De la biochimie traditionnelle ` a la biologie mol´ eculaire

Les travaux de Gregor Johann Mendel, publi´es en 1866, marquent l’origine de la g´en´etique moderne. La formation de Mendel dans les domaines de la botanique et de la physique l’a pouss´e `a ´etudier la reproduction des plantes et `a observer la transmission de ca- ract`eres simples (traits h´er´editaires binaires) d’une g´en´eration `a une autre. A partir de ses

3.1 Des biosciences aux biotechnologies

exp´eriences, il proposa deux lois : la loi de s´egr´egation et la loi d’assortiment ind´ependant. Ces deux lois impliquent l’existence d’´el´ements autonomes et reproductibles, qui contrˆolent l’h´er´edit´e des caract`eres d’une g´en´eration `a une autre. Chaque caract`ere est repr´esent´e dans un œuf (´el´ement de la m`ere) fertilis´e par l’´el´ement du p`ere (Bernot & Alibert 1997). L’h´er´edit´e de chacun des caract`eres est d´etermin´ee par des “unit´es” ou des “facteurs”, qui se transmettent de mani`ere inchang´ee `a leurs descendants (O’Neil 2009). Bien que Gregor Mendel n’ait pas formellement d´etermin´e et d´efini o`u ces unit´es ou facteurs pou- vaient ˆetre organiquement localis´es ou ce qu’ils ´etaient pr´ecis´ement, il fut le premier `a identifier l’existence de g`enes dans les m´ecanismes de transmission de la vie. Les lois de Mendel marquent la naissance de la th´eorie de l’h´er´edit´e fond´ee sur la reconnaissance, dans la composition des g`enes, d’un caract`ere dominant et d’un caract`ere r´ecessif.

A cette ´epoque, le livre publi´e en 1859 par Charles Darwin On the Origin of Species by Natural Selection, r´evolutionne la pens´ee scientifique en mati`ere d’explication de la vari´et´e des esp`eces vivantes. Darwin d´eveloppe une th´eorie de la s´election naturelle, fond´ee sur la collecte de nombreuses observations r´ealis´ees `a l’occasion de l’exp´edition du Beagle. Sa th´eorie repose sur l’id´ee que les esp`eces ne disparaissent pas mais ´evoluent au cours du temps `a travers un processus de s´election naturelle en fonction de l’environnement dans lequel elles vivent. L’une des conclusions majeures de Charles Darwin est que toutes les esp`eces vivantes sont li´ees les unes aux autres par des ancˆetres communs et que cette ´evolution est m´emoris´ee en chacun des organismes vivants. Le milieu du dix-neuvi`eme si`ecle marque ainsi une rupture id´eologique dans les croyances ancestrales sur l’origine de la vie. Si la th´eorie de Charles Darwin re¸cut un ´echo consid´erable dans le monde, il n’en fut pas de mˆeme pour celle de Gregor Mendel qui sera red´ecouverte en 1900 par Hugo de Vries. N´eanmoins, Charles Darwin et Gregor Mendel sont tous deux `a l’origine de deux id´ees : ´evolution et h´er´edit´e, posant ainsi la question du support biologique de l’h´er´edit´e et des modalit´es de sa transmission (Grace 1997, Nesta 2001).

Suite aux travaux de Gregor Mendel, Thomas Morgan publie en 1915 avec d’autres scientifiques de l’´epoque un ouvrage intitul´e Le m´ecanisme de l’h´er´edit´e mend´elienne dans lequel, grˆace `a ses exp´eriences sur la mouche drosophile, il propose la th´eorie chromo- somique de l’h´er´edit´e. Thomas Morgan prouva que les facteurs de Mendel - les g`enes - se situent sur les chromosomes et sont le support mat´eriel de l’h´er´edit´e. Les g`enes sont organis´es en s´erie lin´eaire le long du chromosome, eux- mˆemes localis´es dans le noyau de chaque cellule. Si la pr´esence des g`enes sur les chromosomes est alors ´etablie, rien n’est cependant encore dit ou connu quant `a la nature biochimique des g`enes ou leur mode

Chapitre 3 - Biotechnologies et innovations d’action. La relation entre les g`enes et les modes de transmission des caract`eres restait encore incomprise. Ce sont les travaux d’Archibald Garrod, de George Wells Beadle et d’Edward Tatum qui mirent en lumi`ere la relation entre les g`enes et les prot´eines. Les r´eactions biochimiques `a l’œuvre dans les micro-organismes sont le r´esultat d’une chaˆıne de r´eactions dont chaque ´etape est contrˆol´ee par une enzyme, chacune de ces enzymes ´etant elle-mˆeme le produit de l’activit´e d’un g`ene. Apr`es de nombreuses exp´eriences, ils tir`erent la conclusion que les g`enes contrˆolent la synth`ese des enzymes et que chaque prot´eine est cod´ee par un g`ene diff´erent.

Ces travaux sont int´eressants pour notre analyse puisqu’ils concr´etisent la rencon- tre de la biochimie et de la g´en´etique : la prot´eine vient combler la lacune qui existait entre le g`ene et le caract`ere (Bernot & Alibert 1997). Si les r´eactions m´etaboliques des micro-organismes sont mieux identifi´ees, la nature du support de la transmission de l’h´er´edit´e reste cependant incomprise. Ce sont les travaux d’Oswald Avery (suite `a ceux de Fred Griffith) qui ´elucid`erent cette derni`ere question en d´emontrant que le support de l’information g´en´etique r´esidait dans l’ADN (la substance qui compose les chromosomes). Malgr´e leurs nombreuses exp´eriences et observations, Avery et ses coll`egues eurent du mal `a faire accepter leur d´ecouverte par la communaut´e scientifique. A cette ´epoque, les scientifiques avaient en effet d´ej`a per¸cu la grande diversit´e et la complexit´e des prot´eines et avaient fait de ces derni`eres les candidates les plus convaincantes pour devenir le sup- port de l’information g´en´etique, l’ADN apparaissant comme une mol´ecule trop simple, incapable de v´ehiculer une information aussi complexe (ibid ).