Génétique

De la molécule d'ADN à la cellule vivante.

La génétique (du grec genno γεννώ, « donner naissance ») est la science qui étudie l'hérédité et les gènes, c´est une sous-discipline de la biologie.

Une de ses branches, la génétique formelle, ou mendélienne, s'intéresse à la transmission des caractères héréditaires entre des géniteurs et leur descendance.

L'invention du terme génétique revient au biologiste anglais William Bateson (1861-1926), qui l'utilise pour la première fois en 1905.

Différents champs de recherche

Très tôt, la génétique s'est diversifiée en plusieurs branches différentes :

• la génétique du développement étudie les acteurs moléculaires (et les gènes qui les codent) impliqués dans la formation de l'organisme à partir du stade unicellulaire d'œuf fécondé. Elle se focalise tout particulièrement sur la mise en place de la symétrie bilatérale et les mécanismes qui permettent de passer d'un système biologique simple (unicellulaire, symétrie radiaire) à un organisme complexe (pluricellulaire, souvent métamérisé, et construit en organes spécialisés). Elle utilise souvent des espèces modèles pour étudier les mécanismes de formation de l'organisme (drosophile, nématode, zebrafish, poulet) ;

• la génétique médicale étudie l'hérédité des maladies génétiques humaines, leur ségrégation dans les familles de malades. Elle cherche à identifier par ce biais les mutations responsables des maladies, afin de mettre au point des traitements pour les soigner ;

• la génomique étudie la structure, la composition et l'évolution des génomes (la totalité de l'ADN, trois milliards de paires de bases chez l'homme, organisées en chromosomes), et tente d'identifier des motifs dans l'ADN pouvant avoir un sens biologique (gènes, unités transcrites non traduites, miRNAs, unités de régulations, promoteurs, CNGs, etc.) ;

• la génétique quantitative étudie la composante génétique expliquant la variation de caractères quantitatifs (la taille, la couleur du pelage, la vitesse de croissance, la concentration d'une molécule, etc.) et leur héritabilité ;

• la génétique de l'évolution étudie les signatures de la sélection naturelle sur le génome des espèces, et tente d'identifier les gènes qui ont joué un rôle essentiel dans l'adaptation et la survie des espèces dans des environnements changeants ;

• la génétique des populations étudie les forces (et leurs effets) qui influencent la diversité génétique des populations^[1] et des espèces (mutation, dérive, sélection) par (entre autres) le développement de modèles mathématiques et statistiques.

L' ». Il s'agit d'introduire de nouveaux gènes dans l'organisme afin de pallier une déficience héréditaire.

L'évolution sans cesse croissante de la connaissance en génétique pose plusieurs problèmes éthiques liés au clonage, aux divers types d'eugénismes possibles, à la propriété intellectuelle de gènes et aux possibles risques environnementaux dus aux OGM. La compréhension du fonctionnement de la machinerie cellulaire est ainsi rendue plus complexe : en effet, plus on l'étudie, plus les acteurs sont nombreux (ADN, ARN messager, de transfert, microARN, etc.) et le nombre de rétro-actions (épissage, édition, etc.) entre ces acteurs grandit.

Chronologie

En 1862, Charles Naudin est primé par l'Académie des sciences pour son Mémoire sur les hybrides du règne végétal.

En 1865, passionné de sciences naturelles, le moine autrichien Gregor Mendel, dans le jardin de la cour de son monastère, décide de travailler sur des pois comestibles présentant sept caractères (forme et couleur de la graine, couleur de l'enveloppe, etc.), dont chacun peut se retrouver sous deux formes différentes. À partir de ses expériences, il publie, en 1866 sous l'autorité de la Société des sciences naturelles de Brünn, un article de génétique « Recherche sur les hybrides végétaux » où il énonce les lois de transmission de certains caractères héréditaires. Cet article est envoyé aux scientifiques des quatre coins du monde, les réactions sont mitigées, voire inexistantes. Ce n'est qu'en 1907 que son article fut reconnu et traduit en français.

En 1869 l'ADN est isolé par Friedrich Miescher, un médecin suisse. Il récupère les bandages ayant servi à soigner des plaies infectées et il isole une substance riche en phosphore dans le pus. Il nomme cette substance nucléine. Il trouve la nucléine dans toutes les cellules et dans le sperme de saumon.

En 1879, Walther Flemming décrit pour la première fois une mitose. La mitose avait déjà été décrite 40 ans avant par Carl Nageli mais celui-ci avait interprété la mitose comme une anomalie. Walter Flemming invente les termes prophase, métaphase, et anaphase pour décrire la division cellulaire. Son travail est publié en 1882.

En 1880, Oskar Hertwig et Eduard Strasburger découvrent que la fusion du noyau de l'ovule et du spermatozoïde est l'élément essentiel de la fécondation.

En 1891, Theodor Boveri démontre et affirme que les chromosomes sont indispensables à la vie

En 1900, redécouverte des lois de l'hérédité : Hugo de Vries, Carl Correns et Erich von Tschermak-Seysenegg redécouvrent de façon indépendante les lois de Mendel.

En 1902, Walter Sutton observe pour la première fois une méiose, propose la théorie chromosomique de l'hérédité, c'est-à-dire que les chromosomes seraient les supports des gènes. Il remarque que le modèle de séparation des chromosomes supporte tout à fait la théorie de Mendel. Il publie son travail la même année^[2]. Sa théorie sera démontrée par les travaux de Thomas Morgan.
Première description d'une maladie humaine héréditaire par Archibald Garrod : l'alcaptonurie^[3].

En 1909, Wilhelm Johannsen crée le terme gène et fait la différence entre l'aspect d'un être (phénotype) et son gène (génotype). William Bateson, quatre ans avant, utilisait le terme génétique dans un article et la nécessité de nommer les variations héréditaires.

En 1911, Thomas Morgan démontre l'existence de mutations, grâce à une drosophile (mouche) mutante aux yeux blancs. Il montre que les chromosomes sont les supports des gènes, grâce à la découverte des liaisons génétiques (genetic linkage) et des recombinaisons génétiques. Il travaille avec Alfred Sturtevant, Hermann Muller, et Calvin Bridges^[4]. Il reçoit le prix Nobel de Médecine en 1933. Ses expériences permettront de consolider la théorie chromosomique de l'hérédité.

En 1913, Morgan et Alfred Sturtevant publient la première carte génétique du chromosome X de la drosophile, montrant l'ordre et la succession des gènes le long du chromosome.

En 1928, Fred Griffith découvre la transformation génétique des bactéries, grâce à des expériences sur le pneumocoque. La transformation permet un transfert d'information génétique entre deux cellules. Il ne connaît pas la nature de ce principe transformant.

En 1941, George Beadle et Edward Tatum émettent l'hypothèse qu'un gène code une (et uniquement une) enzyme en étudiant Neurospora crassa^[5].

En 1943, la diffraction au rayon X de l'ADN par William Astbury permet d'émettre la première hypothèse concernant la structure de la molécule : une structure régulière et périodique qu'il décrit comme une pile de pennies (like a pile of pennies).

En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod, et Maclyn McCarty démontrent que l'ADN est une molécule associée à une information héréditaire et peut transformer une cellule^[6].

Barbara McClintock montre que les gènes peuvent se déplacer et que le génome est beaucoup moins statique que prévu^[7]. Elle reçoit le prix Nobel de Médecine en 1983.

En 1952, Alfred Hershey et Martha Chase découvrent que seul l'ADN d'un virus a besoin de pénétrer dans une cellule pour l'infecter. Leurs travaux renforcent considérablement l'hypothèse que les gènes sont faits d'ADN^[8].

En 1953, simultanément aux travaux de recherche de Maurice Wilkins et Rosalind Franklin qui réalisèrent un cliché d'une molécule d'ADN, James Watson et Francis Crick présentent le modèle en double hélice de l'ADN, expliquant ainsi que l'information génétique puisse être portée par cette molécule. Watson, Crick et Wilkins recevront en 1962 le prix Nobel de médecine pour cette découverte.

En 1955, Joe Hin Tjio fait le premier compte exact des chromosomes humains : 46^[8]. Arthur Kornberg découvre l'ADN polymérase, une enzyme permettant la réplication de l'ADN.

En 1957, le mécanisme de réplication de l'ADN est mis en évidence.

En 1958, lors de l’examen des chromosomes d’un enfant dit « mongolien », le professeur Jérôme Lejeune découvre l’existence d’un chromosome en trop sur la 21e paire. Pour la première fois au monde est établi un lien entre un handicap mental et une anomalie chromosomique. Par la suite, avec ses collaborateurs, il découvre le mécanisme de bien d’autres maladies chromosomiques, ouvrant ainsi la voie à la cytogénétique et à la génétique moderne.

Dans les années 1960, François Jacob et Jacques Monod élucident le mécanisme de la synthèse des protéines. Le principe de code génétique est admis. Ils montrent que la régulation de cette synthèse fait appel à des protéines et mettent en évidence l'existence de séquences d'ADN non traduites mais jouant un rôle dans l'expression des gènes.

En 1961, François Jacob, Jacques Monod et André Lwoff avancent conjointement l'idée de programme génétique.

1968 : prix Nobel décerné pour le déchiffrage du code génétique.

1975 : autre prix Nobel pour la découverte du mécanisme de fonctionnement des virus.

La génomique devient dès lors l'objet d'intérêts économiques importants.

En 1989, il est décidé de décoder les 3 milliards de paires de bases du génome humain pour identifier les gènes afin de comprendre, dépister et prévenir les maladies génétiques et tenter de les soigner. Une première équipe se lance dans la course : le Human Genome Project, coordonné par le NIH (National Institutes of Health) et composé de 18 pays dont la France avec le Génoscope d'Évry qui sera chargée de séquencer le chromosome 14.

Dans les années 1990, à Évry, des méthodologies utilisant des robots sont mises au point pour gérer toute l'information issue de la génomique.

En 1992-1996, les premières cartes génétiques du génome humain sont publiées par J. Weissenbach et D. Cohen dans un laboratoire du Généthon.

En 1998, créée par Craig Venter et Perkin Elmer (leader dans le domaine des séquenceurs automatiques), la société privée Celera Genomics commence elle aussi le séquençage du génome humain en utilisant une autre technique que celle utilisée par le NIH.

En 1999, un premier chromosome humain, le 22, est séquencé par une équipe coordonnée par le centre Sanger, en Grande-Bretagne.

En juin 2000, le NIH et Celera Genomics annoncent chacun l'obtention de 99% de la séquence du génome humain. Les publications suivront en 2001 dans les journaux Nature pour le NIH et Science pour Celera Genomics.

En juillet 2002, des chercheurs japonais de l'Université de Tokyo ont introduit 2 nouvelles bases, S et Y, aux 4 déjà existantes (A,T,G,C) sur une bactérie de type Escherichia coli, ils l'ont donc dotée d'un patrimoine génétique n'ayant rien de commun avec celui des autres êtres vivants et lui ont fait produire une protéine encore inconnue dans la nature. Certains n'hésitent pas à parler de nouvelle genèse, puisque d'aucuns y voient une nouvelle grammaire autorisant la création d'êtres vivants qui non seulement étaient inimaginables avant mais qui, surtout, n'auraient jamais pu voir le jour^[9].

Le 14 avril 2003, la fin du séquençage du génome humain est annoncée.

Rudiments concernant la génétique

La génétique est l'étude des gènes. Que sont les gènes ? Chaque molécule d'ADN est constituée d'une échelle avec 2 montants et, entre les montants, des « bases ». Trois bases correspondent à un acide aminé. Un gène, c'est un certain nombre de groupes de trois bases (triplets). Donc un gène correspond à un certain nombre d'acides aminés. Et un certain nombre d'acides aminés, c'est une protéine : les gènes sont des « programmes » de fabrication de protéines. Exemple : telle protéine, c'est 8 triplets, une autre, c'est 24 triplets, etc. Et chaque triplet c'est trois bases qui sont A, T, G ou C).

Un gène c'est un programme de fabrication d'une protéine, mais permet aussi la fabrication d'un petit zygote qui deviendra embryon.

Avez-vous des exemples de protéines ? oui : l'hémoglobine, élément du sang, la kératine, élément de la peau, des ongles, des cheveux et des poils, la ferritine, qui nous permet d'assimiler le fer, les enzymes, qui nous permettent de digérer. Il existe des dizaines de milliers de protéines différentes.

Dans chaque noyau de cellule se trouve la chromatine. La chromatine, fin réseau de fibres emmêlées, est essentiellement constituée de l'acide désoxyribonucléique. C'est lors d'une division cellulaire que la chromatine change de nom pour devenir « chromosomes ».

Mais encore ? Les protéines sont constituées d'acides aminés que nous faisons entrer dans notre organisme lorsque nous mangeons. Les acides aminés sont dans nos aliments, tous les aliments : fruits, céréales, lait, légumes, viande, etc. Il existe 20 acides aminés différents communs à tous les êtres vivants.

Plusieurs acides aminés ensemble, et voilà une protéine. C'est l'association ordonnée des acides aminés qui donne les propriétés particulières des protéines, qui distinguera l'ongle de l'hémoglobine. C'est-à-dire l'ongle et la globine sont constitués d'acides aminés, mais pas les mêmes, pas associés dans le même ordre.

Comment ça marche ? L'ADN contient la succession d'acides aminés sous forme d'une suite de groupe d'atomes particuliers appelées base. 4 bases correspondent à un acide aminé précis. Cette succession est copiée sous d'une nouvelle molécule appelée acide ribonucléique (ARN). Cette molécule permettra d'assembler les acides aminés dans l'ordre précis donné par l'ADN.

Génétique, société, idéologie, philosophie

Les débuts de la génétique ont été influencés par deux idéologies dominantes et hégémoniques opposées et exacerbées dans les années 1930.

• Dans les pays occidentaux, la plupart des généticiens ont adhéré à l'eugénisme. L'eugénisme est une invention du néoconservateur Francis Galton à la fin du XIX sur la base d'une sélection artificielle des individus. Cette idéologie fut amalgamée à l'idée néolibérale spenceriste. Ce dernier se fonde sur la sélection naturelle en société par analogie à la sélection naturelle existant dans la nature. Avec le malthusianisme, elles sont, selon le point de vue de la bourgeoisie, en adéquation avec la société capitaliste du XIX. Ces pratiques sont, par la suite, soutenues par la fondation Rockefeller^[10][11] dès 1912 et l'UNESCO par son premier président Julian Huxley en 1945.
• Dans le bloc soviétique jusque dans les années 60, la génétique a été interdite par l'intervention du transformiste Trofim Denissovitch Lyssenko, anti-mendeléen et anti-darwinien. Staline va placer sa confiance dans Lyssenko dans les années de troubles des années 1930, parce que les principes transformistes de Lyssenko sont en adéquation avec le lamarkisme social de la société soviétique. Cette confiance a conduit Lyssenko à faire faire condamner Nikolai Vavilov et ses collaborateurs darwino-mendéliens qui sont ainsi envoyés au goulag en 1939. Mais, c'est surtout pendant l'ère post-stalinienne, la période Nikita Khrouchtchev que Lyssenko aura plus de soutiens. Ce soutien vient non de la part de scientifiques comme par exemple le biologiste Jacques Monod proche du PCF ou encore le généticien, marxiste et communiste J.B.S. Haldane mais de militants non-scientifique comme par exemple le philosophe, communiste Jean-Paul Sartre^[12]. Dans les années 1950, Staline, quant à lui, voit un non-sens^[13] dans la terminologie de « science prolétarienne » inventée par Lyssenko qui veut l'opposer à une science bourgeoise. Lyssenko est limogé en 1965 après la chute de son protecteur Nikita Khrouchtchev ^[14].

Ces oppositions idéologiques s'ouvrent sur la question philosophique de l'inné ou de l'acquis de l'acquisition des connaissances des individus et du développement de la culture humaine bien qu'elle fut résolue scientifiquement par Charles Darwin dés 1871 dans le passé-inaperçu La filiation de l'homme. Il n'y a pas d'opposition entre l'inné (génétique) et l'acquis (l'environnement). Cependant, pour les néo-darwinistes ou sociobiologistes, la question se pose encore sur le comportement de l'homme. Mais, pour le généticien Richard C. Lewontin, « Il n’y a pas de « part » respective des gènes et de l’environnement, pas plus qu’il n’y a de « part » de la longueur et de la largeur dans la surface d’un rectangle, pour reprendre une métaphore classique. L’exposition à l’environnement commence d’ailleurs dans le ventre maternel, et inclut des événements biologiques comme la qualité de l’alimentation ou l’exposition aux virus. Génétique et milieu ne sont pas en compétition, mais en constante interaction : on dit qu’ils sont covariants. Le comportement d’un individu serait donc à la fois 100 % génétique et 100 % environnemental. ».

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• (fr) Didaquest.org : « Génétique Chronologie »
• (fr) Glossaire de la biotechnologie de la FAO
• (fr) « Il était une fois ... l'ADN » : un site éducatif sur les bases de la génétique classique et moléculaire
• (fr) Génétique dans l'élevage chiens de race : consanguinité, retrempe, gènes codant la couleur de la robe, la longueur de la queue.
• (en) Base de données libre sur la génétique humaine
• (en) Base de données des génomes séquencés, ainsi que les projets en cours
• (en) Découverte en 2007 des zones d'instabilité du génome chez la souris (voir aussi équilibres ponctués)

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