Le gel d’agarose est une substance utilisée en biochimie et en biotechnologie pour l’électrophorèse sur gel et la chromatographie d’exclusion stérique, qui sont des méthodes de tri des grosses molécules en fonction de leur taille et de leur charge électrique. Ces procédés utilisent l’agarose pour séparer et analyser les protéines et l’ADN. Il convient parfaitement à ces applications en raison de sa structure moléculaire, qui permet à des molécules de tailles différentes de le traverser à des vitesses différentes. Le matériau est obtenu à partir de divers types d’algues et se trouve généralement dans les laboratoires sous forme de poudre. Pour faire un milieu approprié pour un test donné, la poudre est ajoutée à de l’eau à la concentration appropriée, bouillie, puis laissée refroidir en un gel.
Fabrication
L’agarose est extrait sous forme de gélose de plusieurs espèces d’algues marines rouges, ou algues, trouvées en Californie et en Asie orientale. L’agar, un terme dérivé du mot malais agar-agar, qui signifie gelée, est généralement obtenu à partir des types d’algues Gelidium. Il est composé de deux substances différentes, appelées agarose et agaropectine, et soutient les parois cellulaires des algues marines. Une fois retirée, la gélose peut être utilisée comme épaississant alimentaire, tout comme la gélatine, ou comme laxatif. S’il est purifié, il peut être utilisé comme milieu pour la croissance de bactéries, de champignons ou d’autres micro-organismes.
Il est assez facile de séparer l’agarose de l’agaropectine dans la gélose car les molécules d’agarose se lient fortement les unes aux autres, tandis que l’agaropectine se gélifie mal. Il existe plusieurs méthodes pour réaliser l’isolement de l’agarose. Dans une méthode, le carraghénane, une autre molécule présente dans les algues rouges, et un sel sont ajoutés à la gélose. Cela provoque la précipitation de l’agaropectine ou la formation d’un solide qui peut être retiré de la solution d’agar. Une autre méthode ajoute l’enzyme pectinase, un produit chimique qui décompose l’agaropectine, lui permettant de se dissoudre dans l’eau.
Gel d’électrophorèse
Le gel d’agarose est le plus souvent associé à l’électrophorèse. Dans cette procédure, les scientifiques appliquent un champ électrique à travers une plaque de matériau contenant des fragments d’ADN, d’ARN ou de protéines dissous. Cela provoque le déplacement de ces grosses molécules à cause de leurs charges électriques : les types chargés positivement se déplaceront vers le côté négatif, et vice versa. Les fragments d’ADN et d’ARN ont une charge négative et se déplaceront donc vers l’extrémité positive, tandis que les fragments de protéines peuvent être négatifs ou positifs.
La vitesse à laquelle les molécules se déplacent dépend de leur taille et de leur charge. Le gel d’agarose est structuré de telle manière qu’il forme une sorte de maille, avec des trous à travers lesquels d’autres molécules peuvent voyager. Il est plus facile pour les plus petits de passer par les trous, et ils voyagent donc plus rapidement. Parmi les molécules plus grosses, la forme joue également un rôle, dans la mesure où les plus compactes passent plus facilement. La technique est utilisée à la fois pour analyser des échantillons et pour isoler des séquences particulières d’ADN à utiliser dans des applications biotechnologiques.
Avant l’électrophorèse, un échantillon d’ADN serait traité avec des enzymes spéciales qui coupent les longues molécules en forme de brin à des endroits spécifiques, créant des fragments plus petits. Le gel d’agarose est préparé en dissolvant la poudre dans une solution tampon, qui résiste aux changements de pH – acidité/alcalinité – qui pourraient autrement résulter d’effets électrochimiques. Différentes quantités de poudre sont utilisées pour différentes gammes de molécules, mais généralement la concentration est comprise entre 0.7 et 1.2 %. Un colorant fluorescent appelé bromure d’éthidium est généralement ajouté à ce stade, car il tache l’ADN et le rend facilement visible sous la lumière ultraviolette. Ce mélange est ensuite passé au micro-ondes et laissé prendre.
Les échantillons d’ADN sont placés dans de petits puits dans le gel et un courant électrique direct est appliqué à travers celui-ci. Des molécules de tailles différentes se déplacent à travers le gel à des vitesses différentes, donc après un temps donné, elles apparaîtront à des positions différentes, avec les fragments plus petits plus loin vers l’extrémité positive. Cela permet aux scientifiques de déterminer la taille des fragments et d’isoler différentes séquences d’ADN.
Autres utilisations
Le gel d’agarose est parfois utilisé dans une technique apparentée qui n’implique pas d’électricité, connue sous le nom de chromatographie d’exclusion stérique. Dans cette méthode, une colonne de verre est remplie de billes de gel et une solution contenant des molécules de différentes tailles est versée. Contrairement à l’électrophorèse, les plus grosses molécules se déplacent plus rapidement dans la colonne pour émerger au fond, tandis que la progression des plus petits est ralenti dans les billes. En effet, les petites molécules ont tendance à être absorbées dans les pores du gel, tandis que les plus grosses sont trop grosses pour entrer dans ces pores et ont plutôt tendance à s’écouler entre les billes. Le type de gel et la concentration peuvent être ajustés pour s’adapter aux tailles des molécules à séparer.