Révolution scientifique ou continuité historique?

Aux origines du génie génétique

Le génie génétique apparaît dans la première moitié des années 1970. Il désigne la capacité d'extraire du matériel génétique à partir d'une cellule de n'importe quelle espèce vivante (levure, bactérie, vanille, chèvre ou être humain, aucune importance), de le copier à volonté et de le transférer dans n'importe quelle autre espèce (maïs, coton ou cochon, peu importe). Bref, le génie génétique désigne la "maîtrise" directe du support de l'hérédité, commun à l'ensemble du vivant.

Le génie génétique est tout sauf "un don de la nature" qui tomberait du ciel bleu en cette fin de XXesiècle. Il est l'aboutissement d'un long et systématique processus de domestication de la nature. S'il est quelque chose, le génie génétique est un don de la culture. En même temps -et c'est toute la difficulté-, il rompt, de façon radicale, avec le champ du possible au moment de son avènement, il y a 20ans.

Pourquoi cette rupture et pourquoi le génie génétique apparaît-il à la fois si puissant et si menaçant? En tout premier lieu, parce qu'il repose sur l'accès absolument nouveau au code universel qui détermine le fonctionnement biologique du monde vivant. De même que des lois physiques universelles (telle que E=mc2) régissent le fonctionnement de l'univers, la vie possède une base de fonctionnement universelle: les gènes et toute la machinerie cellulaire nécessaire à leur "expression". Le génie génétique définit le savoir-faire pratique qui permet d'interagir avec cette base universelle.

UN MOINE GÉNÉTICIEN

Afin de mieux comprendre et d'envisager un certain nombre de conséquences (au fil des articles à paraître dans cette série sur le génie génétique) que cette percée technologique implique, il importe, dans un premier temps, de saisir l'origine de la soudaine maîtrise de la nature qui en est la cause commune. Indéniablement, elle provient du développement des sciences. C'est à l'orée du XXesiècle que la communauté scientifique saisit la pertinence des travaux accomplis 30ans auparavant, dans le monastère de Brno, en Autriche, par un moine: Gregor Mendel. En cultivant de façon extrêmement méthodique des petits pois dans le jardin du monastère, Mendel s'aperçoit, dès les années 1860, que des lois gouvernent, de façon stricte, la transmission de leurs caractères: taille, couleur ou forme des feuilles, par exemple. S'appuyant sur ces lois, la génétique, science de l'hérédité, prend son essor au début du siècle et met au jour, pas à pas, leurs bases matérielles, notamment les chromosomes.

En parallèle, une autre science complètement nouvelle prend son élan: la biochimie. Cette discipline a pour objet les réactions chimiques qui se déroulent à l'intérieur de la cellule et qui mettent en jeu, en particulier, des protéines (voir ci-dessous), dont font partie, par exemple, les enzymes. Pendant longtemps, génétique et biochimie se développent sans interagir.

En fin de compte, en 1940, la compréhension du vivant repose sur deux entités: le gène (on sait qu'il est une des entités constituantes du chromosome) et la protéine. Tandis que les généticiens s'intéressent à l'hérédité, les biochimistes s'occupent de catalyse enzymatique. Mais pour que ces deux disciplines puissent se féconder mutuellement, deux éléments font encore défaut: d'une part, le rapport entre gène et protéine; d'autre part, la nature chimique des gènes.

UNIVERSALITÉ DU CODE

En 1941, la relation entre un gène et une protéine est établie: on comprend qu'un gène "code" pour une protéine. Autrement dit, on comprend que chaque gène permet la synthèse d'une protéine, par exemple l'insuline. En 1944, vient le deuxième élément manquant: le support chimique des gènes est l'ADN (voir ci-dessous). Ces deux découvertes donnent naissance à la biologie moléculaire.

Notamment parce qu'ils s'intéressent au problème de la transmission de l'information, de nombreux physiciens, au lendemain de la seconde guerre mondiale, débarquent dans les laboratoires de biologie. L'un d'entre eux, Francis Crick, associé à un biologiste moléculaire, James Watson, met en évidence, en 1953, la structure en double hélice de l'ADN. Une découverte absolument décisive, car à partir du moment où l'on connaît la structure physique des gènes, il devient possible de comprendre comment - selon quel code - ils stockent l'information nécessaire à la fois au fonctionnement de la cellule et à sa transmission de génération en génération. Or, ce code s'avère extraordinairement simple (voir ci-dessous).

Ensuite, moins de dix ans suffisent à François Jacob et à Jacques Monod pour découvrir la première régulation de l'expression d'un gène, chez la bactérie Escherichia Coli. Tout va alors très vite. Une décennie seulement plus tard, les généticiens découpent, isolent, copient et multiplient (clonent) les gènes, les insèrent dans d'autres espèces, contrôlent leur expression pour permettre la synthèse de protéines à grande échelle... L'ensemble de ce savoir-faire technologique reçoit l'estampille "génie génétique".

APPLICATIONS INFINIES

Tout ce travail confirme un fait majeur: de la puce à la baleine, de la marijuana au baobab, du bacille de la peste porcine à Isabelle Adjani, le code génétique est le même. Cela signifie que lors de la synthèse de protéines, les gènes sont lus de la même manière par tous les organismes, quels qu'ils soient. Conséquence: on peut insérer le gène d'un poisson arctique qui code pour une protéine antigel dans une tomate californienne, le gène humain qui code pour l'insuline dans une vulgaire levure, le gène qui code pour la résistance à la larve de pyrale dans le maïs... A chaque fois, la machinerie cellulaire nécessaire au décodage du gène et à la synthèse protéique fonctionne de la même façon. On voit donc pourquoi les applications potentielles sont infinies. De fait, l'essor des bio-industries provient de cette universalité du code génétique.

Aujourd'hui, les exemples d'applications industrielles se multiplient. Dans le domaine médical, par exemple, la firme Novo-nordisk, à Kalunjborg au Danemark, fabrique de l'insuline humaine grâce à des levures, ce qui permet de soigner le diabète de nombreuses personnes. A Edimbourg, les brebis transgéniques clonées fabriquent de l'alpha-1 antitrypsine humaine pour soigner la mucoviscidose et certains cas d'emphysème pulmonaire (voir notre édition du 25 février). La firme PPL Therapeutics attend de pouvoir commercialiser cette production, mais encaisse déjà les bénéfices.

Dans le domaine agricole, la firme Novartis, en revanche, cherche, mais éprouve de grandes difficultés, à vendre à l'Europe son maïsBt résistant à la pyrale. Bien entendu, les enjeux autour des applications médicales ou pharmaceutiques sont considérablement différents des enjeux autour des applications dans le domaine agricole. Mais avant de les aborder, un autre point fondamental doit être élucidé: le rapport entre biotechnologies et génie génétique.

DES CHAMPS D'HÉMOGLOBINE?

Selon une définition large, les biotechnologies concernent le traitement biologique de la matière vivante. Il s'agit avant tout d'un ensemble de recettes et de procédés transmis par les traditions. Or, depuis la nuit des temps, les êtres humains ont utilisé, notamment dans le registre alimentaire, les vertus des microbes pour préparer, conserver, fermenter et, d'une manière générale, améliorer leur nourriture et leurs boissons. De même, nos aïeux n'ont pas attendu le génie génétique pour déceler les vertus curatives, adjuvantes ou psychédéliques d'extraits de champignons, de végétaux ou d'animaux, où encore l'intérêt de certains micro-organismes pour produire des textiles (par exemple, avec le rouissage du chanvre).

Incontestablement, le génie génétique s'inscrit en continuité avec cette tradition au moins dix fois millénaire. Mais, en même temps, il ouvre des possibilités qui, de très loin, surpassent et surclassent ce savoir-faire traditionnel. Un seul exemple, parce qu'il est frappant, suffit à le montrer: lorsque des chercheurs français de l'Institut national de la recherche agronomique (INRA) insèrent le gène humain qui code pour l'hémoglobine dans leurs plants de tabac, ils ne contribuent pas à fabriquer des cigarettes, mais du sang humain. Aussi ingénieux furent nos ancêtres, ils ne pouvaient pas faire ce genre de chose. Libre à chacun, bien sûr, de ne pas y voir un saut quali

tatif considérable.

Jacques Mirenowicz

Cet article est le second d'une série consacrée au génie génétique.

Au cour du génie génétique, les deux acteurs-clefs sont le gène et la protéine. Il suffit de comprendre les rapports entre eux pour saisir les enjeux techniques les plus fondamentaux du génie génétique. Les protéines sont plus faciles à décrire. Ce sont des acides aminés, petites molécules simples, attachés les uns à la suite des autres. Il existe 20acides aminés constitutifs des protéines. L'ordre dans lequel ils s'enchaînent détermine la configuration de la protéine dans l'espace et ses propriétés chimiques dans la cellule: par exemple, la capacité d'abaisser la température de congélation dans le cas d'une protéine antigel.

Le matériel chimique constitutif des gènes est une très longue molécule, l'acide désoxyribonucléique, mieux connu sous son acronyme ADN. Il y a une correspondance entre la séquence des "briques" élémentaires, qui compose l'ADN, et celle des acides aminés qui forment la structure des protéines. Chimiquement, ces briques sont des bases. Il en existe quatre: l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Chaque "triplet" de bases (par exemple, ATC ou GCG) "code" pour un acide aminé. Souvent, plusieurs triplets codent pour un même acide aminé.

Au bilan, puisque la séquence de bases détermine la séquence de triplets, elle détermine aussi celle des acides aminés. Et comme, à son tour, l'enchaînement des acides aminés détermine la nature et les propriétés des protéines, on dit qu'un gène "code" pour une protéine.

JMZ