LA BARQUE DE DELPHES

Ce que révèle le texte des génomes

par Antoine DANCHIN

Thème: Sciences 398 pages ISBN: 2738105912 date: mai 98

Résumé:

"Cela se répand comme une rumeur, puis comme une banalité : depuis la fin des années quatre-vingts on entend parler du "séquençage du génome humain". Et cette phrase énigmatique est censée être parlante. Mais "séquençage" n'a pas grand sens (c'est même un néologisme introuvable dans le Robert). Pour ce qui est du "génome" les grands media, tout comme la littérature scientifique récente, ont exposé en détail les possibilités de connaître bientôt complètement le "génome humain". Il s'agirait de déterminer la succession — voilà que "séquence" prend son sens — des motifs chimiques qui constituent les chromosomes. Mais notre connaissance de l'hérédité est si récente que beaucoup n'ont tout simplement eu l'occasion de rencontrer ni le vocabulaire de base, ni a fortiori les concepts de l'hérédité. Aussi, si l'on veut aller au delà de l'allusion à un exploit de la technique moderne, ou encore à une nouvelle façon de guérir un grand nombre de maladies (qu'on associe plus ou moins à des gènes), on ne rencontre presque rien sur les raisons fondamentales donnant l'intérêt le plus extraordinaire aux projets qui visent à obtenir la connaissance chimique complète des organismes vivants, les projets de séquençage de génomes entiers.

Louis Pasteur était le héros de l'année 1995. On célébrait cette année-là le centenaire du créateur de la microbiologie. Mais ce fut aussi l'année d'une révolution, demeurée relativement obscure malgré son immense importance : le laboratoire de Craig Venter, aux états-Unis, publiait la séquence complète du génome de deux bactéries pathogènes. S'agissait-il d'une simple prouesse technique ou bien étions-nous en face d'un tournant décisif, qui change irréversiblement l'avenir de la génétique ? Ce que montre ce livre c'est que nous nous trouvons à une étape cruciale : plus jamais nous ne comprendrons, ni nous n'organiserons notre façon de penser la vie ou nos expériences comme nous l'avons fait jusqu'à présent. Pour l'essentiel ce livre expose en quoi la connaissance de génomes entiers rend la vie désormais à la fois plus compréhensible, mais aussi infiniment inaccessible à la prédiction et différente de tout ce qu'on a coutume de considérer dans le monde de la physique et de la chimie. La vie est, au sens le plus fort, créatrice. Et l'on peut commencer à comprendre comment un trait capital des processus à l'œuvre est la nature symbolique des interactions qui relient les objets qui composent le vivant. Les grandes fonctions du contrôle qui opère un peu partout dans la vie, par exemple, capturent et retiennent les structures qui les mettent en œuvre. L'évolution retient les organismes qui ont pu créer de grandes fonctions capables de gérer un avenir toujours imprévisible. Ce n'est donc pas en général la structure qui dit la fonction, mais l'inverse. Et connaître la séquence des génomes nous permet d'entrevoir comment se réalise ce processus de capture des architectures, au bénéfice des fonctions nécessaires à la vie.

Pourquoi séquencer les génomes ? Pour établir, d'abord, le catalogue des gènes d'un être vivant. Tous les grands domaines de la science ont ainsi évolué à partir d'un point de départ où un champ particulier du monde physique a été soumis à quelque sorte de classification, de taxonomie ou de systématique. Mendeleieff, par exemple, a construit le catalogue des atomes présents dans l'univers ; on a établi le catalogue des étoiles visibles dans le ciel nocturne ; et l'on continue à établir le catalogue des plantes et des animaux, cherchant ainsi à organiser notre connaissance de la totalité du monde vivant. De la même façon, avant de comprendre les bases moléculaires de la vie, nous devons commencer par établir la description chimique complète de la cellule. Cela demande d'identifier toutes les petites molécules élémentaires qui concourent à construire la cellule et à la faire vivre. Et, de fait, la plupart de ces petites molécules a déjà été identifiée chez des organismes modèles. Mais ces molécules sont manipulées par d'autres molécules qui sont, elles, géantes. Or, ces macromolécules, nous sommes fort loin de les avoir identifiées toutes. Et le plus souvent, nous n'avons pas caractérisé leur fonction dans la cellule. Séquencer un génome dans son entier est un pas dans cette direction. Au moyen des grandes règles du code génétique — dont nous verrons le principe — nous avons accès non seulement à l'étude de la fonction des macromolécules, mais encore au lien qui existe entre l'hérédité proprement dite et leur synthèse dans les différentes cellules. L'étude du génome nous fournit une liste de tous les objets nécessaires pour faire vivre une cellule. Nous sommes là très loin de comprendre la vie, car elle résulte sans nul doute de bien autre chose que de la simple juxtaposition d'objets d'une collection. Mais un génome n'est pas seulement une succession de gènes. Le séquencer nous donne non seulement accès à la collection de macromolécules essentielles à la vie, mais surtout nous le fait comprendre comme le programme, le patron qui permet de construire et de faire fonctionner la cellule. De façon plus précise nous verrons que connaître la séquence de génomes entiers ouvre un nouveau champ de recherche semblable à celui de ces sciences qui tentent de déchiffrer des textes écrits dans des langues inconnues, ou qui cherchent à briser des codes secrets. Nous sommes au tout début d'une nouvelle ère de la science. Mais les premiers éléments qui sont déjà en notre possession (le code génétique n'est pas la moindre de ces connaissances) nous permettent de caractériser beaucoup des objets qui retiennent l'attention des chercheurs en génétique moléculaire, la fonction, la structure, l'histoire et la régulation de l'expression des gènes.

Au delà de la chimie, les projets de séquençage des génomes nous permettront d'atteindre beaucoup plus qu'un catalogue, et nous mèneront au cœur de ce qui fait la vie, à condition que nous soyons en mesure de comprendre les relations qui existent entre les différents objets ainsi identifiés. Cela suppose donc commencer par une représentation de ce qu'est la vie. L'image du programme, ou du bleu des architectes, en est sans doute la meilleure illustration. La nature est ainsi faite que les organismes vivants, tous les organismes vivants, se construisent par référence à une molécule originale formée de quatre types de motifs chimiques voisins, enchaînés comme le sont les signes d'un texte alphabétique. Ce texte est interprété par une mécanique chimique compliquée, en objets qui manipulent tous les composants de l'organisme, pour les transformer, les mettre en forme, les positionner, en assurer la stabilité dans l'espace et dans le temps, et le nombre adéquat. Il constitue le plan, ou le programme de construction et de survie de l'organisme. A lui seul, évoluant au fil des 3 milliards et demi d'années qui se sont écoulées depuis l'origine de la vie, il détermine ce qui fait la spécificité d'un organisme donné.

Nous commencerons donc par chercher à définir ce qu'est la vie en utilisant nos connaissances analytiques modernes, sans nous contenter du vague de ces descriptions globales qui ne font allusion qu'à des comportements indéfinis, comme le mouvement ou la reproduction. Nous nous débarrasserons aussi, rapidement, de la conséquence la plus fréquente et la plus malheureuse de la méthode analytique, qui veut que l'on explique les choses par la saisie du seul catalogue complet des objets qui forment le système étudié. Ce reste de l'esprit collectionneur d'objets disparaîtra dès que nous aurons compris — et c'est si évident qu'on s'étonne que cela ne soit pas plus souvent dit — que ce qui compte dans la vie sont des relations entre objets, et non les objets eux-mêmes. La matière essentielle de ce livre sera de mettre en évidence quelques unes de ces relations. Nous nous pencherons en particulier sur le mode de transmission d'une génération à l'autre du système de relations qui constitue la cellule vivante. Nous verrons que le génome, plus exactement le texte génomique, peut nous dire beaucoup de ce qui fait la vie.
Nous parlerons aussi un peu de la politique associée à la science des génomes, car il faut parfois replacer les découvertes dans leur contexte social et politique. Et il est important de comprendre comment la communauté scientifique internationale parvient désormais à avoir accès à un nombre toujours croissant de séquences de génomes complets. Dès la fin 1996 près d'un nouveau génome complet était publié chaque mois, et les choses semblaient aller en s'accélérant. Il s'agit là d'une des quêtes les plus fascinantes du savoir au vingtième siècle, et l'objectif de comprendre le sens de ces textes génomiques est un défi majeur pour le vingt-et-unième siècle. Après un intermède technique, permettant au lecteur de se rendre compte concrètement de la façon dont on procède pour connaître les génomes, nous en viendrons aux projets des quinze dernières années de ce siècle, et à leur histoire — histoire d'organismes vivants, d'hommes, de techniques et de politiques — puis nous en arriverons, avant d'aller vers le futur, à la conclusion, qui fut pour moi la plus grande, mais aussi la plus merveilleuse des surprises : le plan de la cellule est dans le chromosome."

THE DELPHIC BOAT

What genomes tell us

by Antoine DANCHIN

Theme: Sciences 368 pages ISBN: 0674009304 date: january 2003

Summary:

The promises held by genetic engineering and by the intervention into the human genome do not cease to fascinate. These promises include identifying the genes that transmit certain diseases, developing new types of vaccines, producing new medication, assisting in diagnosis, providing gene therapy, identifying criminals, and understanding the main movements of the evolutionary process. What are the fundamental scientific stakes involved in genome analysis? What are the basic principles that will allow us to obtain complete knowledge of the chemical composition of certain living organisms? What are the conditions and international rivalries that will govern the outcome of genetic engineering?

Comments in EMBO Reports, comment in Nature Genetics, comment in Nature , comment in the American Journal of Human Biology , see also other references and comments at our "Philosophy" publications page]

Antoine Danchin establishes a picture of the most important biological discovery of the late 20th century: he lists the rules that govern the genetic code, gives examples of the early intervention into whole genomes, and highlights the importance of the manner in which the various parts of an organism relate to one another. Finally, by showing us that life is beyond prediction, he demonstrates its infinite capacity to create the unexpected.