Décoder l'ADN

Contexte historique

La découverte de la structure de l'ADN par Watson, Crick et Franklin en 1953 laisse entière la question de savoir comment l'acide désoxyribonucléique code l'information héréditaire, alors même qu'une série de travaux converge en ce sens. Avant cette date, les protéines, molécules constituées d'une combinaison de 20 acides aminés, semblent des porteurs complexes plus adaptés que l'ADN, composés seulement de 4 acides nucléiques (cf. La chimie du vivant : réflexions sur l'ADN).

Plusieurs étapes sont nécessaires pour comprendre comment l'ADN conserve l'information du vivant. Une première étape est franchie avec les travaux de George Beadle et d'Edward Tatum. Ils confirment de façon rigoureuse l'hypothèse avancée en 1902 par Archibald Garrod, selon lequel la mutation d'un gène entraînait la modification de l'activité d'une cellule. En travaillant sur une bactérie, la Neurospora, ils établissent que la modification d'un gène, qu'ils obtiennent par la radiation de la bactérie, conduit à la suppression d'une enzyme responsable de la croissance cellulaire. Ils en concluent que les gènes codent pour l'expression des enzymes produites par les cellules. Après la découverte de la structure tridimensionnelle de l'ADN, Francis Crick poursuit ses recherches et se demande comment l'ADN localisé dans le noyau code pour l'expression des enzymes ou les protéines du cytoplasme. Il pose alors l'hypothèse du "Dogme central", selon lequel il doit exister un intermédiaire entre l'ADN et la protéine. Selon lui, l'ARN pourrait fort bien jouer ce rôle. De structure fort similaire à l'ADN, il présente des différences notables : localisé dans le cytoplasme, il n'est formé que d'un seul brin.

Intéressant depuis longtemps la question de la synthèse des protéines, les travaux de Paul Zamecnik démontrent dès 1953 que les différents composants d'une cellule suffisent à la synthèse des protéines. En marquant les acides aminés de manière radioactive, pour suivre le processus de synthèse, l'équipe de Zamecnik met en évidence des structures de la cellule jusque là inconnues : l'ARNr "ribosomial" qui porte la synthèse de la protéine et l'ARNt "de transfert", qui fixe un acide aminé et favorise sa liaison, avant de le transporter vers l'ARNr. Restait à savoir quel était l'intermédiaire entre l'ADN et l'ARNt. En 1960, à partir de travaux portant sur la mutation des bactéries, Sydney Brenner, Matthew Metelson et François Jacob mettent en évidence une troisième structure d'ARNm dit "messager", qui portent le code de l'ADN.

Les travaux de Marshall W. Nirenberg sont alors décisifs pour comprendre comment est codé l'ADN. En partant de l'hypothèse que pour fabriquer, à partir de 4 bases azotées A, C, G, T, les 20 acides aminés des protéines, ils supposent qu'un tel code, s'il existait, s'appuierait sur des séries de 3 lettres-acides nucléiques (ce qui permet 64 combinaisons) ; en effet, un code basé sur 2 lettres ne permet que 16 combinaisons. A partir de cette hypothèse de travail, Nirenberg et Heinrich Matthei mettent en évidence progressivement comment chaque codon de 3 acides nucléiques conduit à la synthèse d'une protéine constituée d'un seul type d'acide aminé. Leur étude se voit complétée par plusieurs chercheurs. Ainsi, on trouve que plusieurs codons codent pour le même acide animé. D'autres ne codent pour rien : dans la structure du gène, ils indiquent le début ou la fin du gène à coder.

En récompensant une série de chercheurs relativement jeunes, qui s'attachent tous à la question du codage génétique, la fondation Nobel donne pour de nombreuses années les directions que doit suivre la recherche en biologie. De nombreuses équipes suivent la voie tracée et approfondissent la compréhension de la fabrication chimique du vivant. François Jacob, André Lwoff et Jacques Monod sont récompensés en 1965 pour leurs travaux qui établissent, à partir de l'étude de bactéries contaminés par un phage, que le codage génétique obéit à des gènes opérants, qui coordonnent l'activité de l'ARNm. L'information du vivant est ainsi hiérarchisée.

Bibliographie :

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

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 de François Jacob, André Lwoff et Jacques Monod en 1965 pour faire le bilan des recherches en biologie moléculaire. Le magazine " Visa pour l'avenir " est une émission de vulgarisation, réalisée par Igor Barrère et Jean Lallier entre 1962 et 1967, qui propose de présenter des découvertes scientifiques et leurs implications pour la société contemporaine.

Dans le documentaire, qui présente de façon très claire les derniers résultats de la biologie moléculaire, le scénario fait usage de différents supports pédagogiques : schémas, maquettes (double hélice), animations. Toutefois, l'essentiel du message est porté par la figure du chercheur et du professeur (François Jacob). La mise en scène de l'enseignant et de ses attributs (tableau noir et craie) redouble ainsi le propos éducatif du magazine.