La chimie de la vie : réflexions sur l'ADN

Contexte historique

En 1962, deux prix Nobel sont décernés concernant tous deux la question de l'information du vivant. Le prix Nobel de chimie sanctionne les travaux de Max Perutz et de John C. Kendrew pour "leurs études de la structure des protéines globulaires". Le prix Nobel de physiologie et de médecine est, quant à lui, accordé au biologiste James Watson, à Francis Crick, biochimiste, et à Maurice Wilkins, physicien, pour leurs travaux sur la structure de l'ADN, soit "leur découverte concernant la structure moléculaire des acides nucléiques et son importance concernant le transfert d'information dans les systèmes vivants".

Ces prix Nobel consacrent la collaboration entre disciplines, longtemps distinctes : physique, chimie et biologie. La question de la transmission de l'information dans le vivant est en partie résolue au XIXe siècle par les travaux de Gregor Mendel (1822-1884), qui met en évidence des phénomènes d'hérédité à partir de travaux sur l'hybridation des pois (1866). Ses résultats mettent en évidence que les caractères héréditaires sont transmis au descendant par chaque parent, et ce, de façon aléatoire. Ces travaux sont complétés par ceux de T. H. Morgan (prix Nobel de médecine en 1933) qui, grâce aux méthodes statistiques et à la microscopie met en évidence chez la Drosophile, mouche du vinaigre, le rôle des chromosomes, structures particulières des cellules à noyau (Eucaryotes), dans la transmission des caractères héréditaires : les "gènes" sont portés par les chromosomes à des emplacements fixes. A partir de 1944, des travaux menés à l'Institut Rockefeller mettent en évidence le rôle spécifique d'une macromolécule, l'acide désoxyribonucléique, dans la transformation d'une souche de bactérie normale en une souche pathogène.

Toutefois, la discussion est vive pour savoir si l'ADN est porteur unique de l'hérédité. En effet, dans les années 1920, le biochimiste Phoebus A. Levene établit que la molécule est un assemblage de molécules plus simples nommées nucléotides. Les nucléotides sont eux-mêmes formés par l'assemblage d'un acide phosphorique, d'un sucre - le désoxyribose - et d'une base azotée qui peut exister sous quatre formes : thymine, cytosine, adénine ou guanine (symbolisées par leurs initiales T, C, A et G). La structure établie par Levene, selon laquelle les nucléotides s'enchaînent par des liaisons sucre-phosphate disposés de façon régulière, semblait trop simple pour comporter de l'information héréditaire, comparée aux protéines, plus complexes. C'est pourtant du côté d'une meilleure compréhension de la molécule elle-même que les recherches s'avèrent fructueuses. Erwin Chargaff, Autrichien ayant émigré aux USA en 1934, directeur d'un laboratoire de biochimie, décide après la guerre de se consacrer à l'étude des acides nucléiques. C'est le premier à montrer le caractère spécifique de l'ADN. Grâce à des travaux utilisant la chromatographie sur papier, il montre en 1950 que le rapport des quantités d'acides nucléiques, A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée : l'ADN est donc porteur d'une certaine spécificité et par conséquent susceptible de contenir une information. Chargaff montre par ailleurs que le rapport C/G ou A/T est à l'inverse constant et quasiment égal à 1 chez toutes les espèces étudiées. Cette dernière observation sera déterminante pour l'élaboration du modèle de la structure de l'ADN. La structure en double hélice de l'ADN est élucidée par Watson et Crick en 1953. Les deux chercheurs disposent alors des éléments suivants : (i) la composition chimique de l'ADN ; (ii) les clichés de diffraction aux rayons X d'ADN cristallisé, clichés dus principalement à Rosalind Franklin et Maurice Wilkins du King's College (Londres). Ces clichés montrent une figure en croix, caractéristique des structures en hélice ; (iii) les travaux de Erwin Chargaff, qui avaient montré que pour toute molécule d'ADN, le nombre de molécules d'adénine et de thymine est égal à celui de cytosine et de guanine ; (iv) les analyses en microscopie électronique, qui avaient montré que le diamètre de la molécule d'ADN est de 20 angströms, ce qui suggérait que cette molécule comportait deux chaînes de désoxyribose-phosphate.

L'année 1962, qui voit le couronnement de la biologie moléculaire et des recherches sur la structure de l'ADN, le prix Nobel de la paix est décerné à Linus Pauling, chimiste consacré déjà en 1954 "pour ses recherches sur la nature du lien chimique et son application à l'élucidation de la structure des substances complexes" : est alors récompensé son engagement dans la lutte contre les essais d'armes nucléaires, leur diffusion, leur utilisation, et contre l'usage de la force armée dans la résolution des conflits internationaux. Pauling développe également l'idée que les radiations transforment brutalement le patrimoine génétique, car en effet, dès 1927 et les travaux d'Hermann Müller, élève de T. H. Morgan, on sait que les radiations induisent des mutations génétiques. Pauling, largement reconnu pour ses travaux, un temps accusé de communisme pendant le maccarthysme, fut également à l'origine de la découverte de l'anémie falciforme - pathologie des globules rouges - et de la mise en évidence du caractère génétique de cette pathologie.

Bibliographie :

Jean-Paul Gaudillière, Inventer la biomédecine. La France, l'Amérique et la production des savoirs du vivant (1945-1965 ), Paris, La Découverte, 2002.

James D. Watson, La Double hélice : compte rendu personnel de la découverte de la structure de l'ADN, Paris, Robert Laffont, 1968.

Site internet :

"Il était une fois l'ADN", site éducatif traduit par l'Université de Genève

Éclairage média

Le documentaire trouve prétexte de la remise du prix Nobel de médecine aux travaux sur la structure de l'ADN pour faire le bilan des recherches en biologie moléculaire. Le magazine " Visa pour l'avenir " est une émission de vulgarisation, réalisée par Jean Lallier entre 1962 et 1967, qui propose de présenter des découvertes scientifiques et leurs implications pour la société contemporaine. Le parti pris, ici, n'est pas d'expliquer la découverte scientifique, mais d'en privilégier le sens philosophique. Ainsi, le document met en en scène des "appareils qu'[il s]e content[e] de montrer à défaut d'en expliquer le fonctionnement".

Exposant tour à tour des images des extraits de molécules, d'appareils de spectroscopie fournissant des clichés de diffraction de la molécule dont la forme caractéristique indique que la molécule est hélicoïdale, le documentaire reprend des images du montage du modèle de Crick et Watson, dont l'esthétique a contribué à la diffusion rapide de la découverte. Les vues en contre-plongée sur la maquette, doublée d'un commentaire qui insiste sur la taille immense de la molécule et son caractère harmonieux contribue encore à véhiculer la fascination de la découverte. Dernière séquence du scénario, l'interview du biologiste Jean Rostand tire les conséquences intellectuelles et philosophiques des recherches en biologie moléculaire. Le choix de Jean Rostand s'explique par la grande renommée du biologiste.

Depuis l'immense succès de son ouvrage Les Chromosomes, artisans de l'hérédité et du sexe (1928) a mené, en parallèle de son oeuvre littéraire et scientifique, une grande activité de vulgarisateur. Ses travaux scientifiques ont essentiellement porté sur les amphibiens ainsi que sur certaines de leurs pathologies génétiques. A son oeuvre de vulgarisation imprimée, il ajoute à partir des années 1960 une réflexion morale sur la biologie et sur l'homme. Soucieux de poursuivre l'instruction scolaire par d'autres voies, il fut un des interlocuteurs privilégiés de l'ORTF jusqu'à sa mort en 1977.