Dans le monde vivant, on catégorise principalement quatre grands types de familles de molécules à partir desquelles l’ensemble des êtres vivants sont construits : les acides nucléiques, les acides aminés, les acides gras et les glucides (savamment appelés les oses) structurent les végétaux, les animaux, les bactéries… et même les virus sont composés de ces éléments. Ce sont des briques élémentaires, comme des legos, des kaplas, des ingrédients de base des organismes vivants.
DNA_ Naturalis Leiden_ Erik Schepers
Quand on parle de génétique, on s’intéresse avant tout aux acides nucléiques. Et oui, ADN signifie Acide DésoxyriboNucléique. Vous avez déjà entendu l’acronyme « ARN » ? Ça signifie en fait Acide RiboNucléique. Selon les organismes, des milliers, des millions, des milliards de ces briques – qui comportent chacune plus ou moins une douzaine d’atomes d’hydrogène, une dizaine d’atomes de carbone, une demie douzaine d’atomes d’azote et autant d’oxygènes – sont assemblées en macromolécules, linéaires ou circulaires, plus ou moins longues selon les organismes. Ces séquences d’acides nucléiques, propres à chacun.e, sont contenues dans chacune des cellules d’un être vivant et forment ce que l’on appelle le génome : l’ensemble du matériel génétique, des gènes, d’un individu.
La génétique et l’hérédité
Mais alors, pourquoi est-ce qu’on s’intéresse tant à ces molécules ?
Le mot génétique vient du grec genno γεννώ, « donner naissance ». Cette branche de la biologie étudie la transmission des caractères héréditaires entre les géniteur.rice.s et leur descendance. Depuis plusieurs décennies, on a découvert que ce sont fondamentalement les gènes, ces séquences d’ADN plus ou moins longues, qui « portent » ces caractères. C’est pourquoi on utilise le mot génotype pour désigner l’ensemble des caractères génétiques d’une personne.
L’humanité est donc capable depuis peu d’expliquer comment les agneaux d’une même portée peuvent présenter des caractères communs à papa et maman mouton (on dit bélier et brebis en langage séxué 😉, et aussi certaines différences flagrantes ! En biologie, on utilise le mot phénotype pour parler de l’ensemble des caractères observables (apparents, visibles) d’un organisme ou d’un individu.
Mais alors, ce que l’on voit dans le miroir, notre phénotype, est-il uniquement du à notre génotype ?
Des lois, des règles de transmission ?
C’est un peu la fameuse question de la poule et de l’oeuf ! D’où nous vient la forme de l’oeuf ? La longueur et la couleur du bec, de la crête ? La couleur des yeux de la poule (ou du coq !) ? Est-ce le génome qui s’exprime ? Ou alors le milieu de vie, l’environnement qui impacte ces caractères ? Est-ce l’environnement des ancêtres qui a impacté leur génome avant de le transmettre aux générations suivantes..? Bref, d’où ça vient ?!
Vous avez peut-être déjà entendu parler d’un monsieur, Gregor Mendel, qui a travaillé avec des petits pois de toutes les couleurs, jetant ainsi les bases de la génétique moderne !
Les études en génétique nous permettent de distinguer de mieux en mieux ce qui relève de l’inné (transmis de façon héréditaire, présent « dès le départ ») de ce qui relève de l’acquis (par apprentissage ou par accident, par exemple). Ces deux catégories ne s’excluent pas attention ! Il y a toujours une part génétique et une part environnementale dans l’affaire. Des organismes et leurs génomes en interaction avec un environnement. Il n’est en effet pas si simple d’expliquer à la fois la transmission des caractères au cours des générations et la formation de ces mêmes caractères au cours du développement.
Vous vous rappelez vos cours sur la reproduction ? Monsieur le spermatozoïde qui toque chez Madame l’ovule ? Pas toujours le bon tempo pour parler sciences et philosophie. Et pourtant il faudrait… Déjà parce qu’il y a dans la nature des espèces et des organismes avec des types et des cycles de reproductions extrêmement diversifiés : sexuée, asexuée, avec 2, 3, 4… 5 cellules initiales, parfois avec des conditions extrêmes comme pour les Archées ! Et puis parce que cela ne fait pas 400 ans que l’on observe des cellules au microscope… Pas beaucoup plus d’un siècle que l’on peut observer indirectement ce qui se passe dedans ! Alors côté fécondation, vous vous imaginez bien que ça fait pas des lustres que l’on comprend sérieusement comment des végétaux se reproduisent « sans bouger », grâce à la dissémination des grains de pollen. Pas 1000 ans non plus qu’on sait (un peu mieux) comment untel finit par ressembler comme deux gouttes d’eau à papa, idem pour unetelle et maman…
Family_ Jefferson Alvarado
Revenons à nos moutons. L’ADN est donc une longue molécule qui porte dans sa séquence une information héritée et qui évolue en fonction de l’environnement.
Dans certains cas, notre génome peut malheureusement être responsable de l’apparition de caractères inattendus, improbables, parfois de maladies graves. On parlera plus (et bien mieux) de prédispositions génétiques et de maladies héréditaires que de maladies génétiques…
Quoiqu’il en soit, les gènes ont une influence décisive sur le développement des individus. Par exemple, chez l’humain, certains gènes, inexprimés depuis la naissance, s’activent au moment de la puberté… avec les effets que l’on peut connaître ! La célèbre double hélice s’exprime et nous n’avons pas vraiment le choix de l’écouter.
DNA_ Gerard Escuer
L’expression génétique
Alors oui, c’est pas si court… pour une simple introduction. Pour synthétiser, de très nombreux mécanismes ont été découverts au cours du XXème siècle et d’autres découvertes ne cessent de voir le jour !
Les mécanismes d’expression de l’information génétique, les différentes étapes de cette expression, on commence à très bien les connaître, en détails : la transcription de l’ADN en ARN, la traduction des ARN en protéines et leur maturation… Ça crée, ça détruit, ça recycle… ça gigote dans le noyau de la cellule !
176 365 AP Biology_ casey*b
Les gènes portent donc une information qui sera transformée, formalisée, notamment en protéines. Notre génome contient « en lui » les « instructions » nous permettant de construire nos micro- et nano-machines moléculaires, de renouveler nos composants, en fin de compte de grandir et de nous développer.
L’universel code génétique
Le code génétique, c’est ce qui permet d’établir cette correspondance entre « l’information » contenue dans les génomes et la synthèse des protéines qui en découle. Ce qui est magique, c’est que ce code, ce système de correspondance (trois briques d’ADN correspondent à un acide aminé de protéine) entre acides nucléiques et acides aminés est le même pour tous les êtres vivants !
La transgenèse
C’est cette universalité du code génétique qui permet aux scientifiques d’implanter un ou plusieurs gènes d’un organisme donneur dans un organisme receveur, sans frontières entre les espèces des règnes qui peuplent la Terre.
Ces méduses détiennent des gènes de fluorescence que l’on peut extraire et transférer à d’autres organismes ! C’est la transgénèse.
De nouvelles caractéristiques ou spécificités, absentes normalement, peuvent alors être implantées pour être présentes chez l’organisme receveur. Vous avez peut-être déjà aperçu, sur le net ou ailleurs, des animaux fluorescents ! Ces organismes sont justement issus d’expériences de transgenèse !
Concrètement
En laboratoire, quelques bases de génétique ?
Nous avons des protocoles pour extraire l’ADN des cellules que l’on étudie. Nous devons ensuite pouvoir le purifier, se débarrasser des saletés qui ne nous intéressent pas et nous empêchent de voir clair dans notre longue molécule. Nous pouvons ensuite la séquencer et l’amplifier grâce à tout plein de techniques et technologies en pleine expansion.
Collectivement, nous avons alors accès à d’immenses bases de données que l’on traite grâce à des modèles statistiques et probabilistes complexes. Mince, encore et toujours des maths… Et oui, on ne peut pas y couper !
En plus, comme pour la cuisine, on peut jouer avec nos ingrédients pour essayer de nouvelles recettes. Aujourd’hui on est même capable de bricoler des systèmes génétiques plus ou moins simples, c’est de la biologie synthétique. On s’en sert notamment comme modèles pour mieux capter ce qui se déroule naturellement en dehors des labos.
Attention aux stéréotypes
Sciences de la Vie et de la Terre 1èreS, collection Périlleux, Nathan
Les gènes ne sont pas, à priori et jusqu’à preuve du contraire, des entités à part entière ayant une volonté propre. C’est un concept utilisé pour théoriser et expliquer des techniques et résultats expérimentaux. L’image du gène, linéaire et bien défini, reste une simplification. Entre autres, la molécule d’ADN est emmêlée, enroulée sur elle-même et autour de protéines. Elle peut être extrêmement compactée (on a alors nos chromosomes) ou alors complètement déroulée (on parle de chromatine), selon les différents moments du cycle cellulaire. La ou les molécules d’ADN sont également liées au reste des composants des cellules par des squelettes internes, le nucléosquelette et le cytosquelette, et des protéines.
Le matériel génétique d’un organisme est beaucoup plus plastique et flexible au cours des cycles cellulaires que ce que l’on s’imaginait il y a 20 ans de cela. Et l’on ne sait pas encore tout !
James Watson & Francis Crick – co-découvreurs de la structure de la molécule d’ADN
Rosalind Franklin, co-découvreuse de la structure de la molécule d’ADN
La science n’est jamais l’affaire d’un seul homme ou d’une seule femme. C’est une construction collective et de long terme, avec ses attentes, ses rebondissements et ses avancées fulgurantes !
En guise de conclusion et d’ouverture
Les génomes et leurs portions plus ou moins élémentaires ont en tout état de cause un effet fondamental dans l’évolution des individus et des espèces. Les possibilités qu’ouvrent les nouvelles pratiques en biotechnologies sont potentiellement merveilleuses et désastreuses. Il faut qu’on en discute.
La génétique questionne l’hérédité biologique. D’autres sciences comme la sociologie étudient ce que l’on appelle l’hérédité culturelle ou sociale. Plus proche de l’histoire et de la littérature, il y a aussi la génétique des textes.
Et puis, on pourrait imaginer des mix intéressants, genre : Mise en relation de l’impact environnemental sur la structuration des comportements humains et de l’évaluation de la plasticité épi.génétique dans l’apprentissage par mimétisme.
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Quelques lectures (un peu coriaces) à vous mettre sous la dent :
Richard Dawkins, Le gène égoïste
Jean Deutsch, Le gène. Un concept en évolution
Denis Noble, La musique de la vie. La biologie au-delà du génome
Stephen Jay Gould, La structure de la théorie de l’évolution
Venez découvrir le Génie du génome !
Rendez-vous le 16 octobre pour découvrir notre nouveau kit !
Après de longs mois de suspense et spécialement pour les Journées Nationales de l’Ingénieur, WAX révèle enfin son kit pour tout comprendre sur le génie génétique !
Nous vous invitons à découvrir le contenu du kit lors de la soirée de lancement le lundi16 octobre à partir de 19h au 20e étage de la Tour Montparnasse. Ce sera l’occasion de tester ses connaissances, d’apprendre en s’amusant, de discuter et de débattre ADN, OGM, CRISPR et autres acronymes.
Thomas Murarasu : des cages d’ADN pour cibler les cellules cancéreuses
En 2016, WAX lance ses séminaires !
L’idée : on accueille des Wapitis qui viennent nous parler de ce qu’ils font dans la vie et nous on en découvre plus sur les sciences, le design, la parité… Au programme de la première édition, Thomas est venu nous parler de sa recherche sur les thérapies innovantes sur le cancer !
La recherche dans la peau
Lorsque l’on imagine un chercheur, ce n’est pas forcément l’image de Thomas qui nous vient en tête et, chez WAX , ça on adore. Thomas, look décontracté à première vue, on l’imagine facilement dans une start-up de matériel d’escalade connecté, en pleine Californie.
En effet, en Californie, il y a travaillé : à Stanford, une grande université américaine, sur des petits robots d’ARN. Car Thomas a la recherche en biologie dans la peau ! Pendant ses études, il a conservé ce petit grain de curiosité, sa capacité à questionner ses connaissances, et c’est une des raisons qui l’a mené à faire une thèse.
Il le dit lui-même, la liberté et l’autonomie dont on jouit parfois dans la recherche, c’est quand même un vrai plus.
Faire des legos en ADN
Source flickr
La thèse de Thomas a un titre effrayant : « DNA-based synthetic lectins to investigate clathrin-independent endocytosis ». Si vous avez compris le coup, c’est que vous avez une maîtrise en biologie moléculaire. Mais quand il nous l’explique tout devient plus clair.
Nos cellules humaines sont capables de produire des protéines et de les faire sortir de la cellule, mais aussi de capter des molécules qui sont au dehors et de les intégrer dans la cellule ! Ça c’est l’endocytose. Intégrer ces molécules permet notamment aux cellules de communiquer entre elles. Et pour réaliser cela, les cellules doivent créer des vésicules (i.e. des petites poches) transportant et délivrant du matériel d’une cellule à l’autre.
Ce que Thomas cherche à faire, c’est de recréer ces petites poches grâce à des motifs d’ADN, (plus particulièrement des tétramères) ! En gros, il s’agit de faire des petits montages, comme des legos, pour obtenir une croix à 5 branches. Ces croix à 5 branches sont capables de forcer la cellule à les entourer d’une vésicule, permettant à ces croix de se faire manger par d’autres cellules.
Pourquoi c’est important ? Et bien sûr ces croix à 5 branches, on peut mettre des petits motifs qui vont reconnaitre spécifiquement les cellules cancéreuses ! Et si, avec ces croix à 5 branches, on crée une cage dans laquelle on enferme des molécules qui peuvent tuer les cellules dans lesquelles elles sont déversées, on obtient un petit robot qui va reconnaître les cellules cancéreuses, s’y fixer et y relacher des molécules toxiques.
Comme Thomas le résume, il fait des constructions de drones en Lego-ADN, pour cibler et détruire les cellules cancéreuses.
Ça aurait pour avantage de ne tuer que les cellules cancéreuses, et ainsi d’être plus efficace tout en limitant les effets secondaires des traitements contre un cancer.
Quels sont les trois premiers mots auxquels tu penses si je te dis SCIENCE ?
Créativité ; Expérimentation ; Pédagogie
Si tu étais un animal ? Pourquoi ?
Un léopard, parce que ça court vraiment vite, ce machin.
Un hobby
L’escalade, sans surprise 🙂
Je suis rentrée dans une cellule humaine !
A l’occasion du Téléthon 2014, je me suis rendue à Evry, plus précisément au Généthon. Il s’agit d’un laboratoire impliqué dans la conception de traitements contre les maladies génétiques rares.
Affiche à l’entrée de l’animation Cellule Géante
Là, j’y ai découvert la Cellule géante, créée par l’Ecole de l’ADN. Et même si elle ne paie pas de mine, cette initiative est un concentré de merveilles pour les plus curieux-ses 🙂
De l’extérieur, on dirait une sorte de grosse tente grise, sur laquelle sont imprimés de drôles de dessins.
La Cellule géante vue de l’extérieur
Avant de pouvoir rentrer, un médiateur (ici Jérôme, Christophe, Sabine ou Julie) nous demande de choisir la fiche d’une des quatre familles ambassadrices du Téléthon de cette année :
La famille de Mouna, 25 ans, qui est atteinte d’une Amaurose de Leber, une maladie rendant aveugle.
Celle d’Ilan, 3 ans, souffrant de la maladie de Sanfilippo, affectant les capacités mentales et physiques.
Celle de Juliette, 2 ans, atteinte d’une anémie de Fanconi, une maladie du sang augmentant fortement les risques de cancer.
La famille de Lubin, 7 ans, qui souffre d’Amyotrophie spinale, ce qui paralyse les muscles, qui sont rongés peu à peu.
Julie, doctorante, accueille le public dans la Cellule géante
Premières impressions
Une fois la famille choisie, on traverse la membrane plasmique et on rentre dans la cellule ! On se retrouve alors dans une ambiance tamisée, avec une lumière verte, et on découvre de nombreux objets homemade, plus ou moins grands, pendus ici et là.
Un fouillis accueillant qui soulève des interrogations : Qu’est-ce que tout cela ?
Les 1ères S et certains adultes reconnaissent un centrosome, un reticulum endoplasmique ou un noyau (just in case : je vous ai mis un joli schéma juste en dessous). Quant aux non-initiés, comme les enfants, ils sont complètement perdus. Heureusement pour eux, le médiateur est là ! Et pour leur faire comprendre comment fonctionne une cellule, le mieux est de faire une comparaison avec ce qu’ils connaissent.
Ainsi, le noyau se transforme en bibliothèque, le reticulum endoplasmique en cuisine, ou encore l’appareil de Golgi en four !!
Schéma d’une cellule eucaryote (comme les cellules humaines)
Explications : mettez vos tabliers !
La cellule, c’est comme une boulangerie-pâtisserie !
Les murs de la boutique sont représentés par la membrane plasmique. Grâce au centrosome, cette pâtisserie est bien organisée : tout est à sa place. Pour que la cellule fonctionne, il faut qu’elle produise des protéines. Entre alors en scène la métaphore de la cuisine, où des gâteaux représentent les protéines ! Pour faire un bon gâteau, il faut se servir d’un livre de recettes, l’ADN (Acide Désoxyribonucléique), que l’on trouve dans la bibliothèque, le noyau. En temps normal, on se procure la bonne recette de cuisine, qu’on peut par exemple recopier sur une feuille volante, l’ARN (Acide Ribonucléique), et prendre avec soi dans la cuisine, le reticulum endoplasmique. Là, grâce à cette recette, on peut faire tranquillement son gâteau. Une fois que la pâte est prête et qu’on l’a servie dans le plat, le gâteau est presque prêt, mais pas encore comestible ! Il faut pour cela le faire cuire dans un four, représenté ici par l’appareil de Golgi.
Après cela, le gâteau est enfin prêt, autrement dit la protéine est mature et fonctionnelle.
La Cellule géante est verte quand elle est parfaitement fonctionnelle : la pâtisserie tourne à plein régime
Quand les ennuis arrivent …
* Sirène d’alarme * (Oui il y a même du son !), la lumière devient rouge :
Pour représenter une cellule malade, la Cellule géante devient rouge : il y a un problème en cuisine !
Dans les cellules de Mouna, Ilan, Juliette, ou encore Lubin, tout ne se passe pas comme prévu : Les protéines ne semblent pas fonctionner normalement, elles n’ont pas leur forme habituelle.
Sur la page de la recette, il y a une erreur : mauvais ingrédients, mauvaises quantités, etc. En termes scientifiques, on dit qu’il y a une mutation sur un gène (« partie de la recette » des protéines) contenu dans l’ADN.
Conséquence : les gâteaux ne sont pas bons, pas mangeables : ces enfants sont malades.
Le Téléthon : la science au service des malades
Heureusement pour ces enfants – la musique du Téléthon démarre et la lumière passe au bleu – il existe la thérapie génique ! Le but ? Faire en sorte que la bonne recette de cuisine soit rangée dans la bibliothèque et que tout s’arrange ! Et pour que la recette correcte puisse passer les murs et rentrer dans la bibliothèque, il lui faut de l’aide.
La cellule bleue est en cours de traitement : c’est la thérapie génique ! Une fois guérie elle redeviendra verte.
A partir de là, la métaphore filée de la recette de cuisine se mélange avec du plus scientifique : Les chercheurs se sont inspirés de la nature, plus précisément des virus, pour faire pénétrer un gène sain, appelé gène médicament, dans une cellule. Les virus de la grippe, ou encore de la gastro-entérite, qui nous rendent malades sont en effet très doués pour se faufiler dans nos cellules.
Les scientifiques se sont donc mis à créer de faux virus, tout aussi capable de pénétrer dans les cellules, mais qui ne sont pas nocifs !
Grâce à cela, le gène médicament atteint le noyau de la cellule et parvient à résoudre le problème lié au gène défectueux. Autrement dit, même si la mauvaise recette est toujours dans la bibliothèque, la bonne recette y est désormais également rangée et il est à nouveau possible de faire de bons gâteaux ! Et la lumière redevient verte !
Et voilà, retour à la normale dans la pâtisserie !
Pour certaines maladies génétiques rares, un traitement de thérapie génique a déjà été mis en place. Ainsi, certains enfants, comme Mouna ou Ilan, en ont bénéficié. On croise désormais les doigts pour qu’il en soit bientôt de même pour les autres !
A l’écrit, ces explications peuvent paraître compliquées, mais en situation dans la Cellule géante, en présence du médiateur, tout devient beaucoup plus clair, plus limpide, et c’est bien plus vivant ! WAX veut saluer cette superbe initiative de vulgarisation des sciences ! Bravo l’école de l’ADN !
Une expérience très intéressante donc, que je vous recommande ! Ca se passe au Généthon, à Evry (91) !
Calquant l’individu photographié, scanné et numérisé, l’avatar est d’une ressemblance humaine « plus vraie que nature » (des boutons jusqu’aux ridules, en passant par les expressions faciales, ne pensez pas que c’est une version améliorée de l’Homme qui est conçue ! Vous pouvez donc commencer par poser ce paquet de chips, doucement…). Et puisqu’un dessin vaut mieux qu’un long discours, je vous laisse estimer cette virtuosité digitale de vos propres yeux.
« Et pour quoi faire ? » me direz-vous.
Et bien pour le moment, il faut, grosso modo, compter une centaine de milliers d’euros (et des poussières) + plusieurs semaines d’affinements, pour avoir le privilège de rencontrer son alter E-go. Les jeux vidéos, le 7ème art (vous vous souvenez du visage de Nathalie Portman dans Black Swan… ? Et oui! Je ressens aussi votre sentiment de trahison cinématographique) et les films publicitaires (Grace et Marilyn revivent le temps d’un spot de Dior) sont les principaux consommateurs de cette haute technologie. En revanche, d’ici quelques années, ce service sera vraisemblablement plus accessible, sur un plan financier comme temporel. Et la redondante affaire des usages sera d’autant plus sujette à controverses. L’utiliserons- nous afin de singer notre vie sur Internet, qui plus est avec une version idéalisée de nous – même, sur les réseaux sociaux ? Ou assouvirons – nous notre fantasme de téléportation digitale ? La question de la propriété intellectuelle et des dérives de hacking sont également à prévoir… En attendant, ce thème inspire déjà le monde littéraire. François Lainée, auteur de « La vie continue », met notamment en scène cette technique avec la thématique de la vie après la mort, envisageant nos futures possibilités de laisser une trace « vivante » de nous sur Terre. Comme quoi, l’art & la science ne sont jamais très loin l’une de l’autre…
Et vous, que feriez –vous avec votre double ?
Découverte de l’ADN : Du rap pour celle qu’on oublie !
Des élèves de 5eme au KIPP Bridge Charter d’Oakland (Californie, USA), sous l’impulsion du scientifique Tom McFadden, ont monté un fabuleux clip de rap (en anglais, évidemment) en hommage à Rosalind Franklin, et son rôle dans la découverte de la double hélice de l’ADN.
