Biologie synthétique

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L’importance de la biologie synthétique

L’importance de la biologie synthétique

par le travail aveugle de la sélection naturelle ; comme dans l’ingénierie actuelle des protéines où modifications rationnel- les et sélection in vitro ou ex vivo sont associées. Les projets de biologie synthétique représentent-ils un danger nouveau, et nécessitent-ils une surveillance particulièrement étroite ? Étant une extension des pratiques du génie génétique, ils ne nous semblent pas appeler la mise en œuvre de nouvelles procédures de contrôle. Deux éléments sont d’ailleurs rassu- rants. Le premier est que la presque totalité de ces projets a pour objectif la modification de bactéries ou de levures. Le deuxième est que ces projets, et en particulier les plus ambi- tieux d’entre eux comme ceux de Craig Venter, se heurtent déjà à de multiples difficultés. Les organismes ainsi synthétisés, partiellement ou totalement nouveaux, ont toutes les chances d’être défavorisés dans la lutte pour la survie vis-à-vis des organismes naturels. Ce n’est pas demain que le travail des spécialistes de biologie synthétique rivalisera avec les accom- plissements réalisés par quatre milliards d’années d’évolution. Même maladroits, les projets de biologie synthétique seront néanmoins essentiels pour nous aider précisément à compren- dre ce qui s’est passé pendant ces quatre milliards d’années. Le projet iGEM français était, à ce point de vue, exemplaire. Discrètement, il abordait une question fondamentale pour la biologie : celle des mécanismes à l’origine de la multi-cellula- rité et de la différenciation cellulaire. ‡
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Épistémologie de la biologie synthétique et pluralisme du concept de « vivant »

Épistémologie de la biologie synthétique et pluralisme du concept de « vivant »

127 Philosophes et biologistes ne s’entendent pas sur une origine principale du terme « biologie synthétique », considérant la diversité de sens qui lui est accordé selon les contextes scientifiques et historiques. Cependant, plusieurs conviennent que le terme fit son apparition, avec le sens utilisé aujourd’hui dans la discipline consolidée, suivant la publication d’un important article de Hartwell et al. en 1999, qui jeta les bases de cette nouvelle discipline en émergence, comme le souligne le biologiste et philosophe des sciences, M. Morange (2009, p.22): « In addition to the introduction of the expression itself, it described most of the characteristics of synthetic biology to be discussed later: the important role accorded to theoretical modeling, and the emphasis on the existence of functions and ‘purpose’ in organisms, which justify the significant contributions to biology expected from engineers and computer scientists ». Soulignons également l’article de B. Hobom et al. en 1980 ainsi que celui de W. Szybalski et al. en 1978 qui utilisèrent le terme « biologie synthétique » pour désigner le développement de cette nouvelle ère biologique anticipée à l’époque, sans toutefois en définir les fondements, comme le démontre cette citation de W. Szybalski et al.: «.. new era of ‘synthetic biology’ where not only existing genes are described and analyzed but also new gene arrangements can be constructed and evaluated ». Le premier scientifique à utiliser le terme « biologie synthétique » fut probablement Stéphane Leduc, dans son livre Biologie synthétique publié en 1912, alors qu’il y présentait la création d’entités non-vivantes pouvant reproduire certaines propriétés d’entités vivantes (ex. : membrane plasmique), comme l’affirme E.F. Keller (2009, p.335) : « Leduc may or may not have coined the term synthetic biology, but it has been widely noted that his 1912 publication predated current fashion by almost a century ».
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Succès de la première équipe française lors de la competition iGEM de biologie synthétique

Succès de la première équipe française lors de la competition iGEM de biologie synthétique

Bien d’autres projets mériteraient d’être mentionnés, mais il est aisé d’en prendre connaissance sur le « wiki » de la compétition (www.igem.org). En effet, la description des projets est rassemblée sur un site internet dédié qui joue un rôle important dans le processus d’évaluation. La communauté de biologie synthétique se veut ouverte. Partageons nos résultats, échan- geons nos idées mais aussi nos constructions, car un point fort de cette nouvelle approche est de tenter une standardisation des méthodes de construction. Ainsi tout composant en ADN peut être simplement assem- blé avec n’importe quel autre, facilitant les échanges et permettant un processus incrémental de construction. Au début de l’été, chaque équipe reçoit l’ensemble des « Bio-briques » du « Répertoire des composants biologiques standard » situé au MIT. Ces briques sont utilisées par les équipes pour construire des dispositifs, eux-mêmes assemblés en systè- mes. Les équipes doivent en retour envoyer au « Répertoire » tous leurs assemblages ainsi que toute nouvelle brique construite. Ce « Répertoire » grandit pour le moment au rythme de la compétition et compte déjà plus d’un millier d’entrées. Dans un avenir proche, l’équipe du MIT qui s’en occupe espère bien en étendre la portée au-delà d’iGEM.
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Computational protein design : un outil pour l'ingénierie des protéines et la biologie synthétique

Computational protein design : un outil pour l'ingénierie des protéines et la biologie synthétique

Titre : Computational protein design : un outil pour l’ingénierie des protéines et la biologie synthétique Mots clés : modélisation moléculaire, conception de protéine par ordinateur, Proteus, Monte Carlo, domaine PDZ Résumé : Le « Computational protein design » ou CPD est la recherche des séquences d’acides aminés compatibles avec une structure protéique ciblée. L’objectif est de concevoir une fonction nouvelle et/ou d’ajouter un nouveau comportement. Le CPD est en développement dans de notre laboratoire depuis plusieurs années, avec le logiciel Proteus qui a plusieurs succès à son actif. Notre approche utilise un modèle énergétique basé sur la physique et s’appuie sur la différence d’énergie entre l’état plié et l’état déplié de la protéine. Au cours de cette thèse, nous avons enrichi Proteus sur plusieurs points, avec notamment l’ajout d’une méthode d’exploration Monte Carlo avec échange de répliques ou REMC. Nous avons comparé trois méthodes stochastiques pour l’exploration de l’espace de la séquence : le REMC, le Monte Carlo simple et une heuristique conçue pour le CPD, le « Multistart Steepest Descent » ou MSD. Ces comparaisons portent sur neuf protéines de trois familles de structures : SH2, SH3 et PDZ. En utilisant les techniques d’exploration ci-dessus, nous avons été en mesure d’identifier la conformation du minimum global d’énergie ou GMEC pour presque tous les tests dans lesquels jusqu’à 10 positions de la chaîne polypeptidique étaient libres de muter (les autres conservant leurs types natifs). Pour les tests avec 20 positions libres de muter, le GMEC a été identifié dans 2/3 des cas. Globalement, le REMC et le MSD donnent de très bonnes séquences en termes d’énergie, souvent identiques ou très proches du GMEC. Le MSD a obtenu les meilleurs résultats sur les tests à 30 positions mutables. Le REMC avec huit répliques et des paramètres optimisés a donné le plus souvent le
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Application à la biologie synthétique des méthodes et outils de CAO de la microélectronique

Application à la biologie synthétique des méthodes et outils de CAO de la microélectronique

Morgan Madec, Jacques Haiech, Élise Rosati, Abir Rezgui, Yves Gendrault, Christophe Lallement > La biologie synthétique est une science émer- gente dont l’objectif est de créer de nouvelles fonctions biologiques, encore inexistantes dans la nature, à partir des connaissances sur le vivant acquises ce dernier siècle. Jusqu'à peu, les systèmes biologiques synthétiques artificiels étaient de complexité raisonnable. Ce n’est plus le cas aujourd’hui, ce qui a conduit au déve- loppement de nombreux logiciels de conception assistée par ordinateur. Une des voies permet- tant la mise au point rapide et efficace de ces logiciels est l’adaptation d’outils existant déjà dans différents domaines de l’ingénierie, et en particulier la microélectronique. <
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Biologie systémique, biologie synthétique et nanobiotechnologies : le tryptique du XXIe siècle

Biologie systémique, biologie synthétique et nanobiotechnologies : le tryptique du XXIe siècle

La biologie synthétique et la vie artificielle La biologie des systèmes a maintenant des extensions. La première, la « biologie synthétique », a été institutionnali- sée au MIT (Massachusetts Institute of Technology) dans le département des sciences de l’ingénieur au début des années 2000. Elle se fonde sur la conviction que le vivant est trop complexe pour être décrit et modélisé. Il vaut mieux le recons- tituer artificiellement en essayant d’imiter ses fonctions pour appréhender les lois fondamentales de la vie. Ainsi, la biologie synthétique est le mélange parfait du faire et du comprendre et apparaît comme le successeur de la biologie moléculaire et du génie génétique. Elle utilise les trois techniques de base du génie génétique (le séquençage, le clonage et la réaction de PCR) auxquelles elle ajoute trois techniques et concepts issus des sciences de l’ingénieur (la robotisation - miniaturisation et multiplexage - en particulier pour automatiser la synthèse de gènes, la standardisation - pour définir des modules de base réutilisables -, et finalement la simulation pour prédire le fonctionnement d’un système que l’on va construire) afin de créer des systèmes biologiques reconstitués. Cette appro- che a conduit le MIT à lancer une compétition internationale (iGEM) donc nous avons déjà rendu compte et où les équipes françaises sont très bien positionnées [2, 3] .
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Caractérisation du processus d’émergence de la biologie synthétique à partir d’une approche scientométrique

Caractérisation du processus d’émergence de la biologie synthétique à partir d’une approche scientométrique

le rôle de l’entrepreneur institutionnel. Il est assez étonnant de ne pas avoir entendu davantage parler depuis le début de la journée de Craig Venter et de Drew Endy. Cette carte montre en effet à quel point ces deux personnages, extrêmement médiatiques et controversés, ont joué un rôle structurant dans l’émergence de la biologie synthétique. Nous avons déjà présenté le cluster contenant les publications de tra- vaux majoritairement menés par Craig Venter et ses collaborateurs au sein du Craig Venter Institute 1 . Le profil même de ce cluster correspond aux types de recherches et de collaborations menées au sein du Craig Venter Institute. Les recherches encadrées par Craig Venter sont en effet très orientées vers l’obtention de brevets et très liées à l’indus- trie, comme l’illustre le partenariat de l’ordre de $600 millions passé avec Exxon Mobil en 2009, ce qui correspond à un modèle de dévelop- pement assez classique dans le monde des biotechnologies.
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Biologie synthétique et intégrative

Biologie synthétique et intégrative

François Képès Le renouveau de la biologie La biologie entre dans une ère où les percées fondamen- tales viendront des couplages entre théorie et expéri- mentation, et entre efforts analytiques et synthétiques. La biologie moléculaire est née avec l’apport décisif des physiciens, puis s’est institutionnalisée dans les années 1970. Il en va de même du renouveau de la biologie intégrative dans les années 2000. L’actuelle révolution s’annonce de même ampleur que la précédente. Elle bouleverse le processus de la découverte en biologie et l’ingénierie de la biologie. Selon la terminologie inter- nationale, ces deux aspects relèvent respectivement de la biologie systémique et de la biologie synthétique. Peu d’éléments de notre vie échapperont aux consé- quences de cette révolution, de la médecine jusqu’à la production d’énergie en passant par les biomatériaux. L’ampleur de ces bouleversements s’apparentera à celle des sciences de l’information depuis 30 ans ou de la chimie de synthèse un siècle plus tôt.
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L’éradication des maladies infectieuses virales mise en danger par les avancées de la biologie synthétique

L’éradication des maladies infectieuses virales mise en danger par les avancées de la biologie synthétique

La biologie de synthèse en virologie : une puissance créatrice nouvelle La génétique inverse en virologie En 1978, Charles Weissmann, de l’université de Zürich, fit faire un bond à la virologie. Il développa une méthode, dite de génétique inverse virale, sur un virus de bactérie (le bactériophage Qβ) [17]. Ce tra- vail audacieux reposait sur le principe que, si l’information génétique codant un virus était fournie à une machinerie cellulaire, celle-ci devait pouvoir produire les virions, selon les instructions qu’elle avait reçues. Le terme « inverse » vient du fait que ce mode de production virale repose uniquement sur l’information génétique codée dans l’ADN fourni à la cellule, contrairement à ce qui se passe dans la nature, au cours d’une infection où l’ARN du phage est le support de l’information virale. Jusqu’à cette démonstration, la seule manière de produire un virus par des cellules était en effet de les infecter. Ce travail prouvait ainsi qu’il suffisait de traduire l’information génétique codant un virus dans une cellule hôte pour obtenir la production de virions complets et infectieux. Une deuxième étape fut franchie, trois ans plus tard, par David Bal- timore qui étendit cette technique aux « virus eucaryotes », des virus non plus de bactéries, mais susceptibles d’infecter les cellules euca- ryotes, en utilisant le virus de la poliomyélite [18]. Il inséra le génome
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Saurons-nous construire une bactérie synthétique ?

Saurons-nous construire une bactérie synthétique ?

métabolisme. Il décrit la transformation mutuelle de quelques centaines de molécules - réalisables chimiquement - à base d’azote, de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, de phosphore et de soufre selon des règles très précises, dont le rôle est l’édification des composants de base de la cel- lule, la gestion des flux de matière et d’énergie. Au moment de la mort, compartimentation et métabolisme vont disparaître pour ne laisser que des scories. Enfin, le troisième processus spécifique de la vie, bien que construit sur des objets très concrets, est un processus abstrait : il s’agit de l’organisation élaborée d’un permanent transfert d’information, qui permet de construire l’individu à partir d’un programme de construction et de fonctionnement. Ce transfert s’opère autour d’objets chimiques originaux, les acides nucléiques, qui permettent l’exécution d’un ensemble de procédures résumées sous la forme d’un texte symbolique écrit dans un alphabet à quatre lettres, et qu’on appelle le programme génétique. Le plus frappant dans ce couplage entre compartimentation, méta- bolisme et transfert d’information, est que tout se passe comme si il y avait séparation entre les deux premiers et le programme génétique. C’est l’hypothèse implicite qui fonde la Biologie Synthétique. L’ADN peut être considéré comme une suite linéaire de symboles constituant l’algorithme alphabétique, et il est séparable de la cellule (= machine) qui met en œuvre le programme qu’il spécifie. Cette séparation est illustrée par le génie génétique - de fait la première phase de la Biologie Synthétique - qui reposait sur la reprogrammation d’une cellule par des fragments de programmes importés d’ailleurs ou même entièrement artificiels. On remarque alors, qu’au moins de façon superficielle, la cel- lule ressemble à une machine de Turing (voir encadré 1 et Figure 1) .
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Synthétique, vous avez dit « Synthétique » ? - Chroniques génomiques

Synthétique, vous avez dit « Synthétique » ? - Chroniques génomiques

1 On retrouve les initiales de J. Craig Venter… 2 Sauf l’un d’eux, mais avec une multiplication très lente. Le recours à l’expérience Il a donc fallu obtenir des données supplémentaires sur le caractère essentiel ou non de chacun des gènes et, en fait, construire un génome minimum par éliminations succes- sives et non par design a priori. Cela a nécessité de mul- tiples rounds (séries) de mutagenèse par transposon Tn5 (l’un des premiers transposons identifiés), suivis d’ana- lyses détaillées et de synthèse du génome bactérien selon les indications obtenues. Celui-ci est alors transféré dans M. capricolum et l’on peut alors tester sa viabilité et sa croissance. Il est indiqué dans l’article que le cycle com- plet (du design à la bactérie) peut maintenant être réalisé en trois semaines, ce qui est remarquable si l’on songe qu’il inclut notamment la construction d’un ADN circulaire de 500 kilobases environ à partir d’oligonucléotides longs de 50 bases. Cela implique de multiples étapes, avec assem- blages successifs, clonage des fragments intermédiaires dans E. coli ou dans la levure, vérifications de séquence… Et ce n’est qu’une des étapes à réaliser en trois semaines. Au cours de ces essais, il s’est avéré notamment que certains gènes catalogués comme « non essentiels », car n’altérant pas la viabilité lorsqu’ils étaient interrompus par un transposon, étaient en fait indispensables - mais qu’un autre gène pouvait suppléer leur fonction. Si les deux gènes sont inactivés (ou absents), la cellule n’est plus viable… Finalement, et sans rentrer dans les détails, l’équipe de Venter est arrivée à un jeu « approximative- ment minimal » de gènes en testant, par différentes voies expérimentales, lesquels pouvaient être éliminés sans altérer la viabilité du produit final. Même si le chromosome bactérien est à chaque fois obtenu par synthèse, on est donc assez loin du rêve de la biologie synthétique tel qu’il est formulé au début de cette chronique. Le produit final, baptisé JCVI-syn3.0, possède un génome de 531 kilobases portant 473 gènes ; il a un temps de doublement en culture de trois heures (contre une seule pour JCVI-syn1.0 et seize pour M. genitalium) et une morphologie assez proche de celle de son « parent » syn1.0.
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Quel futur pour la biologie cellulaire ?

Quel futur pour la biologie cellulaire ?

cellulaire dans l’espèce humaine [1] , les deux espèces appar- tenant au même super-clade ; l’analyse de propriétés essen- tielles à la morphogenèse animale, telles que mécano-sen- sibilité, adhérence ou motilité cellulaire, réclamera d’autres modèles unicellulaires. Face aux défis intellectuels que pose l’« objet cellule », une biologie cellulaire évolutive s’impose. Un exemple : seuls trois lignages ont produit des organismes complexes tels que plantes, champignons et animaux. Et seuls les animaux forment des organismes cohésifs de cellules issues de divisions complètes. On ne peut espérer comprendre ces dif- férentes transitions vers la multi-cellularité qu’au niveau cel- lulaire. Il se trouve que la biologie évolutive post-génomique
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Biologie des nappes phréatiques

Biologie des nappes phréatiques

constantes les reserves en eau souterraine. De ce fait, les techniques de recharge artificielle apparaissent souvent necessaires et sont de plus en plus utilisees. De[r]

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Analyse didactique de l’épreuve de biologie de biologie aux baccalauréats C et D de 1970 à 1985 au 1985

Analyse didactique de l’épreuve de biologie de biologie aux baccalauréats C et D de 1970 à 1985 au 1985

l'enseignement de la Biologie son caractère livresque et dogmatique, et n'étaient pas parvenues à le hisser au même niveau que celui traditionnellement attribué au[r]

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Sport et Biologie Clinique

Sport et Biologie Clinique

• Risques associés à la pratique intensive du sport évoluent selon une courbe en « J »  ratio bénéfice/risque diminue avec.. l’intensité de la pratique sportive.[r]

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Ariane: dispositif de fouille et de lecture synthétique de textes

Ariane: dispositif de fouille et de lecture synthétique de textes

Ariane: dispositif de fouille et de lecture synthétique de textes RNTI - 1 F IG . 1 – Architecture générale du système Le processus d’étiquetage dans Textolab est incrémental et permet de localiser, grâce à des heuristiques, des patrons sous forme de chaînes de caractères, d’expressions régulières ou de métadonnées (annotations existantes). Les règles sont déclaratives et ordonnables selon la priorité. Chaque règle procède à la désambiguïsation des marqueurs identifiés, par des indices contextuels confirmatifs qui valident l’annotation, ou par des indices infirmatifs qui annulent l’annotation en cours. Lorsque toutes les conditions sont satisfaites, au moins une des étiquettes suivantes est attribuée au passage textuel concerné: modalité, polarité, intensité. Cette procédure prend en compte le traitement de la négation, de l’interrogation et du mode hypothétique.
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Chion, Michel (1947-) : présentation synthétique des écrits

Chion, Michel (1947-) : présentation synthétique des écrits

Chion, Michel (1947-) : présentation synthétique des écrits Compositeur, journaliste et essayiste, réalisateur de court-métrages, chercheur, Professeur, Michel Chion est l’auteur de plus de 25 monographies publiées pour l’essentiel par de grandes maisons d’édition françaises (Fayard, Les Cahiers du Cinéma, Bordas, Puf, Buchet/Chastel, Nathan, Armand Colin, Flammarion) et plus rarement chez des éditeurs plus confidentiels, spécialisés dans des domaines spécifiques (Metamkine pour le domaine de la musique électroacoustique; les édi- tions de la Transparence, Plume). Docteur en littérature contemporaine (avec une thèse sur André Gide) en 1970, Chion se distingue, par son importante production d’écrits, de la majorité des compositeurs de musique concrète, élec- troacoustique ou acousmatique — à l’exception de son maître Pierre Schaeffer. Le parallèle entre Michel Chion et le profil de compositeur/théoricien de Pierre Schaeffer est essentiel quant à son goût pour l’écriture, à l’instar de François- Bernard Mâche (normalien et helléniste réputé, co-fondateur avec Pierre Scha- effer du GRM [Groupe de Recherches Musicales]) ou, dans une moindre mesure, du compositeur François Bayle, successeur de Pierre Schaeffer à la tête de l’INA- Grm. Notons que Michel Chion a été l’assistant de Pierre Schaeffer au Conser- vatoire de Paris, ce dernier qualifiant d’ailleurs Michel Chion d’“élève-maître” (Préface de Pierre Schaeffer au Guide des Objets sonores, p. 9).
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Un indicateur synthétique d'évaluation d'un programme d'investissements

Un indicateur synthétique d'évaluation d'un programme d'investissements

Un programme d’investissements s’appuie généralement sur les évaluations socio-économiques et financières des projets candidats. Il peut y avoir, cependant, de multiples raisons pour que le choix et l’ordre de réalisation des projets ne soient pas optimaux : des circonstances particulières qui retardent les meilleurs projets, des initiatives politiques qui favorisent les moins bons ou, plus généralement, l’efficacité du lobbying dont bénéficie tel ou tel projet. On aboutit alors à un programme réel d’investissement différent du programme optimal désigné par les indicateurs d’évaluation. L’objet de cet article est de proposer un indicateur synthétique d’efficience du programme réel, permettant, en particulier, d’évaluer la perte de valeur par rapport à une programmation optimale.
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Un siècle de biologie de synthèse

Un siècle de biologie de synthèse

22 m/s hors série n° 2, vol. 29, mai 2013 Dans les années 2000, les techniques de l’ADN recom- binant furent dépassées à leur tour, et considérées comme insuffisamment basées sur des principes d’ingénierie. Le but n’était pas celui d’un créateur démiurge aux ressources illimitées et au pouvoir presque divin, mais celui de projets d’ingénierie défi- nis, conçus sur la base de budgets et de contraintes réalistes. Il ne s’agissait plus simplement de faire marcher quelque chose, mais de comprendre pourquoi, prédire ses fonctions, le modéliser, le standardiser et le distribuer - conduire les biotechs dans l’intérêt du public, sauver le monde par la promesse de nouvelles solutions synthétiques, industrialiser et commerciali- ser, ou encore s’y adonner seul dans son garage. Malgré toutes les évolutions de la biologie de syn- thèse, l’objectif d’atteindre une « technologie de la matière vivante », que nous décrivons volontiers aujourd’hui comme « la biologie comme une techno- logie », semble avoir perduré. Il semble que chaque génération doive se débrouiller par elle-même pour découvrir ce que veut dire la biologie de synthèse et comment la mener. ‡
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Pour une biologie moléculaire darwinienne

Pour une biologie moléculaire darwinienne

notypes issus des variations aléatoires du génotype. Le génotype est donc sélectionné « indirectement » par l’intermédiaire du phénotype associé [4] . La théorie synthétique peut être décrite par le « gène égoïste » de R. Dawkins : c’est le gène qui est l’objet de la sélection naturelle, associé à ses « extensions » phénotypiques

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