l'histoire de l'héridité
Avec la seconde guerre mondiale, et surtout après elle, se met en place une nouvelle tendance par des avancées majeures dans le domaine des connaissances scientifiques (biochimie des protéines, enzymologie, voies métaboliques, biologie moléculaire, génie génétique…)
En 1902, Garrod découvre que la transmission d’une maladie humaine, l’alcaptonurie (une anomalie d’excrétion, affectant le métabolisme de la tyrosine et de la phénylalanine) se fait en accord avec les lois mendéliennes, et que cette maladie est liée à l’absence d’une enzyme dans le sérum des patients. Il est le premier à entrevoir le lien fondamental entre biochimie et génétique: le phénotype est de nature chimique, et ce sont les protéines qui en sont le support. Cette intuition fondamentale reste malheureusement non démontrée, car il s’agir d’une maladie rare et la collecte des statistiques nécessaires serait beaucoup trop long.
Il faut donc attendre que l’étude soit menée sur un système plus simple, et surtout au cycle de reproduction plus court, pour pouvoir apporter une preuve. Mais malgré sa et jusqu’aux années 40, on admit que les protéines étaient le support de l’hérédité. Cependant en 1941 L’expérience de Beadle et Tatum démontre donc la relation univoque (vision simpliste) entre un gène et une protéine responsable d’une activité catalytique (sans savoir la nature réel de gène). Ils travaillent sur une moisissure, Neurospora crassa, facilement cultivable sur un milieu artificiel. On sait depuis Muller (1927) induire des mutations par exposition aux rayons X. Par irradiation, Beadle et Tatum obtiennent donc des mutants incapables de se développer sur ce milieu minimal, mais qui poussent sur un milieu complémenté avec tel ou tel métabolite. Après exposition aux UV de Neurospora crassa, ils isolent des souches mutantes (que l'on qualifierait d'auxotrophes) de N. crassa qui ne se développent pas sans apport supplémentaire d’arginine (un acide aminé qu'elles sont d'habitude capables de synthétiser).Plusieurs souches sont obtenues pour lesquelles l'apport d’arginine peut être remplacé par celui d’ornithine ou encore de citruline. Ces souches sont ensuite croisées entre elles. La fécondation de deux souches donne des mycéliums qui possèdent la même déficience métabolique que les souches croisées.
Si les mutations sont situés dans des gènes différents (mais qui conduisent au même phénotype), les déficiences peuvent se compenser (les étapes métaboliques se complètent ou se complémentent) et l'on peut obtenir un mycélium qui ne présente plus de déficience apparente. Donc sont des souches qui sont auxotrophes à l’arginine. Mais chacune présente une mutation dans un gène spécifique puisque toutes complémentent. L’ensemble de ces observations aboutit donc à la conclusion que les gènes contrôlent la synthèse des enzymes, et que chaque protéine est codée par un gène différent et par suit la notion « gène – protéine ».
Un peu avant en 1928, Fred Griffith découvre le phénomène de "transformation": une Co-injection chez une souris de pneumocoques non pathogènes (R) et de pneumocoques virulents (S) mais tués préalablement entraîne la mort de l’animal. Les pneumocoques non pathogènes sont ainsi transformés par un facteur issu des pneumocoques virulents morts.
Il a fallu attendre l’expérience d’Avery en 1944 pour arriver à la purification du facteur transformant. Au lieu de Co-injecter les pneumocoques non pathogènes et les pneumocoques virulents morts, il a injecté indépendamment avec les pneumocoques non pathogènes des éléments purifies de la souche virulents, chaque une à part, et il a remarqué que celle qui est Co-injecté avec l’acide désoxyribonucléique devient mortelle. Qui aboutit au résultat suivant: ce n’est pas une protéine, mais un acide désoxyribonucléique (ADN), mettant ainsi en évidence « La nature chimique des gènes » décrite par les expériences de Beadle et Tatum et ainsi le rôle de l’ADN comme support de l’information génétique.
Cependant, selon Takahashi (1932), l’ADN est alors considéré comme un homopolymère dont l’élément de base serait ATGC, l'ADN n'est qu'une molécule simple, Malgré une accumulation croissante de preuves jusqu'au début des années 50, la communauté scientifique n'a pas accepté facilement que l'ADN puisse être le support de l'hérédité, et donc incapable de véhiculer une information complexe et semble donc beaucoup trop rudimentaire pour être le support de l’information génétique. On ne peut pas donc affirmer désormais qu'un gène est une portion d'ADN…
Mais après les travaux d’Erwin Chargaff (1950) (qui avaient montré que pour toute molécule d’ADN, le nombre de molécules d’adénine est égal au nombre de molécules de thymine, et que celui de cytosine est égal à celui de guanine) et l’analyses en microscopie électronique, qui avaient montré que le diamètre de la molécule d’ADN est de 20Å, ce qui suggérait que cette molécule comportait deux chaînes de désoxyribose-phosphate. Et enfin, les clichés de diffraction aux rayons X de l'ADN réaliser par Rosalind Franklin dans la fin des années 40 ,
Watson et Crick en 1953 élaborent successivement plusieurs modèles moléculaires et proposer une structure qui satisfasse à l'ensemble des données cristallographiques et biochimiques alors disponibles : deux brins constitués des groupements phosphates et des sucres forment une double hélice où les orientations de chacun des brins sont opposées. Sur les sucres de chacun des deux brins sont liées les bases azotées, chaque base d'un brin étant maintenue en vis-à-vis d'une base de l'autre brin par des liaisons hydrogène. Une cytosine fait toujours face à une guanine, et une adénine à une thymine. Les deux brins d'une molécule d'ADN sont dits complémentaires. Et suggèrent aussi un mécanisme qui permet à la molécule de se reproduire et de servir pour transmettre l’information génétique qui a réglé le problème posé avant de la structure homopolymère.
On peut donc affirmer désormais qu'un gène est une portion d'ADN de séquence spécifique qui code pour la synthèse d'une molécule fonctionnelle…
Référence :
- M. Morange. Histoire de la Biologie Moléculaire. Paris, 1994.
- B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and J.D. Watson. Molecular Biology of the Cell, 3rd. Garland Publishing Inc., New-York, 1994.
- Avery O. T., MacLeod C. M., Mac Carthy M., 1944, Studies on the chemical transformations of pneumocccocal types, J. Exp. Med., 79, 137 – 158
- Chargaff, E. (1950) Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation. Experientia 6, 201.
- Klug, A. (1968) Rosalind Franklin and the discovery of the structure of DNA. Nature 219, 808-844
- Watson J.D. (1984) La double hélice, Hachette/Pluriel
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