Double hélice demi-siècle
2003/04/01 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia | Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Quelle est la raison pour connaître les machines de la vie? Curiosité ? Contrôle ? Pouvoir créer de nouveaux êtres vivants ? Quelles sont les principales causes de guérison? Souffrir le moins possible ? Allonger la vie ? Pourquoi la longue vie est-elle meilleure que la courte ? Pourquoi fuyons la mort ? Par peur ? À quel point l'être humain a-t-il le droit de transformer le cycle de la vie ?
Ces questions sont sorties des origines de la biologie. Peut-être avant. Cependant, la recherche de l'ADN est ressuscitée et actualisée. Mais ce n'est pas un compte instantané. Pour voir d'où vient cette mise à jour, il suffit de tirer la recherche. Jusqu'à quand ? Au moins jusqu'à ce que le microscope est devenu un outil habituel pour les biologistes.
Les cellules étaient très intéressantes pour de nombreuses raisons. Par exemple, ils gardent le secret de l'héritage : toutes les cellules sont des copies d'autres cellules précédentes. Les cellules créent de nouvelles cellules. Comment est-il possible ? Le microscope ne répondait pas. Ils ont fait de nombreuses expériences pour chercher une réponse. Peu à peu, les résultats ont orienté la recherche vers le noyau cellulaire.
Cependant, l'héritage n'est pas seulement copier les cellules. De plus, à travers l'héritage, les caractéristiques de l'être qui se reproduit se répètent dans l'être qui naît. À partir de cette idée, en 1906, le biologiste de Wilhem Ludwig Johannsen a inventé le mot gene. Le gène était un "quelque chose" qui transmet une caractéristique, mais XX. Au début du 20ème siècle, les scientifiques n'avaient aucune idée de ce qu'était ce 'quelque chose' et de ce qu'il est fait.
Quel est l'objectif?
Si vous regardez bien, dans le noyau des cellules, vous voyez un mélange de matière. Et si nous attrapons la cellule pendant qu'elle est copiée, on voit clairement que le noyau de la confusion sont les filaments. En 1888, l'Allemand Wilhem von Waldeyer a proposé le mot chromosome pour désigner les filaments.
Waldeyer n'a pas pu voir l'aspect de ces filaments ; aujourd'hui nous savons comment séparer les composants de ce mélange et que les chromosomes ont la forme de X. Mais pour la plupart des scientifiques de l'époque, l'aspect des chromosomes n'était pas important. Au contraire, ils voulaient savoir si les chromosomes et les gènes étaient les mêmes.
Les chromosomes et les gènes ne sont pas les mêmes. Cependant, il y a des raisons de penser le contraire. En bref, les chromosomes et les gènes sont « répétés » dans chaque cellule. Pourquoi ne sera pas un chromosome l'information d'une propriété d'être ? Walter S. Le cytologue Sutton était très clair que l'homme héritait de milliers de qualités et n'avait que 23 chromosomes différents. Il n'y avait aucun doute. De nombreux gènes étaient nécessaires pour chaque chromosome. Alors, comment sont les gènes physiquement?
Pompes et bactéries
La structure de la molécule d'ADN est la réponse à cette question. Nous le savons maintenant. Mais vers 1920 les scientifiques n'avaient rien de clair. Dans le noyau, avec l'ADN, il y avait des protéines, mais on ne savait pas quelle était sa fonction.
ADN ou protéines? Qui détermine les caractéristiques de l'être vivant? Sans autre analyse, les protéines ressemblent à des molécules beaucoup plus complexes et intéressantes que l'ADN.
En bref, les parties de base nécessaires pour former une protéine ont une variété beaucoup plus grande que celle nécessaire pour former l'ADN. Il y a vingt acides aminés qui peuvent intervenir dans la structure des protéines, tandis que l'ADN utilise seulement quatre nucléotides. (Cela fait que la structure de l'ADN ne varie pas d'une molécule à l'autre et que les changements entre les protéines sont énormes. Cependant, les biologistes ignoraient alors la structure de ces molécules). Cependant, dans les années 1930, il n'était pas possible de répondre à cette question. Pas étonnant.
Pour étudier ce qui est à l'intérieur du noyau, de nombreuses ressources sont nécessaires, et à cette époque, les scientifiques ne disposaient pas des équipements adéquats et ne savaient pas les bases à savoir. C'était peut-être trop tôt pour la biologie. Entre autres choses, j'avais besoin de physique. Par exemple, il faut rappeler que la diffraction des rayons X a été fondamentale pour l'étude des structures des biomolécules.
La physique prédominait dans la science. C'est ce que pensent les historiens de la science. L'atome, le rayonnement électromagnétique, la relativité, la mécanique quantique… émergeaient de nouveaux concepts physiques qui altèrent la science. La première moitié du siècle était pour la physique, la science était innovante pour une société innovante et était prête, entre autres, à l'appliquer dans des guerres totalement innovantes. Après l'explosion de la bombe atomique à Hiroshima, de nombreux scientifiques ont eu peur de la capacité de l'atome, mais on ne pouvait plus reculer.
Structure et prix
Mais la guerre n'a pas été stérile du point de vue biologique. En 1944, les Américains Oswald Avery, Colin McLeod et Maclyn McCarty firent un pas important: Ils ont vu que l'ADN était la clé de l'héritage.
Ces biologistes travaillaient avec des pneus. Deux types de pneumocoques étaient utilisés en laboratoire, l'un avec une surface de rugosité et l'autre avec une surface lisse. Dans l'expérience des scientifiques, l'ADN est extrait d'un «doux» du pneumocoque mort et injecté dans les rides vivants. Avec le temps, ces derniers ont développé une couverture lisse, c'est-à-dire, bien qu'ils proviennent d'organismes morts, l'ADN pouvait transmettre des caractéristiques.
Cette découverte a stimulé la recherche de l'ADN. En outre, à la fin de la guerre, les chercheurs européens ont considérablement amélioré leurs conditions de travail. Dans cette situation, la recherche de l'ADN était très tentante, puisqu'il s'agissait d'une molécule aussi importante, probablement celle qui clarifiait la structure gagnerait le prix Nobel.
Les Anglais James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin ont participé à cette recherche. C'est une histoire sombre qui a fait l'objet de nombreux écrits (par exemple, voir Elhuyar Zientzia eta Teknika 185, 20-23). page. ).
Le 28 février 1953, Watson et Crick proposèrent le modèle à double hélice, publié dans le numéro 25 avril de la revue Nature avec d'autres recherches. Pour cette découverte, ils ont reçu le prix Nobel de médecine de 1962 avec Maurice Wilkins. Rosalind Franklin était déjà mort.
ADN, structure élégante
Cela fait cinquante ans que Watson et Crick ont dévoilé la structure de l'ADN et que le monde a voulu le célébrer. Ces jours-ci, on entendra souvent la définition de la structure de l'ADN. qui a été l'un des jalons scientifiques du XXe siècle. Cependant, la même année, en 1953, Max Perutz posa les bases pour clarifier la structure des protéines ; et en 1955, Sanger lut pour la première fois la séquence d'acides aminés d'une protéine.
Ont-ils moins d'importance que la double hélice ? Il est clair que non. Alors, pourquoi tant de déséquilibre dans les célébrations? Il semble que la clé est dans l'élégance.
La double hélice est une structure élégante qui est devenue l'icône de la science moderne. Les artistes le veulent aussi. Mais il y a 50 ans, ce n'était pas le cas.
Dans les années suivant la découverte la double hélice n'a pas reçu une grande attention de la part des scientifiques. Dans les revues Science et Nature jusqu'en 1960, par exemple, peu d'articles parlant d'ADN ont fait référence à la structure de Watson et Crick. Curieux parce qu'alors on cherchait beaucoup sur l'ADN.
Cependant, la relation entre l'ADN et les protéines n'était pas très claire et, surtout, ils ne savaient pas que les ordres d'élaboration étaient stockés dans l'ADN. Pour Robert Olby, c'est la raison pour laquelle si peu de cas ont été donnés à la structure de l'ADN. Olby Pittsburg, professeur émérite de philosophie et d'histoire de la science de l'université, a recueilli les données mentionnées.
Au début des années 1950, on savait que l'ADN était la molécule d'héritage. Ils savaient également qu'il est avec des protéines dans le noyau, mais pas toutes les pièces étaient jointes. Ils n'ont pas encore compris que les indicateurs des caractéristiques passant de génération en génération sont des protéines. Par conséquent, l'ADN et les protéines étaient étudiés dans deux lignes de recherche différentes.
Le grand pas vers l'unification des lignes a été accompli par l'astronome George Gamow. Au cours des dernières années de sa vie, il a commencé à étudier l'ADN et a proposé une théorie sur la façon dont l'ADN codifiait l'information. À son avis, ce code était formé par des ordres d'élaboration de protéines. Mais quel était le code concret ?
Linguistes de l’ADN
L'ADN était composé de quatre lettres à traduire dans une autre langue de 20 lettres, celle des protéines. Quelle était la bonne combinaison? Les lettres d'ADN prises de deux en deux étaient seize options, donc insuffisantes, et de trois en 64. Il pourrait être. Mais, si c'était le cas, quel trio correspondait à chaque acide aminé? Était-ce seulement un ou plusieurs ?
La proposition de Gamow a suscité un grand intérêt parmi les scientifiques et a créé un club avec vingt scientifiques pour encourager la communication et l'amitié et proposer et discuter des codes possibles: Club de cravate RNA. C'était un club spécial. Chaque membre a eu une cravate avec la structure de l'ARN et une aiguille avec l'abréviation du nom d'un acide aminé. Cette abréviation était le surnom de son compagnon. Dans ce club ont participé, entre autres, Watson et Crick. C'était 1954 et les choses commencent à changer. Beaucoup d'amateurs de protéines se sont consacrés plus à regarder l'ADN.
Trois ans plus tard, en 1957, Crick au Symposium de l'Association de biologie expérimentale a dévoilé le “Dogme principal”: De l'ADN à l'ARN, à la protéine. Quatre ans plus tard, ils ont compris les premières lettres du langage génétique.
Dans un livre, il a reconnu qu'il a utilisé le mot dogme pour attirer l'attention, sans savoir ce qu'il voulait vraiment dire. Le dogme est une affirmation qui est considérée comme une vérité fondamentale, que ce soit ou non des preuves. Mais dans ce cas, on ne peut pas dire que celle de Crick n'a pas été testée. Aujourd'hui, nous y croyons tous.
Les hélices sont caractéristiques de la biologie, sont des structures stables de sorte que leur fonction de support est simple. Cependant, le cas de l'ADN est spécial : c'est une double hélice qui ne remplit pas les fonctions structurelles ; c'est le refuge de l'information.
Les deux hélices sont enroulées entre elles, en sens inverse, c'est-à-dire en plaçant "en haut" la séquence répétitive des unités des sucres de phosphate d'un filament, celui de l'autre filament est ordonné "en bas".
C'est une structure très élégante, simple et efficace : les unités sucrières désoxiribose et les groupes de phosphates se trouvent à l'extérieur de l'hélice, tandis qu'à l'intérieur se trouvent les bases pour maintenir unis les deux filaments. L'information de l'ADN est basée sur la séquence de ces bases.
Les cellules humaines ont 23 paires de chromosomes, la moitié des parents et la moitié de la mère. Les ovules et les spermatozoïdes seulement 23. Et ces chromosomes ne sont pas purs. D'une cellule de 23 paires de chromosomes sont formés deux ovules, mais avant leur distribution, le processus appelé recombinaison se produit. Entre les paires de chromosomes avec la même information, les parties de l'ADN sont échangées, d'une certaine façon l'information du père et de la mère est mélangée, puis la division se produit. Ainsi, de génération en génération on ne transmet pas la même information génétique. En 1972, on réussit à faire de même au laboratoire. Des chercheurs de l'Université de Standford ont créé une molécule d'ADN de matériel génétique des deux virus. En 1970, les enzymes capables de connaître et de couper certaines séquences de la chaîne ADN ont été identifiées et, deux ans plus tard, Paul Berg a isolé l'une d'elles pour couper l'ADN. Il a coupé l'ADN du virus de singe SV40 qui produit le cancer et l'a unifié avec un virus qui contamine des bactéries par d'autres enzymes. La prochaine étape est cette molécule d'ADN E. Coli était greffé dans la bactérie, mais qui l'a obtenu a eu peur ou a laissé là l'expérience. La même année, avec d'autres chercheurs, il a publié une lettre dans la revue Science, dans laquelle il propose de suspendre pendant un an les recherches sur la recombinaison de l'ADN. Mais il n'a pas réussi. Le premier organisme génétiquement modifié est né à l'Université de Stanford en 1973. |
L'information contenant le matériel génétique peut être lue « manuellement », mais la plus petite bactérie a également de nombreuses données. La quantité de données est un problème grave tant dans la collecte, que dans le stockage et l'analyse.
La solution à ce problème est arrivée en 1986. L'Américain Leroy Hood a développé la première machine qui lit automatiquement la séquence de l'ADN. Cela a donné une grande impulsion aux projets créés pour connaître les gènes.
Le plus grand écho de ces projets est lié au séquençage complet du génome humain. Il s'agit d'un gigantesque projet d'accès et d'analyse de l'information contenue dans les 23 chromosomes de l'être humain, prétendument terminé.
La méthodologie qui a commencé à utiliser le PNS était lente et la première idée était de terminer le travail pendant quinze ans, bien que les progrès aient permis de réduire le délai et annoncé qu'il finirait en 2003.
En 1998, ils ont appris qu'une entreprise privée a lancé le même projet, la société Celera Genomics Corporation. Cette société voulait utiliser une méthodologie nouvelle et plus rapide. Les PNB ont alors changé la stratégie en essayant d'accélérer le processus. Au lieu de faire le travail avec une grande précision, un brouillon de la carte du génome sera élaboré dans un délai plus court. A partir de ce projet, un travail concret serait réalisé.
La société Celera Genomics avait une autre stratégie : briser tout le génome et lire le code de tous les morceaux. Avant de plonger complètement dans le projet, Celera Genomics a confirmé que la méthodologie était plus rapide en utilisant des génomes de petits organismes.
Le 13 février 2001, les revues scientifiques les plus prestigieuses du monde, Nature et Science, ont publié des numéros spéciaux pour la présentation de deux brouillons du génome humain, de l'organisation du Projet International de Génome Humain et de l'entreprise privée Celera Genomics, respectivement.
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