LA VIE
SCIENTIFIQUE
Les exploits du génie génétique
Nous avons signalé naguère les grands succès initiaux de génétique : fabrication par le colibacille de l'insuline (première hormone d'origine bactérienne expérimentée depuis lors sur l'homme), de la somatostatine, du vaccin de l'hépatite B , de l'ovalbumine (1). Les expérimentateurs continuent de multiplier les exploits en jouant à leur façon avec les gènes, ces infimes éléments du chromosome qui conditionnent la transmission et la manifestation des caractères héréditaires. V o i c i quelques-unes de leurs avancées récentes.
La mouche du vinaigre se montre toujours instructive Ce petit insecte de l'ordre des diptères (il n'a que deux millimètres de longueur), que les entomologistes nomment droso- phile (du grec drosos, rosée, et philos, qui aime), a été long- temps, depuis le début du siècle, le matériel biologique de choix pour les généticiens. Ce fut sur elle, en 1935, que Boris Ephrussi et G . Beadle effectuèrent les mémorables travaux qui conduisi- rent à l'élaboration de la théorie « un gène - une enzyme », que formulèrent en 1941 G . Beadle et Tatum, selon laquelle chaque gène est responsable de la synthèse d'une enzyme qui catalyse une réaction métabolique déterminée. C'était là fonder la théorie chromosomique de l'hérédité.
A partir des années quarante, par l'utilisation d'êtres plus simples que la drosophile (virus, bactéries, champignons), on a pu élucider la nature chimique des gènes, leurs systèmes de régulation, leur rôle dans le métabolisme cellulaire.
(1) La Revue des Deux Mondes, novembre 1979, « les Grandes Etapes de la génétique ».
Mais la drosophile connaît maintenant un regain de faveur, ce qui vient de faire l'objet, dans le Courrier du Centre national de la recherche scientifique, d'un très intéressant article de Made- leine Gans, directeur adjoint du Centre de génétique moléculaire du C . N . R . S . à Gif-sur-Yvette, et Nicole Prud'homme, professeur à l'université de Paris-VI, qui donnent les raisons de cette
« remontée » spectaculaire de la drosophile. Dans seize labora- toires du C . N . R . S . (Paris, Gif-sur-Yvette, Lyon, Marseille, Gre- noble, Strasbourg, Bordeaux, Toulouse, Saint-Christol-les-Allès, Clermont-Ferrand) des recherches lui sont consacrées.
L a drosophile est apparue, en effet, des plus utiles pour aborder les problèmes beaucoup plus complexes posés par l'orga- nisation du matériel génétique des organismes supérieurs et le fonctionnement de celui-ci au cours du développement. Ayant été déjà longuement étudiée, le nombre de ses gènes identifiés et cartographiés est considérable et les souches mutantes se comptent par milliers. Or, plus on dispose de mutants, plus on peut en identifier de nouveaux.
Et puis i l existe chez la drosophile, comme chez d'autres diptères, des chromosomes géants : ils atteignent cinq dixièmes de millimètre dans certains tissus, en particulier dans les glandes salivaires des larves. Leur morphologie a été décrite avec une précision cent fois supérieure à celle concernant les chromosomes humains. O n a pu ainsi constituer une riche collection de souches présentant toutes les sortes de remaniements chromosomiques, grâce auxquels on peut réaliser des opérations génétiques très complexes, difficiles à mener chez un autre organisme supérieur, et explorer complètement les gènes situés dans un segment chro- mosomique court et défini.
On peut, en outre, visualiser les zones actives de ces chro- mosomes, appelées puffs par les Anglos-Saxons parce qu'elles sont gonflées, et dont on peut analyser avec précision la répartition selon les tissus et le stade de développement, ainsi que l'effet de différents facteurs tels que les hormones ou les chocs thermiques.
Récemment, on a pu, à partir de ces chromosomes géants, constituer des banques de gènes de drosophile, en utilisant seu- lement l ' A . D . N . de segments chromosomiques définis, si bien qu'on en est à envisager la possibilité, dans un avenir proche, de pouvoir isoler n'importe quel gène de la petite mouche du vinaigre.
Les auteurs de l'article précédemment mentionné insistent enfin sur le fait que la drosophile se montre particulièrement propice à l'étude du développement, car elle présente de remar- quables mutants. C'est ainsi que dans une courte région du
chromosome 3, dite bithorax, sont groupés les gènes dont les mutations conduisent à la substitution d'un organe par un autre : par exemple, des ailes sont formées à la place des balanciers, ce qui fait que la mouche possède alors quatre ailes, ou inversement des balanciers apparaissent au lieu d'ailes, également au nombre de quatre. L a région bithorax peut aujourd'hui être analysée par les procédés du génie génétique, l ' A . D . N . qui l'engendre ayant été isolé. D'autre part, i l est devenu possible de modifier l'infor- mation génétique d'une cellule somatique en induisant des pertes de chromosomes ou des crossing-over (appariements de deux chromosomes homologues dans des cellules somatiques). On obtient de la sorte des mouches « mosaïques » qui apportent de multiples renseignements, notamment sur la capacité de régéné- ration des cellules, l'établissement au cours de la morphogenèse précoce de territoires cellulaires qui évolueront en structures définies chez l'adulte, le moment d'action des gènes intervenant dans le développement.
L'obtention de « doubles génétiques » de mammifères
Deux biologistes travaillant à l'université de Genève, le professeur suisse K a r l Illmensee et le professeur américain Peter Hoppe, du laboratoire Jackson de Bar Harbour (Maine), ont réussi, pour la première fois chez des mammifères — des souris
— une série de transplantations de noyaux cellulaires d'un embryon à un ovule. Trois souriceaux, un mâle et deux femelles, ont été obtenus, des « doubles génétiques », c'est-à-dire présen- tant les caractères de l'embryon, soit des copies conformes de celui-ci, sans aucun caractère de la souris « porteuse ».
A la suite de plus de cinq cents essais de transplantations ce résultat a été acquis en injectant un noyau extrait d'un très jeune embryon de souris dans l'œuf préalablement fécondé d'une autre souris dont les deux noyaux, provenant de l'ovule lui-même et du spermatozoïde, avaient été retirés avant qu'ils ne fusion- nent. Après une culture de quatre jours, l'œuf était placé dans la matrice d'une souris.
Précédemment — il y a de cela plusieurs années : d'étape en étape, long est le cheminement... — Illmensee et Hoppe étaient parvenus à provoquer la naissance de têtards selon la même méthode. Puis John B . Gurdon, de l'université d'Oxford, opéra avec succès, chez les batraciens — grenouilles — , sur des noyaux de cellules adultes. Mais on n'avait pas encore pu en venir là chez les mammifères, animaux supérieurs.
Les souris expérimentalement créées à Genève ne représen- tent pas, toutefois, des doubles génétiques parfaits, des clones vrais, ces doubles n'étant pas ceux d'êtres adultes puisque les organes donneurs n'étaient pas développés. Il va sans dire que l'on n'en est pas encore à pouvoir par clonage, à partir d'une cellule quelconque d'un être humain inséré dans un œuf énucléé, fabriquer à volonté, par exemple, un Bach ou un Einstein en autant d'exemplaires qu'on voudrait !
Tel n'est d'ailleurs pas l'objectif des biologistes. Ce type d'expérience présente un intérêt considérable en ce qui concerne le problème fondamental qui se pose à eux : celui de la diffé- renciation cellulaire, laquelle demeure profondément mystérieuse.
Que se passe-t-il tout de suite après la fécondation de l'œuf, alors que toutes les cellules de l'embryon sont exactement identiques, possèdent, détentrices du même message héréditaire inscrit dans les chromosomes, les mêmes potentialités ? Par quels mécanismes, au cours de leurs divisions activement multipliées, un tri s'effec- tue-t-il entre ces potentialités d'où vont résulter des modifications diverses, correspondant merveilleusement à toutes les structures et fonctions de l'organisme ? Certaines cellules vont, en effet, constituer le système nerveux, d'autres les éléments des vaisseaux, du sang, de la lymphe, les tissus de la peau, des os, du rein, du foie, des muscles... E n se différenciant par l'utilisation de tels ou tels gènes, les noyaux des cellules perdent-ils une partie des capacités que possédait le noyau initial de l'œuf, ou bien y a-t-il interdictions par blocage ?
L a réponse à ces questions permettrait sans doute de contri- buer à la connaissance des causes du dérèglement des cellules cancéreuses. Il reste aussi à préciser le rôle que, de son côté, le cytoplasme peut jouer aussi dans l'information génétique.
Des poissons sans père
E n expérimentant sur des poissons-zèbres (Brachydanis rerio) exotiques choisis pour la rapidité de leur croissance et de leur reproduction ainsi que pour la grande quantité d'œufs que pondent les femelles, une équipe américaine de l'Institut de bio- logie moléculaire de l'université d'Oregon a obtenu la naissance de petits poissons développés à partir d'œufs non fécondés. L ' i n - tervention a été pratiquée sur des œufs à différents stades de la fécondation, en procédant d'abord à la destruction du stock géné- tique des cellules sexuelles mâles par irradiation aux ultraviolets.
Puis, par d'autres traitements physiques a été provoquée la dupli- cation du seul patrimoine héréditaire maternel, ce qui a rendu
possible la transformation des œufs en animaux homozygotes, c'est-à-dire possédant chaque gène en double.
Ce sont là des résultats analogues à ceux enregistrés par Illmensee et Hoppe à Genève sur les embryons de souris, mais sur celles-ci le rendement était très faible et il est beaucoup plus élevé sur les poissons-zèbres, si bien qu'est envisageable une production industrielle de poissons dont le matériel génétique serait ainsi doublé. L'application de la méthode aux truites et aux saumons, par exemple, permettrait d'avoir en abondance des animaux sélectionnés sans avoir à passer par les multiples et lents croisements des méthodes classiques.
L'hormone de croissance et une thymosine élaborées par le colibacille
Il est devenu classique de reprogrammer une bactérie par l'intermédiaire d'un plasmide, petite molécule d ' A . D . N . , circu- laire, possédant un pouvoir de réplication, qui se trouve à l'état libre, en plus du chromosome, dans le cytoplasme de certaines souches bactériennes. L a technique consiste à extraire le plasmide de la bactérie, à l'ouvrir en un point — l'outil étant ici une enzyme dite « de restriction » — , puis à insérer dans la coupure le gène étranger, ce qui répare l'anneau, cela d'autant mieux que l'on peut employer une endonucléase qui rend cohésives les deux extrémités de la coupure. Le plasmide est ensuite réintroduit dans la bactérie où il va se multiplier puisqu'il porte les gènes de la réplication, en faisant acquérir à la cellule bactérienne un carac- tère nouveau, en l'espèce, la faculté de produire telle ou telle hormone.
L'hormone de croissance est un polypeptide, composé de cent quatre-vingt-onze acides aminés. Ses effets sont multiples, soit directement, soit par l'intermédiaire d'autres hormones. Elle stimule, en effet, le métabolisme, la morphogenèse, l'élaboration des tissus essentiels au développement du corps, en particulier les cartilages de croissance qui, situés aux jonctions osseuses, déter- minent l'augmentation de la taille. Que sa sécrétion soit insuffi- sante, et il va en résulter des retards de croissance pouvant entraîner le nanisme. Or l'injection à l'enfant de la puissante substance fait merveille : tolérée sans incidents par l'organisme, elle remédie remarquablement à la défaillance hypophysaire en assurant une croissance normale.
Mais, à l'heure actuelle, dans le monde, un sujet sur cinq seulement peut bénéficier de ce traitement, car l'hormone est un produit d'une extrême rareté, ne pouvant être récoltée, à des
doses infimes, q u ' à partir d'hypophyses prélevées sur des cada- vres humains.
L a situation est en passe de changer, grâce à un nouveau succès des manipulations génétiques.
E n 1978, des chercheurs américains étaient déjà parvenus à faire produire par un colibacille de l'hormone de croissance de rat. E n 1979, les équipes du Genentech, à San Francisco, et du centre médical City of Hope, à Duarte, en Californie (docteurs Doeddel et Seeburg) ont réussi à construire le gène qui commande la production de l'hormone humaine, à partir du précurseur de l'hormone naturelle, complété par une molécule synthétiquement édifiée. Introduit dans le colibacille par le truchement d'un plas- mide, ce gène hybride s'est montré fonctionnel : la bactérie a produit l'hormone désirée.
Par cette voie, on a l'espoir d'obtenir la précieuse substance en quantités notables et de pouvoir, demain, traiter tous les cas de nanisme d'origine hypophysaire. Les nains disparaîtront... par grandissement !
Le thymus — le « ris de veau » chez les bovidés — , glande située en arrière du sternum, devant la trachée, était naguère encore considéré comme un organe de si peu d'importance que les chirurgiens pratiquaient son exérèse d'une main leste, sans plus d'hésitation que pour une ablation d'appendice. Or i l s'est révélé en ces dernières années comme jouant un rôle essentiel dans la défense immunologique.
Son action s'exerce par l'intermédiaire des substances hormo- nales qu'il sécrète et sous la dépendance desquelles se trouve une des deux grandes catégories de globules blancs gardiens de l'inté- grité individuelle, les lymphocytes T. Ceux-ci, issus, comme les lymphocytes B , de la moelle osseuse, se pourvoient, à leur surface, sous l'influence du thymus, d'un antigène thêta qui les rend capables de reconnaître ce qui est étranger à l'organisme. Ils interviennent donc aussi dans le phénomène de rejet des greffes ainsi que dans celui de l'élimination des cellules cancéreuses, lesquelles, du fait de leur caractère anormal, sont également considérées par les lymphocytes comme des intruses.
Le rôle très important que joue ainsi le thymus dans les mécanismes de défense naturelle paraît assuré par divers facteurs hormonaux dont certains ont déjà été isolés, notamment en France par l'équipe de chercheurs travaillant à la clinique néphro- logique de l'hôpital Necker, sous la direction du professeur Jean- François Bach.
Les biologistes de la société Genentech, à San Francisco, qui, sous la direction de Robert Swanson, avaient déjà obtenu la fabrication par le colibacille génétiquement reprogrammé de la somatostatine et de l'insuline humaines, ont annoncé en 1980 l'obtention, dans les mêmes conditions opératoires — préparation d'un gène artificiel introduit dans les bactéries — de l'un des facteurs élaborés par le thymus, la thymosine alpha 1. D'autres facteurs plus actifs que cette molécule sont présents dans l'extrait du thymus. O n s'efforce actuellement de les isoler.
Les micro-organismes fabriquent aussi des interférons Découvert en 1957 par l'Anglais Alick Isaaks et le Suisse Jean Lindenmann, l'interféron n'a cessé depuis lors de passionner les chercheurs. Produit par les cellules des organismes supérieurs en réponse à une infection virale ou à certaines stimulations chimiques, i l est apparu, en effet, que cette protéine, constituée par une longue séquence d'acides aminés (165), inhibe la multi- plication des virus à A . R . N . et à A . D . N . , et ses travaux récents ont montré que le spectre de ses effets biologiques est étonam- ment étendu. L'effet antiviral observé en premier lieu n'est qu'une de ses multiples actions sur la cellule, qu'il peut modifier, dont il module la fonction et la division. C'est ainsi qu'il stimule la capacité de phagocytose des macrophages, augmente la toxicité des cellules N . K . (natural killer cells : « cellules tueuses »)... O n pouvait penser que pour assurer tant de rôles, i l n'existait pas un seul interféron mais plusieurs. C'est ce que les dernières recher- ches ont confirmé. On distingue aujourd'hui les familles alpha, bêta et gamma, dont chacune doit comporter un certain nombre de variétés. C'est ainsi que pour l'interféron leucocytaire (produit par des globules blancs) il en est une quinzaine, qui ont proba- blement des propriétés différentes.
Par les techniques du génie génétique, les biologistes sont maintenant en mesure de faire synthétiser ces interférons par des bactéries et de les obtenir avec un haut degré de pureté en recourant aux anticorps monoclonaux qui permettent de trier leurs molécules, de structures très voisines.
Ces techniques vont pouvoir bénéficier d'une importante amélioration. Jusqu'ici l'interféron était obtenu par l'introduction d'un A . R . N . messager humain dans une bactérie, Escherichia coli (colibacille), par l'intermédiaire d'un virus (bactériophage). Or les chercheurs israéliens du Weismann Institute (professeur Michel Perez), à partir des travaux menés en collaboration avec le profes- seur Pierre Thiollais, de l'Institut Pasteur de Paris, ont réussi
à incorporer directement au micro-organisme un fragment de chromosome humain contenant le gène de l'interféron. Cette méthode supprime donc une étape — l'intervention du phage — et doit simplifier le processus de production.
D'autre part, en vue d'accroître celle-ci, les biologistes de la Biogen S.A. de Genève ont réussi à faire synthétiser de l'inter- féron humain par le Bacillus subtilis, alors que jusqu'à présent seule la bactérie Escherichia coli était exploitée. Cette nouvelle technique, mise au point avec le Public Health Laboratory de Porton (Angleterre), présente le très grand avantage que cette culture est beaucoup plus simple que celle du colibacille, et sa production commerciale est déjà tout à fait au point, puisqu'elle est couramment utilisée pour la production d'antibiotiques, d'aci- des aminés ou d'enzymes.
Cependant, on ne dispose pas encore avec l'interféron du
« médicament-miracle » naguère espéré. Mais les espoirs se repor- tent sur les possibilités diverses des interférons purs que l'on sait à présent obtenir et qui vont faire l'objet de nouvelles investi- gations et d'autres essais. C'est pourquoi le ministère de la Santé a pris l'initiative de regrouper, sous le contrôle d'un comité scientifique d'évaluation, l'ensemble des travaux réalisés sur l'interféron et de lancer une étude thérapeutique portant sur deux cents malades dont cent atteints d'infections virales et cent d'affec- tions cancéreuses.
Isolement d'un gène humain du système H.L.A.
E n premier lieu, les Américains C D . Snell et B . Benacerraf avaient décelé l'existence d'un système d'antigènes porté par les cellules de la souris, tout autre que celui des groupes sanguins révélé en 1900 par l'Autrichien Karl Landsteiner, et qui fut dénommé par eux H-2. Le professeur Jean Dausset a partagé avec Snell et Benacerraf le prix Nobel de médecine en 1980 pour avoir à son tour découvert les groupes tissulaires chez l'homme, régis par un système semblable, dit H . L . A .
Il s'agit de molécules protéiniques présentes à la surface des cellules de tous les tissus de l'organisme, antigènes impliqués dans les défenses immunitaires de ce dernier, en particulier dans ce qui est le fondement même de l'immunologie : la reconnais- sance du soi et du non-soi — le non-soi étant à évacuer par l'organisme, d'où le rejet des greffes étrangères. Ces antigènes jouent donc un rôle capital dans la réussite ou l'échec de celles-ci.
Fait exceptionnel, les recherches, d'ordre fondamental, les concer- nant, ont immédiatement reçu application en clinique, dans le
domaine des transplantations d'organes, notamment dans le cas de la greffe du rein, où l'on a d'emblée obtenu un pourcentage très élevé de succès parce qu'il est devenu possible d'apparenter de manière beaucoup plus sûre qu'auparavant le donneur et le receveur et ainsi de se trouver mieux en mesure d'écarter le péril du conflit antigènes-anticorps.
Les antigènes H . L . A . présentent un extraordinaire degré de variabilité. Il résulte de ce polymorphisme que chaque individu
— à l'exception des jumeaux vrais — est radicalement différent de tous les autres, sans pour cela qu'il y ait contradiction avec l'unité de notre espèce, laquelle, dit Jean Dausset, est préservée,
« car l'infinie variation n'est permise que sur un thème donné, celui de l'espèce. Un peu comme dans une fugue de Bach où les variations sont soumises à des règles strictes, à des limitations étroites. Ainsi, dans leurs variations, de nombreux gènes, et en particulier ceux qui déterminent les groupes tissulaires, sont-ils de véritables sceaux de notre personnalité, à laquelle ils appor- tent une définition moléculaire et génétique ».
Il est d'une très grande importance que s'ouvre une voie pour comprendre l'origine du polymorphisme des antigènes H . L . A . , préciser la structure des protéines qui les composent et étudier les relations entre la constitution des gènes en cause et leur fonction. Or voici une première étape dans cette direction : les chercheurs du Centre d'immunologie I . N . S . E . R . M . - C . N . R . S . de Marseille-Lumigny (Bertrand Jordan) et de l'unité de biologie du gène de l'Institut Pasteur de Paris (François Brégégère et Philippe Kourilsky) sont parvenus à intégrer dans une bactérie un segment d ' A . D . N . codant pour un antigène H . L . A . humain.
Il s'agit d'une opération fort complexe. On a recouru à la génothèque réalisée par une équipe américaine, véritable banque de matériel génétique où sont cultivés des bactériophages porteurs de fragments d ' A . D . N . humain. Sur cent mille de ces agents viraux on a pu en isoler une quinzaine reconnus comme ayant été combinés avec des gènes H . L . A . Ceux-ci ont ensuite été cultivés dans des bactéries (ils s'y multiplient en les lysant) et l ' A . D . N . H . L . A . humain en a été extrait. Il contenait bien la séquence de nucléotides capables de coder les acides aminés composant un antigène H . L . A .
Les bactériophages recombinés avec le gène H . L . A . ont été incorporés dans des cellules de mammifère (fibroplastes de souris).
Il reste à vérifier que ce matériel génétique humain, ainsi intro- duit dans une cellule de souris, s'exprime, c'est-à-dire produit un antigène du système H . L . A .
Quel chemin parcouru depuis que le botaniste autrichien Johann Mendel, qui était aussi en religion le Père Gregor, fonda la génétique avec la formulation (1865) des lois de l'hybridation, génialement découvertes par lui à partir de minutieuses observa- tions sur les croisements de pois qu'il cultivait dans le jardin de son monastère !
F E R N A N D L O T
LES LIVRES VUS PAR LEURS AUTEURS
LA RAISON D'ETRE
PAR JEAN CAZENEUVE
La dépression n'est pas une mala- die propre à la civilisation moderne.
Mais il est sûr qu'on en parle de plus en plus, qu'on la prend en considération, et il probable qu'elle est plus répandue de nos jours qu'autrefois. Il s'agit là, d'ailleurs, d'une forme particulière et très aiguë de l'angoisse qui est liée à la condition humaine et à laquelle psychologues, psychanalystes et so- ciologues accordent une attention accrue.
Or, dans le même temps que les études sur ces sujets se multiplient et sont à la mode, il semble que la réflexion se détourne des problè- mes philosophiques ou métaphysi- ques à travers lesquels l'angoisse et les états dépressifs pourraient être abordés sous leur aspect le plus fondamental.
En effet, dans la plupart des cas, ces troubles, parfois fugitifs et lé- gers, parfois profonds et presque suicidaires, sont liés à un senti-
(Albin Michel, 240 p.) ment d'inutilité, de déréliction.
C'est comme si le sujet se deman- dait : « A quoi bon ? Que fais-je sur cette terre, à quoi sert ma vie, pour- quoi suis-je moi-même ? »
Il n'est d'ailleurs point besoin de recourir à ces phénomènes patho- logiques ou inquiétants pour recon- naître que l'homme éprouve, sans toujours s'en rendre compte, le besoin d'avoir une raison d'être.
L'idée de consacrer un livre à cette question correspond à un dessein qu'on jugera sans doute ambitieux ou dérisoire. En effet, les progrès de la science nous habituent à évacuer de nos recher-
ches t o u t ce q u i se r a t t a c h e au
« pourquoi » et à nous contenter de ce qui nous éclaire de plus en plus, et avec certitude, sur le « com- ment ». Mais dans la mesure où cette attitude conduirait à disqua- lifier toute considération sur notre finalité et à insinuer qu'il n'y a pas de raison d'être mais seulement
