HISTOIRE DE LA BIOLOGIE MOLÉCULAIRE

LE GÉNIE GÉNÉTIQUE : LE CLONAGE ET LES GÈNES EN ÉPROUVETTE

Le génie génétique est l'ensemble des technologies utilisées pour agir directement sur les gènes de façon à pouvoir les étudier in vivo en les transférant d'une cellule à l'autre, ou in vitro, grâce aux techniques de ce que l'on appelle l’ADN recombiné, qui permettent d’obtenir des « gènes en éprouvette ».

Dans des conditions particulières, par exemple dans l'œuf fécondé, la fusion des noyaux de deux cellules d'espèces différentes peut mener à la réalisation de chimères, des embryons contenant un mélange des caractères héréditaires des deux espèces de départ. Une variante de cette technique consiste à insérer le noyau isolé d'une cellule somatique (soma) dans un œuf auquel on a soustrait le noyau. Cette expérience, réalisée pour la première fois par J. B. Gudron en 1968, a été à l'origine de certaines recherches, et de nombreux débats, sur la possibilité de « cloner » des individus, c'est-à-dire de reproduire intégralement les caractères d'un organisme adulte dans un œuf auquel on a soustrait le noyau. Le développement d'un œuf de ce genre produirait un individu génétiquement identique à l'individu originaire.

Les techniques de fusion nucléaire ont permis la création de cellules hybrides - les hybridomes - formées d'un plasmocyte tumoral et d'un lymphocyte. Les cellules en question héritent du lymphocyte la capacité de produire un certain type d'anticorps, et du plasmocyte la caractéristique de se reproduire en grande quantité. De cette façon, il est possible d'obtenir des quantités virtuellement illimitées de n'importe quel anticorps (technique des anticorps monoclonaux).

L'autre type de technique, plus caractéristique du génie génétique, est celle de l'ADN recombiné. Elle consiste à fragmenter les molécules d'ADN au moyen d'enzymes de restriction et à relier les fragments obtenus (contenant les gènes que l'on veut reproduire) à d'autres molécules d'ADN en utilisant une enzyme appelée ligase. On obtient ainsi des vecteurs d'ADN capables de transporter de l'ADN dans les cellules où a lieu leur réplication. De cette façon, on peut obtenir des segments reproductibles et constants à partir de l’ADN d'une espèce donnée, qui peuvent être utilisés pour d’autres expériences.

Pour couper l'ADN en certaines zones déterminées, l'action des enzymes de restriction est nécessaire. La première de ces enzymes fut isolée par deux microbiologistes américains, Hamilton O. Smith (1931) et Daniel Nathans (1928), en 1970. La première molécule d'ADN recombiné obtenue par cette technique a été réalisée à la Stanford University en 1972. Depuis, plusieurs succès ont été obtenus dans les domaines industriel et pharmacologique. En 1982, on a commencé à produire industriellement de l'insuline, des enzymes et certaines hormones à effet thérapeutique, ce qui a permis d'en réduire sensiblement le coût.

Le développement du génie génétique a permis de disposer d’instruments révolutionnaires pour l'étude du génome des organismes supérieurs. On a pu appliquer aux plantes et aux animaux (y compris à l'homme) les méthodes de la manipulation génétique des micro-organismes. Ces résultats ont permis un renouveau spectaculaire de la recherche.

Mais de façon concomitante, des inquiétudes sont apparues concernant les risques d'une manipulation incontrôlée du patrimoine héréditaire, dont pourraient naître des organismes inconnus ou des agents pathogènes nouveaux. C'est pour cette raison qu’en 1975, plusieurs spécialistes réunis à Asilomar, en Californie, ont décidé de formaliser les règles d’éthique à respecter dans les expériences sur l'ADN recombiné. L'année suivante le National Institute of Health américain a interdit différents types d'expériences. On s’est aperçu ensuite que les risques de manipulation avaient été exagérés. La communauté scientifique a décerné, en 1978, le Prix Nobel de médecine à Nathans et à Smith pour la découverte et l'utilisation des enzymes de restriction, et, en 1980, le Prix Nobel de chimie à Frederick Sanger (1918) pour le développement de nouvelles techniques de séquençage.

LA STRUCTURE DISCONTINUE DE L'ADN

L'un des résultats les plus surprenants obtenus dans les dernières décennies par la biologie moléculaire a été la démonstration selon laquelle l'organisation génétique des organismes supérieurs est très différente de celle des Bactéries. Tandis que chez les Bactéries la structure du chromosome est linéaire et continue (génome des Procaryotes), chez les organismes supérieurs les gènes sont fragmentés, interrompus par de longues séquences de bases non codantes (génome des Eucaryotes). Durant le processus de transcription, ces parties sont ignorées et l'unité du message est rétablie. En 1978, Walter Gilbert (1932-1982) a proposé une nouvelle terminologie, appelant exons les séquences de nucléotides qui font partie du gène et sont ensuite transcrites dans l'ARNm, et introns les parties non codantes ou « silencieux » du génome. À la transcription initiale succède donc une scission de la séquence de nucléotides qui composent l'ARNm. Certains traits de la molécule sont éliminés (les séquences complémentaires aux introns), tandis que d'autres traits sont à nouveau associés entre eux (les séquences correspondant aux exons), pour former à nouveau l'intégrité du message génétique.

En outre, un parallèle fut établi entre les introns et les gènes appelés « gènes sauteurs », capables de changer de position sur la carte génétique. Cela signifie que les introns seraient capables de se déplacer sur les chaînes d'ADN, quittant un gène pour se placer dans un autre.

Les gènes sauteurs - connus à présent sous le nom de transposons - furent décrits par Barbara McClintock (1902) dès les années 40. Cette géniale généticienne américaine, qui a passé une grande partie de sa vie scientifique dans le Cold Spring Harbor Laboratory, était parvenue, au cours de ses études génétiques sur le plant de maïs, à la conclusion qu'il existait des éléments génétiques en mesure de modifier le comportement de gènes adjacents. Mais ce qui était surprenant, c’est que ces éléments semblaient disparaître de l’endroit où ils se trouvaient auparavant pour réapparaître autre part. Même si les recherches de Barbara McClintock ne rencontrèrent aucune forme d'ostracisme de la part de la communauté scientifique, elles ne reçurent pas l'attention qu'elles méritaient. À cette époque, on concevait le génome comme une structure fixe, et l'idée que les gènes puissent « sauter » semblait tout à fait curieuse. Au cours des années 60, toutefois, des éléments présentant ces caractéristiques furent identifiés de façon claire dans les Bactéries, et Barbara McClintock, à laquelle fut décerné le Prix Nobel, reçut les honneurs qu'elle méritait.

L'introduction de la notion d'éléments génétiques mobiles et d'ADN silencieux a profondément modifié les représentations de la biologie moléculaire. L'ADN a perdu la rigidité qu'il semblait avoir jusque-là, et cela a conduit, entre autres, à une nouvelle interprétation des théories concernant l'évolution génétique. En effet, les reconstructions des lignes évolutives fondées sur le nombre des gènes ou sur la quantité d'ADN ont été profondément révisées, étant donné qu'une plus grande quantité d'ADN n'entraîne pas une augmentation linéaire proportionnelle du nombre de gènes.