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 La naissance de la biologie molculaire

         
king
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: 340
: 18/06/2008

: La naissance de la biologie molculaire   2010-03-14, 21:39

La naissance de la biologie molculaire
Le XXe sicle concide avec la naissance gntique : dbutant avec la redcouverte des travaux de Mendel prcisment en 1900, se poursuivant par l'laboration de la thorie chromosomique de l'hrdit au dbut du sicle, la dcouverte de l'ADN comme support biochimique de l'information gntique, l'lucidation de sa structure, et l'explosion de la biologie molculaire partir des annes 70. Et l'aube du XXIe sicle verra vraisemblablement le patrimoine gntique de l'homme intgralement dcrypt.

[ ]

La gntique moderne remonte aux travaux de [ ], qui le premier tablit les lois de l'hrdit. Il publie ses rsultats en 1866, mais ils passent alors peu prs inaperus. Leur redcouverte n'aura lieu qu'en 1900.

[ ]

Ce sont les travaux de [ ], sur la drosophile, qui conduisent au dveloppement de la thorie chromosomique de l'hrdit. Les gnes sont alors localiss sur les chromosomes, et avec [ ], ils pourront mme y tre ordonns, constituant les premires cartes gntiques. C'est encore dans le laboratoire de Morgan que sont dveloppes les procdures de mutagense exprimentales par [ ].

[ ]

Si la prsence des gnes sur les chromosomes est alors tablie, rien n'est connu de la nature biochimique des gnes ou de leur mode d'action. La premire relation entre un gne et un enzyme est tablie en 1902 par [ ], partir d'une observation portant sur une maladie gntique humaine. [ ] et Tatum approfondissent cette relation sur un systme accessible l'exprimentation, le champignon [ ]. L'ensemble de ces travaux aboutissent finalement la conclusion que les gnes contrlent la synthse des enzymes, et que chaque protine est code par un gne diffrent.

[ ]

Le premier phnomne qui allait permettre de progresser dans l'identification du support de l'hrdit est celui de la transformation bactrienne, rapport en 1928 par l'anglais [ ]. Ce phnomne reprsente alors un test d'activit biologique, grce auquel il est possible de dterminer la nature du matriel gntique. Ce test ne sera pas mis profit par Griffith lui mme, mais par [ ] qui l'utilise pour lucider la nature biochimique du matriel gntique : il s'agit de l'ADN. Cette dcouverte est toutefois accueillie avec beaucoup de scepticisme. Il faudra de nombreux autres travaux pour que cette ralit soit accepte : en particulier ceux de [ ] ou de [ ]. L'acceptation dfinitive ne viendra qu'avec l'lucidation de la structure de l'ADN par [ ] et [ ].

[ ]

L'influence des physiciens va marquer la gntique molculaire. Certains, comme [ ], n'ont qu'un rle d'observateur. D'autres y consacrent leur carrire, car il peroivent cette science comme la nouvelle frontire de la connaissance scientifique. Ainsi [ ] ou [ ] jouent un rle dterminant dans le dveloppement de cette science. Delbrck sera en particulier le fondateur du Groupe du phage, avec [ ] et Hershey.
[ ]
Finalement, c'est avec l'lucidation de la structure de l'ADN que la biologie molculaire connat son apothose. Cette russite est le fait de [ ] et [ ], mais aussi de chercheurs tels que [ ] ou Wilkins.
. L'mergence de la gntique formelle

Les lois de l'hrdit
La gntique classique dbute avec les travaux d'un moine tchque : Gregor Mendel, qui travaille de faon isole dans un monastre morave. Il avait reu au cours de sa formation les enseignements de Franz Unger (1800 - 1870) et Christian Doppler (1803-1853). Le premier est son professeur de botanique, qui avait dj propos des ides volutionnistes, en avance sur son poque. Le second est son professeur de physique (c'est le dcouvreur de l'effet Doppler), dont l'influence s'est rvle dterminante pour l'analyse statistique que Mendel mne sur les rsultats de ses croisements.
Grce de rigoureuses observations menes sur les pois (Pisum sativum), il tablit ds 1866 les premires lois de l'hrdit. L'espce choisie permet de mener volont soit des auto-fcondations, soit des fcondations croises, et sa fcondit importante autorise des analyses sur un nombre important de plantes chaque gnration. Sur ce modle exprimental, Mendel tudie la transmission au cours des gnrations d'un certain nombre de caractres simples observer. Ce sont toujours des caractres versions alternatives tranches : fruits lisses ou rugueux, verts ou jaunes, graines rondes ou irrgulires, jaunes ou vertes, tige haute ou petite.
Grce l'autofcondation pratique sur de nombreuses gnrations, Mendel tablit d'abord des lignes pures, dont la descendance prsente toujours les mmes caractres. A partir du croisement de ces lignes, l'analyse de la descendance obtenue allaient amener Mendel formuler les trois premires lois de l'hrdit:
1) dans la premire gnration (gnration F1) d'un croisement impliquant deux lignes pures diffrant par un unique caractre (monohybridisme), tous les individus prsentent un mme phnotype. Le caractre qui se manifeste l'exclusion de l'autre dans la gnration F1 est qualifi de dominant, et le caractre qui en est exclus est qualifi de rcessif
2) dans la descendance d'un croisement impliquant deux individus F1 (gnration F2), les deux caractres parentaux rapparaissent suivant une proportion prdictible de 3 1
3) si l'on croise des lignes pures diffrant pour plusieurs caractres (polyhybridisme), chacun de ces caractres se comporte de faon indpendante vis vis de l'autre. Ainsi, pour un croisement impliquant deux caractres, les proportions observes sont 9:3:3:1.
Ces lois ont t amplement vrifies par la suite. Elles ne sont toutefois pas d'utilisation universelle. D'une part, Mendel n'explique pas l'existence, pour certains caractres, d'individus F1 prsentant un phnotype intermdiaire entre celui des parents (du une codominance ou un polygnisme). D'autre part, elles ne s'appliquent pas aux gnes lis sur un mme chromosome (c'est une chance extraordinaire que Mendel se soit attach l'tude de gnes ports par des chromosomes diffrents ou suffisamment loigns l'un de l'autre). Au dbut du sicle suivant, la mise en vidence de caractres lis allait conduire [ ] proposer la thorie chromosomique de l'hrdit .
Les consquences des lois de Mendel
Les lois de Mendel impliquent l'existence d'lments autonomes et reproductibles, qui contrlent de faon discrte les caractres hrditaires de gnration en gnration. Chaque caractre est reprsent dans l'uf fcond par deux - et seulement deux - lments, provenant l'un du pre, l'autre de la mre. Les autres thories de l'hrdit proposes par des contemporains de Mendel (en particulier Darwin, Weismann, de Vries ou Galton) postulaient toutes la prsence simultane de nombreux lments dterminant un caractre donn dans chaque cellule.
Enfin, les travaux de Mendel rfutent la thorie de l'hrdit par mlange, thorie alors largement accepte qui propose que les dterminants d'un caractre donn fusionnent aprs fcondation. En effet, Mendel n'observe pas de transition graduelle entre les caractres parentaux, et l'intgrit de chaque caractre est prserve lorsqu'ils rapparaissent en F2. Chez les hybrides F1, les lments correspondant aux versions alternatives d'un caractre donn restent donc distincts, et se sparent nouveau lors de la formation des cellules germinales. Ces particules, l'unit de l'hrdit, se verront attribuer par le biologiste danois Wilhem Johannsen (1857 - 1927) la dnomination de gnes en 1909.
L'impact de Mendel
Mendel publie ses rsultats en 1866 dans un magistral article publi dans les Comptes rendus de la Socit d'histoire naturelle de Brno. Ils passent alors peu prs inaperus, n'tant cits qu'une douzaine de fois entre leur publication et leur redcouverte en 1900. Cette redcouverte est due Hugo de Vries (Amsterdam), Carl Correns (Berlin), et Erich Tschermack (Vienne), qui retrouvent de faon indpendante des rsultats similaires ceux de Mendel.
Le fait que ces travaux soient rests si longtemps sans impact immdiat s'explique sans doute en partie par plusieurs lacunes qu'ils laissent transparatre pour les contemporains. Tout d'abord, les travaux de Mendel ne permettent pas d'expliquer l'atavisme, c'est dire la rapparition d'un caractre qui existait non pas chez les parents ou grands-parents, mais chez un anctre qui peut tre beaucoup plus loign. D'autre part, ces travaux ne concernent que les caractres versions alternatives tranches, et laissent compltement de ct les caractres variations continues. La loi de Galton, bien qu'errone, s'appliquait aux caractres variations continues, et expliquait l'atavisme les lois : c'est cette thorie qui prvaut l'poque.
Hugo de Vries (1848 - 1935)
La thorie de la mutation
Hugo de Vries est n Haarlem, aux Pays-Bas. Entre 1878 et 1918, il est professeur de Botanique Amsterdam. Il a son actif plusieurs contributions importantes : la premire est bien sr la redcouverte des lois de [ ] en 1900 : alors qu'il croit mettre jour certaines lois de l'hrdit, il s'aperoit que Mendel l'a devanc de plus de 35 ans ! Sa seconde contribution concerne une thorie de l'hrdit impliquant des particules lmentaires qu'il baptise "pangnes". Cette thorie est plus proche de la ralit que toutes celles qui ont t proposes antrieurement.
Enfin, il dveloppe une thorie de l'volution par mutation : s'intressant la thorie de l'volution propose par Darwin, il cherche en particulier dterminer si l'volution est un phnomne graduel ou saltatoire. Pour cela, il met en culture un nombre considrable d'espces de plantes herbaces, esprant ainsi observer chez l'une d'entre elles un changement brusque. C'est ce qu'il russit finalement observer chez Oenothera lamarckiana : parmi les descendants de cette espce, un trs petit nombre d'individus apparaissent prsentant une variation discontinue. De Vries assimile alors ce phnomne l'apparition d'une nouvelle espce, et qualifie de mutation ce processus.
Il publie entre 1901 et 1903 La thorie de la mutation, livre o il prtend expliquer la naissance des espces. D'aprs sa thorie, les espces apparaissent en une seule gnration, aprs qu'une variation de grande ampleur - une mutation - est apparue.
En ralit, l'observation rapporte chez Oenothera ne correspondait pas une mutation gnique au sens couramment admis aujourd'hui : ce type de variation est en fait imputable des translocations chromosomiques, frquentes dans cette espce. Ce n'tait pas non plus une nouvelle espce qu'il observait, les individus dcrits demeurant fertiles entre eux. De Vries eut cependant le mrite de mettre en vidence l'apparition de nouveauts gntiques.
L'influence de De Vries est considrable chez ses contemporains, c'est d'ailleurs en voulant valider cette thorie de la mutation chez la drosophile que [ ] sera amen laborer la thorie chromosomique de l'hrdit.
Mutations et volution
La thorie saltatoire de l'volution prsente par de Vries se dmarque notablement de la thorie gradualiste de Darwin, qui proposait que les nouvelles espces apparaissent grce des modifications progressives : l'ide de Darwin tait que la nature ne fait pas de saut (Natura non facit saltum). Les ides de de Vries vont cependant se dvelopper dans le premier tiers du XXe sicle, avec le mouvement des volutionnistes mutationistes (regroupant entre autres Bateson, Johannsen, ou Galton). Cette tendance tait combattue par les volutionnistes naturalistes, qui observaient les variations des espces sur le terrain, et dfendaient l'ide du gradualisme de l'volution des espces.
Le darwinisme revient cependant en force avec l'laboration de la thorie synthtique de l'volution entre 1936 et 1947. D'une part, les gnticiens reconnaissent que les variations continues peuvent tre dues des facteurs mendliens multiples, ce qui contribue attnuer la contradiction entre la discontinuit des gnes et le caractre continu de la variation individuelle. D'autre part, les naturalistes adoptent progressivement la population comme unit de l'volution. Les acteurs principaux de cette synthse sont le naturaliste Ernst Mayr, le palontologiste George Simpson, les gnticiens Ronald Fisher, John Haldane, Alfred [ ], Julian Huxley, et Theodosius Dobzhansky (la thorie synthtique de l'volution sera cependant nouveau conteste en 1968 par la thorie neutraliste de Motoo Kimura, et en 1972 par la thorie des quilibres ponctus de Niles Elderedge et Stephen Jay Gould).

2. Le chromosome support de l'hrdit [ ]
L'hrdit lie au sexe
Morgan est n en 1866 Lexington. Il obtient sa thse en 1890 l'universit John Hopkins, sur une tude portant sur les Pycnogonides (arthropodes marins). Par la suite, il se tourne vers l'embryologie exprimentale : il s'intresse en particulier la rgnration chez les vers et le dveloppement de l'oursin. Il rejoint en 1904 l'universit de Columbia, o se droulera la phase la plus productive de sa carrire, portant sur la thorie chromosomique de l'hrdit. En 1928 il part au Cal Tech, o il restera jusqu' sa mort en 1945.
Morgan avait t trs intress par les travaux de de Vries sur les mutations, car ils proposaient un mcanisme permettant d'expliquer l'volution et l'apparition de nouvelles espces. Morgan se met alors lui aussi en qute de mutations de grande ampleur. Il choisit pour cela comme modle d'tude la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster). Ce petit insecte se prte facilement l'levage et l'observation, son cycle de reproduction est trs court (9 jours 25deg.C), il ne possde que 4 paires de chromosomes, et la descendance nombreuse chaque gnration (une femelle pond plusieurs centaines d'ufs).
La premire mutation qu'il observe est une mouche mle prsentant des yeux blancs, au lieu d'yeux normalement rouges. Il remarque alors que ce caractre n'est jamais prsent que par les mles, ce qui le conduit proposer que le facteur dterminant ce caractre est port par le chromosome sexuel. Ainsi, un facteur mendlien est pour la premire fois exprimentalement assign un chromosome dfini. Morgan dfinit ainsi l'hrdit lie au sexe.
La thorie chromosomique de l'hrdit

Morgan est rejoint partir de 1910 par Sturtevant. Ils vont identifier de nombreuses autres mutations, dont l'tude de la sgrgation va les conduire tablir les premires cartes gntiques,. Ces cartes sont compltement superposables aux chromosomes : toutes ces mutations se rangent en 4 groupes de liaison, correspondant chacune des 4 paires de chromosomes. Ces travaux permettent donc de reconnatre les chromosomes comme support physique des gnes, et d'tablir la thorie chromosomique de l'hrdit : les gnes sont organiss en srie linaire le long du chromosome. Ces dcouvertes furent rsumes dans un livre publi en 1915 : Le mcanisme de l'hrdit mendlienne (Morgan, Sturtevant, Muller, Bridges). Pour ces travaux, Morgan reut le prix Nobel de physiologie et de mdecine en 1933.
Il convient de remarquer qu'une thorie similaire avait t prcdemment avance par les cytologistes Sutton (1903) et Boveri (1904), mais qu'elle n'avait pas alors reut bon accueil. Morgan lui-mme s'y tait vigoureusement oppos entre 1903 et 1910, ce sont ses propres donnes exprimentales qui le conduisirent se "convertir" la thorie chromosomique de l'hrdit.
Le "labo des mouches"
Le laboratoire de Morgan a t extraordinairement fcond, en raison d'un magnifique esprit de collaboration, rest lgendaire. Plusieurs scientifiques de grande envergure y feront leurs premires contributions : outre [ ] et Bridges, ce laboratoire accueillt aussi Thodosius Dobzhansky, qui allait devenir un des matres d'uvre de la thorie synthtique de l'volution, et Hermann [ ], qui allait mettre au point en 1927 l'induction artificielle de mutations par les rayons X.

Alfred Sturtevant est n en 1891 Jacksonville. Il entre l'universit 17 ans, et publie 19 ans ses premiers travaux scientifiques. A partir de 1910, Sturtevant travaille avec Morgan l'universit de Columbia. Ils identifient chez la drosophile plusieurs mutations portant sur la couleur des yeux, la forme des ailes, la couleur du corps. Ils observent alors que tous ces caractres semblent lis au chromosome X. Les gnes qui les dterminent sont donc vraisemblablement ports par ce chromosome sexuel.
L'analyse de leur sgrgation montre que ces gnes sont en gnral transmis ensemble la gnration suivante. Cependant, dans de rares cas, ils semblent pouvoir tre spars. Sturtevant et Morgan rapprochent alors ces observations celles du cytologiste belge Janssens, qui avait remarqu en 1909 que lors de la miose, il se produit quelques fois des enjambements (crossing-over) entre chromosomes homologues dans la rgion qui les spare. De tels crossing-over entranent l'change de portions de chromosomes entre les deux homologues impliqus. Toutes ces observations s'intgrent alors dans un schma cohrent : les allles ports par deux gnes ports sur le mme chromosome sont spars dans le cas o un crossing-over se produit dans l'intervalle qui les spare.
Morgan et Sturtevant ont alors l'ide gniale de corrler la frquence de tels vnements la distance qui spare les gnes, et de proposer que la frquence de recombinaison exprime une distance entre gnes. L'estimation des distances sparant les diffrents gnes allait conduire l'tablissement des premires cartes gntiques. Ces cartes sont tablies en analysant la sgrgation des caractres correspondant au cours des gnrations, les distances refltant le degr de liaison qui les lie. L'unit de distance adopte est le centimorgan (cM) : un centimorgan correspond une frquence de recombinaison de 1% (un crossing-over pour cent mioses) entre deux marqueurs.
Sturtevant et Morgan publirent en 1913 la premire carte gntique jamais tablie d'un chromosome, celle du chromosome X de la drosophile (Sturtevant est alors g de 22 ans). Elle montrait l'ordre et la succession des gnes y (corps de couleur jaune), w (yeux blancs), et m (ailes vestigiales).
[ ]
Hermann Muller (1890 - 1967)
Muller travaille tout d'abord avec [ ] l'universit de Columbia. Par la suite, l'universit du Texas, il met au point en 1927 l'induction artificielle de mutations par les rayons X : il montre que les rayons X augmentent d'un facteur 100 le nombre de mutations chez la drosophile.
Cette technique de production de mutation n'est pas spcifique, car une mutation ne peut tre obtenue sur un gne choisi l'avance. La possibilit d'augmenter la frquence des mutations va cependant s'avrer d'un intrt considrable : le nombre de mutations dcrites va vritablement exploser, permettant l'tablissement de cartes gntiques de plus en plus prcises.
La technique d'irradiation va aussi tre utilise par [ ], qui lui s'intresse la nature chimique du gne. Elle permet aussi Muller d'avancer une premire estimation du nombre de gnes prsents chez un organisme : il propose en 1929 que la drosophile contiendrait environ 1400 1800 gnes (estimation toutefois infrieure d'un ordre de grandeur au nombre obtenu partir du squenage complet : 13.400).
Le parcours scientifique de Muller est peu ordinaire : aprs avoir travaill dans le groupe de Morgan Columbia, puis dvelopp sa technique de production de mutations par irradiation l'universit du Texas, il part travailler en URSS. Il y est invit par Vavilov, et doit alors affronter Lyssenko, auquel il s'oppose vigoureusement (Vavilov y laissera la vie : dport en 1940 l'instigation de Lyssenko, il meurt dans un camps en 1943). Il s'engage par la suite dans une brigade internationale durant la guerre civile espagnole, avant de retourner aux Etats-Unis en 1945. Il reoit le prix Nobel de Mdecine en 1946.
[ ]
3. La convergence de la biochimie et de la gntique
Achibald Garrod (1857 - 1936)
La premire relation entre un gne et un enzyme est tablie en 1902 par Archibald Garrod (St Bartholomew's Hospital, Londres), partir d'une observation portant sur une anomalie mtabolique chez l'homme : l'alcaptonurie. L'alcaptonurie est une anomalie d'excrtion, affectant le mtabolisme de la tyrosine et de la phnylalanine. Les sujets atteints souffrent d'arthrite dbilitante. C'est une maladie rare, dont l'incidence est estime 1/250000 ([ ]).
Cette maladie se manifeste par le noircissement des urines lorsqu'elles sont exposes l'air. Le noircissement est d la prsence dans les urines d'acide homogentisique, qui est un produit intermdiaire de la dgradation de la tyrosine et de la phnylalanine. Cette substance est dgrade chez les individus normaux, mais pas chez les alcaptonuriques, chez lesquels elle s'accumule. Le srum des premiers contient l'enzyme capable de la mtaboliser (l'homogentisate 1,2 desoxygnase), mais cet enzyme n'est pas prsent dans le srum des seconds.
Garrod observe que la transmission de cette anomalie s'effectue chez l'homme en strict accord avec les lois de Mendel (selon un mode autosomal rcessif), ce qui lui suggre qu'elle est due un gne unique. Il propose donc que la dficience enzymatique soit due une anomalie du gne responsable de la synthse de cet enzyme. Garrod publie ces observations en 1909 dans Les erreurs innes du mtabolisme, livre o il avance une explication similaire pour plusieurs maladies gntiques (albinisme, cystinurie, pentosurie). Plus gnralement, il propose que chaque enzyme serait le fruit de l'activit d'un gne.
[ ]
George Wells Beadle (1903 - 1989)
Le travail de Beadle est essentiellement consacr au contrle gntique des ractions mtaboliques. Les remarquables contributions de [ ] ce domaine ne pouvaient aboutir un programme de recherche, car des dfauts gntiques dcrits chez l'homme ne pouvaient videmment pas se prter des expriences gntiques, envisageables uniquement sur des organismes modles.
Beadle, en compagnie de Boris Ephrussi, choisit tout d'abord le modle drosophile, sur lequel ils tudient la coloration des yeux (d'abord au Cal Tech, puis Paris). Ces travaux semblent alors montrer que la synthse des pigments responsables de cette coloration reprsente le rsultat d'une chane de ractions dont chaque tape est contrle par un enzyme, chacun de ces enzymes tant lui-mme le produit de l'activit d'un gne. Mais la complexit du systme ne permet pas d'tablir une conclusion dfinitive.
Beadle se tourne alors vers un systme biochimique plus simple, dcrit chez le champignon Neurospora crassa. Avec Edward Tatum, ils tablissent grce ce micro-organisme la correspondance entre gne et enzyme (et plus gnralement entre gne et polypeptide). Ces travaux sont mens l'universit de Stanford en pleine guerre mondiale, et publis en 1941.
En 1946, Beadle prend la succession de Morgan au CalTech. De 1961 1968 (date de sa retraite), il est prsident de l'universit de Chicago. Durant cette dernire priode d'activit, il se consacre l'tude du mas.
Les mutants nutritionnels de Neurospora crassa
Neurospora crassa est une moisissure facilement cultivable sur un milieu artificiel qui ne contient que du sucre, des sels minraux, et de la biotine. Par mutagense artificielle (irradiation), [ ] et Tatum obtiennent des mutants incapables de se dvelopper sur ce milieu minimal, mais qui poussent sur un milieu complment avec tel ou tel mtabolite. En particulier, les tudes sur la synthse du tryptophane, ou sur le cycle de l'ornithine, montrent que chacun de ces mutants est en ralit dficient en un des enzymes ncessaires l'une des tapes des ces chanes mtaboliques. L'analyse gntique de ces mutants permet Beadle et Tatum de montrer que chacune de ces dficiences segrge de faon mendlienne, et correspond donc une mutation dans un unique gne. L'ensemble de ces observations aboutit donc la conclusion que les gnes contrlent la synthse des enzymes, et que chaque protine est code par un gne diffrent. Ceci conduit Beadle et Tatum formuler le clbre aphorisme : "un gne <-> un enzyme", gnralis par la suite en "un gne <-> un polypeptide".
Ces travaux concrtisent alors la rencontre de la biochimie et de la gntique : la protine vient combler la lacune qui existait entre le gne et le caractre. Beadle et Tatum s'en verront rcompenss en 1958 par l'attribution du prix Nobel de physiologie et de mdecine. Des travaux similaires seront par la suite produits selon cette stratgie par de nombreux autres chercheurs. Tous confirment que chaque tape des voies biochimiques est contrle par un gne unique, codant l'enzyme implique cette tape.
[ ]
4. L'ADN support de l'information gntique
L'exprience de Griffith
Le premier phnomne qui allait permettre de progresser dans l'identification du support de l'hrdit est celui de la transformation bactrienne, rapport en 1928 par l'anglais Fred Griffith (1877 - 1941). Celui-ci travaille alors au laboratoire de pathologie du ministre de la sant du Royaume Uni.
Griffith dcrit deux souches de pneumocoques Diplococcus pneumomiae : la souche R (rough, car lorsque cette souche est cultive sur milieu de culture artificiel, les colonies obtenues ont un aspect rugueux) et la souche S (smooth, car les colonies ont au contraire un aspect lisse). La souche S doit son aspect une capsule polysaccharidique qu'elle synthtise autour d'elle. Cette souche est mortelle pour la souris lorsqu'elle lui est injecte. A l'inverse, la souche R ne synthtise pas une telle capsule, et elle n'est pas nocive lorsqu'elle est injecte une souris. On sait aujourd'hui que cette diffrence entre les deux souches est due une mutation, chez la bactrie R, du gne codant l'enzyme responsable de la synthse de la capsule.
Griffith observe tout d'abord que l'injection de bactries S, si elles ont t pralablement tues par la chaleur, n'est plus ltale pour la souris. Pour une raison qui nous est toujours inconnue, Griffith dcide alors d'injecter conjointement des bactries S chauffes mlanges des bactries R vivantes. Cette fois, les souris meurent de septicmie. Les bactries R, au contact des bactries S tues, ont donc acquis un caractre pathogne qu'elles ne possdaient pas prcdemment. Ce phnomne a t appel transformation bactrienne, et il a t par la suite reproduit chez plusieurs autres espces bactriennes.
Il existe en fait plusieurs souches de pneumocoques (types I, II, ou III), discernables grce des tests immunologiques. Lorsque qu'une souche R de type III est injecte avec une souche S de type II inactive, la bactrie virulente qui est r-isole de la souris tue est toujours du type II. Ce changement est stable et dfinitif.
Ceci suggre donc qu'il existe chez les cellules un "facteur transformant", probablement libr par la chaleur, susceptible d'tre intgr par d'autres bactries, et qui leur confre de faon hrditaire de nouvelles proprits gntiques.
Ce phnomne reprsentait un test d'activit biologique, grce auquel on pouvait envisager de dterminer la nature du matriel gntique responsable de la transformation de bactrie du type R en bactrie de type S. Griffith ne sut pas en tirer lui-mme avantage, et la nature du "facteur transformant" sera lucide plus de 10 ans plus tard par Avery et ses collgues.[size=9]
Oswald Avery (1877 - 1955)
La nature biochimique du matriel gntique mis en vidence par Griffith est lucide en 1944 par les travaux de Oswald Avery, et de ses collgues (Colin McLeod, et McLyn McCarthy), qu'ils mnent l'Institut Rockfeller de New-York. Ils reprennent les expriences de Griffith sur la transformation bactrienne, et cherchent purifier le facteur transformant du pneumocoque.
Cette caractrisation prendra 10 ans, elle les conduit montrer que ce facteur n'est autre que l'ADN : en effet, l'ADN extrait d'une souche S suffit lui seul pour transformer une souche non virulente en souche virulente. La transformation des bactries R s'effectue par incorporation de fragments d'ADN provenant des bactries S tues. On sait aujourd'hui que de tels fragments sont capables de rentrer dans une bactrie vivante, et de s'intgrer au chromosome de celle-ci en lieu et place de la rgion homologue.
L'identification de l'ADN comme principe transformant est l'poque suffisamment extraordinaire pour ncessiter qu'une telle dcouverte soit taye par des arguments indiscutables. Aussi Avery et ses collgues effectuent-ils leurs analyses avec un soin particulirement mticuleux. Tous les contrles alors disponibles sont tests : l'absence de protine dans les prparations est teste par divers ractifs chimiques, leur composition chimique est analyse par des moyens chimiques ou spectrophotomtrique. Enfin, l'utilisation d'enzymes montre que le pouvoir transformant rside bien dans l'ADN, puisque la DNAse anantit ce pouvoir, alors que la RNAse ou des protinases le laisse intact.
La difficult accepter l'ADN comme support de l'hrdit
Malgr une accumulation croissante de preuves jusqu'au dbut des annes 50, la communaut scientifique n'a pas accept facilement que l'ADN puisse tre le support de l'hrdit. Selon les thses alors les plus largement acceptes, l'ADN n'est qu'une molcule simple, et donc incapable de vhiculer une information complexe. La thorie ttranuclotidique propose par Phoebus Aaron Levene (1869 - 1940), stipulait que la structure de l'ADN est rgulire et monotone, comprenant un enchanement rptitif des 4 bases azotes. Levene tait alors un des plus grands spcialistes des acides nucliques, c'est lui qui avait identifi le dsoxyribose comme un des constituants de l'ADN. Les protines, dont on avait perut l'immense diversit, semblaient de bien meilleurs candidats pour vhiculer une information gntique.
La dcouverte de [ ] a t accueillie avec beaucoup de scepticisme, ils furent interprts par beaucoup comme le rsultat d'une contamination des prparations d'ADN par de faible quantit de protines ou d'une autre substance. Et mme si ces prparations d'ADN taient absolument pures, il tait possible d'envisager que cette molcule ne soit pas elle mme porteuse d'information, mais qu'elle joue simplement un rle de commutateur : toutes les informations ncessaire la transition de la forme R vers la forme S auraient dj t prsentes dans chacune des souches, et l'ADN n'aurait alors contribu qu' la transition d'un type vers l'autre.
Avery lui-mme n'a pas vritablement cherch imposer ses conclusions. Ainsi, l'importance fondamentale de ces travaux ne sera reconnue que tardivement, et le comit Nobel ne le retiendra pas pour l'attribution d'un prix. Lorqu'en 1953 [ ] et [ ] dcriront la [ ], ils ne prendront mme pas la peine de citer ces travaux dans leur article.
Certains scientifiques ont cependant saisis immdiatement la porte immense des travaux d'Avery. Ce fut en particulier le cas de E. [ ], J. Lederberg, G. Beadle, ou de A. Lwoff.
Erwin Chargaff (1905 - 1992)
Chargaff est un biochimiste d'origine autrichienne ayant migr aux USA en 1934. Il fait partie des scientifiques qui saisissent immdiatement la porte immense des travaux d'[ ] sur la transformation bactrienne. Lorsque Avery publie ses rsultats, Chargaff dirige un laboratoire de biochimie l'universit de Columbia. Le thme central en est alors la biochimie des lipoprotines. Quand il prend connaissance des travaux d'Avery, Chargaff comprend aussitt que l'ADN occupe une place centrale dans les mcanismes hrditaires, et il dcide de consacrer dsormais les activits de son laboratoire l'tude des acides nucliques.
En 1950, il publie ses travaux sur le contenu en bases azotes de l'ADN chez diverses espces, raliss grce aux progrs de la chromatographie sur papier. Il montre alors que le rapport A+T/C+G est variable selon les espces, mais constant pour tous les membres d'une espce donne. L'ADN est donc porteur d'une certaine spcificit, cette molcule n'a pas une structure polymrique monotone, elle est donc susceptible de contenir une information. Ces travaux contribuent rpandre l'ide que l'ADN puisse tre une molcule porteuse de l'information gntique.
Chargaff montre par ailleurs que le rapport C/G ou A/T est l'inverse constant et quasiment gal un chez toutes les espces tudies. Cette dernire observation sera dterminante pour l'laboration du modle de la structure de l'ADN par [ ] et [ ] quelques annes plus tard.
A la suite du succs remport par ce modle, Chargaff est trs rticent en reconnatre l'entire paternit ses auteurs, pour lesquels il n'a jamais eu grande estime ( la suite de sa premire rencontre avec Watson et Crick, il les avait compars deux clowns). Il continuera revendiquer pour son propre compte le modle d'appariement des bases, alors qu'il n'y avait lui mme jamais pens, et n'ayant mis en vidence que les rapports gaux d'adnine et de thymine, de cytosine et de guanine.
[ ]

Alfred Hershey (1908 - 1997)
Al Hershey est, avec [ ] et [ ], la troisime personnalit marquante du Groupe du phage. Sa premire contribution importante est la mise en vidence d'une gntique des bactriophages : Il montre en effet en 1946 que peuvent apparatre des mutations chez ces organismes, caractriss par diffrentes formes de plages de lyse. Ces rsultats confirment donc ceux obtenus par Luria l'anne prcdente.
Hershey parvient aussi dtecter des phnomnes de recombinaison chez les phages : en infectant simultanment une souche bactrienne avec deux phages portant des mutations distinctes, il observe l'apparition de phages recombinants, portant soit simultanment les deux mutations, soit aucune d'entre elles. Des observations similaires seront rapportes par Delbrck.
Mais l'exprience la plus clbre de Hershey concerne l'tude du rle que jouent chacun des constituants du phage (ADN et protines) dans la transmission de l'information gntique. Pour cela, il utilise - avec Martha Chase - le bactriophage T2. Leur exprience est une des premires expriences de biologie molculaire o des isotopes radioactifs permettent de tracer des molcules. Ils utilisent un marquage isotopique diffrentiel de chacun des constituants du phage : du phosphore radioactif, incorpor l'ADN, et du soufre radioactif, incorpor aux protines de la capside. Ces phages sont utiliss pour infecter des bactries. Immdiatement aprs l'infection, il est possible de sparer par agitation mcanique les bactries des phages qui les ont infects, et de sparer par centrifugation les particules phagiques des bactries infectes. Lorsqu'elles sont remises en culture, ces bactries produisent des phages. Or l'analyse de la rpartition de la radioactivit montre que ces bactries ne contiennent que du phosphore radioactif : seul l'ADN a donc pntr dans la cellule, et cette fraction est responsable elle seule de la reproduction du phage. C'est donc l'ADN qui dtient l'information gntique.
Bien que cette exprience tait dans sa conception plus grossire que celle d'Avery, son impact fut au moins aussi important. Ceci tait d en partie au fait qu'elle avait t effectue par des membres du Groupe du phage, qui reprsentait alors les scientifiques les plus influents dans le domaine de la biologie molculaire. D'autre part, ces rsultats arrivaient pratiquement simultanment avec l'lucidation de la structure de l'ADN par Watson et Crick.
[ ]
5. L'influence des physiciens
Erwin Schr&ouml;dinger (1887-1961)
Erwin Schr&ouml;dinger fuit l'Autriche aprs son annexion par l'Allemagne en 1938. Sa carrire de physicien est principalement associe la description quantique de l'atome, lie au modle ondulatoire de la matire. Il est cependant aussi attir par la biologie, domaine auquel il consacre en 1944 un petit livre : Qu'est ce que la vie ? Il y dveloppe des ides d'une extraordinaire clairvoyance :
- il dcrit le matriel gntique comme un "cristal apriodique". On sait aujourd'hui que l'ADN prsente effectivement globalement deux ordres de symtrie (rotationnel et translationnel), cette rgularit l'apparente bien un cristal. Mais dans le dtail, l'enchanement des paires de bases n'est pas exactement rptitif, ce cristal est apriodique.
- il insiste sur la notion de programme, de code gntique : "ces chromosomes (...) qui contiennent sous la forme d'une espce de code le modle intgral du dveloppement futur de l'individu et de son fonctionnement dans l'tat adulte".
- enfin, il expose sa profonde conviction que le problme du gne est ncessairement accessible l'exprimentation. En particulier, son apprciation des travaux de [ ] sur la mutagense induite par les rayons X est remarquable.
De nombreux biologistes fameux, parmi lesquels [ ], [ ], ou [ ] ont reconnu que la lecture de Qu'est ce que la vie ? a t dcisive pour leur engagement dans la recherche en biologie.
[ ]
    
http://raselaioun.3oloum.org
 
La naissance de la biologie molculaire
          
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