Un oeil sur le monde

Rentrons quelques instants dans le monde de la biologie et détaillons un peu les sens et la portée de la génétique. Après cela vous pourrez mieux vous attaquer au nouveau kit de WAX sur les techniques de modification du génome 🙂

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