiffres
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Taille (un exemplaire, cellule haploïde) | environ 3,1 milliards de paires de bases |
| Exemplaires par cellule ordinaire | 2 (un hérité du père, un de la mère), soit environ 6,2 milliards de paires de bases |
| Chromosomes | 23 paires : 22 paires d’autosomes et une paire de chromosomes sexuels (XX ou XY) |
| Gènes codant des protéines | environ 20 000 |
| Part du génome codant des protéines | environ 1,5 % |
| Longueur de l’ADN d’une cellule déroulé | environ 2 mètres |
| ADN mitochondrial | 16 569 paires de bases, 37 gènes, transmis par la mère |
| Différence entre deux personnes | environ 0,1 % de la séquence |
Le chromosome 1 est le plus grand (environ 250 millions de paires de bases) ; le chromosome 21, l’un des plus petits, en compte environ 45 millions. La répartition des chromosomes est décrite dans la fiche chromosomes.
Que contient le génome ?
Les gènes
Un gène est une portion d’ADN qui contient l’information pour fabriquer une protéine ou un ARN fonctionnel. Les gènes humains sont morcelés : leurs parties codantes (exons) sont séparées par des parties non codantes (introns), retirées lors de la maturation de l'ARN. Grâce à l’épissage alternatif, un même gène peut produire plusieurs protéines.
Le nombre de gènes a surpris : avant le séquençage, on en attendait souvent 50 000 à 100 000. L’être humain n’en a pas beaucoup plus qu’un ver nématode (environ 20 000 aussi) et moins que certaines plantes comme le riz. La complexité d’un organisme tient moins au nombre de gènes qu’à leur régulation.
L’ADN non codant
Le reste du génome n’est pas pour autant inutile. Il comprend :
- des séquences régulatrices (promoteurs, amplificateurs) qui décident quand, où et combien un gène s’exprime ;
- des gènes d'ARN non codants (ARN ribosomiques, de transfert, microARN…) ;
- des éléments transposables, séquences capables de se copier ailleurs dans le génome, qui représentent près de la moitié de l’ADN humain ;
- des restes de virus anciens, les rétrovirus endogènes, environ 8 % du génome ;
- des séquences répétées qui structurent les chromosomes, notamment aux télomères (extrémités) et aux centromères.
La part réellement fonctionnelle de l’ADN non codant reste débattue entre chercheurs.
Le séquençage du génome humain
| Date | Étape |
|---|---|
| 1953 | Watson et Crick décrivent la double hélice, à partir des données de Rosalind Franklin |
| 1977 | Frederick Sanger met au point une méthode de séquençage de l’ADN |
| 1990 | Lancement du Projet génome humain, consortium international public |
| 1998 | La société privée Celera, dirigée par Craig Venter, entre dans la course |
| 2001 | Publication des premières ébauches (Nature et Science, février) |
| 2003 | Annonce d’une séquence « achevée » couvrant environ 92 % du génome |
| 2022 | Le consortium T2T (« télomère à télomère ») publie la première séquence réellement complète |
| 2023 | Premier « pangénome » de référence, construit à partir de dizaines de personnes d’origines variées |
Le Projet génome humain a coûté environ 3 milliards de dollars sur treize ans. Grâce aux nouvelles technologies de séquençage, lire le génome entier d’une personne prend aujourd’hui moins d’une journée pour un coût de quelques centaines d’euros.
Sommes-nous tous différents ?
Deux êtres humains partagent environ 99,9 % de leur séquence. Les 0,1 % restants, soit quelques millions de positions, suffisent à rendre chaque génome unique, sauf chez les vrais jumeaux. Ces variations sont surtout des changements d’une seule lettre (les SNP, polymorphismes d’un nucléotide), mais aussi des insertions, des suppressions ou des duplications de segments. Elles naissent de mutations, transmises de génération en génération.
La plus grande diversité génétique se trouve en Afrique, berceau d'Homo sapiens : deux Africains pris au hasard sont en moyenne plus différents génétiquement qu’un Européen et un Asiatique. La variation humaine est graduelle et ne se découpe pas en « races » biologiquement distinctes. Les non-Africains portent en outre environ 2 % d’ADN hérité de l'homme de Néandertal.
Avec le chimpanzé, notre plus proche parent vivant, la séquence est identique à environ 98 à 99 % selon la façon de compter.
À quoi sert la connaissance du génome ?
- Médecine : diagnostic des maladies génétiques rares, recherche de mutations dans les tumeurs pour choisir un traitement ciblé, adaptation de certains médicaments au profil génétique du patient (pharmacogénétique).
- Recherche : identification des gènes impliqués dans des maladies fréquentes (diabète, maladies cardiovasculaires), compréhension de l’évolution humaine.
- Généalogie et origines : les tests ADN récréatifs comparent quelques centaines de milliers de positions du génome à des bases de référence. En France, ils sont interdits hors cadre médical, judiciaire ou de recherche (article 16-10 du Code civil).
- Justice : l’identification par empreintes génétiques n’analyse qu’une vingtaine de courtes régions répétées, très variables d’une personne à l’autre.
- Thérapie : les outils d’édition comme CRISPR-Cas9 visent à corriger des mutations responsables de maladies.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre génome, gène et ADN ?
L’ADN est la molécule ; le génome est l’ensemble de l’ADN d’un organisme ; un gène est une portion de ce génome qui porte une instruction précise.
Combien de gènes a l’être humain ?
Environ 20 000 gènes codant des protéines, selon les estimations actuelles, auxquels s’ajoutent plusieurs milliers de gènes produisant des ARN non codants. Le décompte exact varie selon les bases de données.
Le génome change-t-il au cours de la vie ?
La séquence reste pour l’essentiel la même, mais chaque division cellulaire peut introduire quelques mutations, et les télomères raccourcissent avec l’âge. Surtout, l’activité des gènes varie selon le tissu, l’âge et l’environnement, par des marques chimiques dites épigénétiques qui ne changent pas la séquence.