Les Mondes nouveaux de la biologie
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Les Mondes nouveaux de la biologie , livre ebook

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Description

La biologie connaît une véritable révolution. Marquée au cours des trois dernières décennies du xxe siècle par les découvertes de la biologie moléculaire, du génie génétique et de la génomique, la biologie enregistre aujourd’hui des avancées sans précédent, notamment avec la nouvelle biologie de synthèse. De la chimie biomimétique, qui vise à forger des molécules artificielles présentant des propriétés rappelant celles des enzymes, à la biologie synthétique, qui entreprend de remplacer les génomes naturels par des génomes artificiels, de la post-génomique au nouveau monde de l’ARN, des applications biotechnologiques et pharmacologiques aux avancées décisives pour la compréhension et, bientôt, le traitement des grandes pathologies comme les cancers ou les maladies du système nerveux, de Jean-Marie Lehn à Craig Venter, ce livre nous fait assister aux découvertes les plus récentes et les plus importantes pour notre avenir. François Gros est professeur honoraire au Collège de France et membre de l’Académie des sciences. Il est l’auteur de nombreux livres, notamment Les Secrets du gène, L’Ingénierie du vivant et Mémoires scientifiques, qui ont été de très grands succès. 

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 19 janvier 2012
Nombre de lectures 0
EAN13 9782738181787
Langue Français

Informations légales : prix de location à la page 0,1150€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait

© O DILE J ACOB , JANVIER 2012
15, RUE S OUFFLOT , 75005 P ARIS
www.odilejacob.fr
EAN : 978-2-7381-8178-7
Le code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5 et 3 a, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l'usage du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, « toute représentation ou réproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (art. L. 122-4). Cette représentation ou reproduction donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.
Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo
À Danièle
Introduction

La biologie connaît actuellement une évolution profonde. Bien plus, elle entame aujourd’hui certains changements assimilables à de véritables révolutions. Avant d’en présenter ici les traits caractéristiques, jetons un rapide coup d’œil sur son histoire pour mesurer le chemin parcouru. Passage de l’histoire naturelle à la biochimie, naissance de la biologie moléculaire, intervention du génie génétique, explosion de la génomique : toutes ces transformations ont, en effet, constitué autant d’étapes fondamentales pour la connaissance du vivant et continuent d’ailleurs à l’alimenter.

De l’histoire naturelle à la biochimie
Lorsque, au début du XIX e  siècle, le directeur du Jardin du Roi, Jean-Baptiste de Larmarck, invente – en même temps, d’ailleurs, que le savant allemand Treviranus – le mot « biologie », il est alors loin d’imaginer le développement fulgurant de la nouvelle discipline. Mais n’en décrions pas les débuts, lesquels remontent bien avant Lamarck lui-même, au motif que le but premier était surtout d’inventorier plantes et animaux. Connaître la biodiversité 1 , n’est-ce pas une préoccupation humaine par excellence ? La biologie serait toutefois demeurée au stade d’histoire naturelle, celle du recensement et de la classification des espèces et à leur description, si les scientifiques n’avaient cherché à ouvrir les « boîtes noires » du vivant ! Percer les mystères de l’alchimie cellulaire, voilà la mission que se sont impartie des générations de chercheurs.
Grâce à la biochimie, en premier lieu, les grandes fonctions physiologiques 2 , le métabolisme de la cellule deviennent peu à peu compréhensibles. Un danger guette cependant cette chimie cellulaire, celui de tomber à nouveau dans une démarche descriptive, même s’il est vrai que l’on doit à cette approche l’essentiel de ce que nous savons en énergétique cellulaire et des grandes voies métaboliques.

La biologie moléculaire et la génomique : deux nouveaux souffles
Dans la seconde moitié du XX e  siècle, la biologie, grâce à la vision de certains physiciens, va prendre un nouveau départ avec la naissance de la biologie moléculaire. L’adage qui préside à son application est simple : pour comprendre comment fonctionne la cellule, il ne suffit plus d’en décrire ni d’en isoler les constituants chimiques, il convient d’analyser comment ceux-ci opèrent au niveau physico-chimique et d’étudier leur structure à l’échelle moléculaire. Ainsi l’analyse de telles structures passe au premier plan. Les biologistes renouvellent leurs recherches grâce à des technologies en partie élaborées par des physiciens 3 et appliquées à l’analyse des macromolécules, l’accent étant désormais mis sur les processus de transmission héréditaire des caractères de la cellule. Les théories de l’information, si fructueuses en physique, exercent une grande influence en biologie. On s’intéresse au contenu informatif des grands biopolymères. L’attention considérable portée initialement, de façon quasi exclusive, aux protéines, véritables catalyseurs enzymatiques du vivant, pendant l’ère « métabolique » de la biologie, se focalise peu à peu sur les acides nucléiques, notamment sur l’ADN.
À l’époque, l’existence des gènes est connue de longue date, mais leur nature physique, leur « mode d’action » demeurent partiellement incompris. L’élucidation de la structure de l’ADN par J. Watson, F. Crick et M. Wilkins en 1953 marque le point de départ véritable de la biologie moléculaire. À partir de ce moment, la biologie va engranger, comme l’on sait, une moisson considérable de découvertes. Elle le devra aussi, il est vrai, au choix judicieux de ses modèles d’étude, les bactéries et leurs virus – les bactériophages –, déjà puissants leviers pour l’essor de la génétique. Dans quelle mesure les données et concepts issus des travaux sur les bactéries – notamment sur E. coli – sont-ils extrapolables à l’étude des organismes supérieurs ? La question devient centrale vers le milieu des années 1960. Comprendre le vivant, à ce niveau de complexité, ne se limite pas à un franchissement d’échelle. Le recours à des techniques permettant d’isoler les gènes des grands organismes, d’en analyser la séquence chimique, de commencer à en déchiffrer le contenu informatif et la régulation se révèle nécessaire. Elles seront apportées par le génie génétique, puis par la génomique au cours des trois dernières décennies du XX e  siècle. C’est grâce à elles qu’il est devenu possible de commencer à entrevoir la complexité de l’usine cellulaire et d’aborder les relations entre le fonctionnement du génome et les grandes étapes du développement normal et pathologique.

La biologie aujourd’hui : une certaine alliance du biologiste, de l’informaticien et du chimiste
Où se situent les grands problèmes aujourd’hui ? Cette question, en elle-même, peut paraître à la fois démesurée et présomptueuse ! C’est peu dire toutefois que d’impliquer ici l’énorme complexité des situations à traiter. Le génome ne mène pas en effet une existence autonome ! Au sein de cette usine miniature qu’est la cellule, il est en interaction, non seulement avec une multitude d’éléments internes à celle-ci, tels que les protéomes, les transcriptomes, c’est-à-dire avec de gigantesques réservoirs de protéines et d’acides ribonucléiques, mais aussi et surtout avec l’environnement. On imagine sans peine le lacis des facteurs de signalisation et de régulation mis en jeu pour activer ou réprimer les gènes cibles aux diverses phases du développement. L’esprit humain est placé ici devant une tâche titanesque : comment s’y reconnaître dans cet écheveau d’interactions ? Seules des approches modélisatrices, comme celles utilisées dans l’étude des réseaux, permettent de traiter des systèmes aussi complexes, impliquant de multiples boucles de rétroaction, des interactions en cascades, des variations oscillatoires, etc. Ainsi se forge peu à peu une véritable biologie des systèmes.
Mais il est aussi une autre façon d’aborder la complexité du vivant : c’est de changer les éléments essentiels de la cellule et d’analyser les effets qui en résultent. La biologie, depuis quelque temps, connaît de nouveaux développements grâce à la chimie de synthèse. D’où le nom désormais utilisé pour désigner cette nouvelle alliance de « biologie de synthèse ». Le mouvement a plutôt été initié par les chimistes eux-mêmes dans leurs premières tentatives visant à forger des molécules artificielles, mais présentant des propriétés rappelant par exemple celles des enzymes (qu’on pense à la chimie biomimétique impulsée par le chimiste et prix Nobel français J.-M. Lehn). Toute-fois, suite aux énormes progrès réalisés dans la synthèse chimique de molécules complexes issues du monde vivant 4 , la biologie synthétique s’intéresse désormais à la synthèse complète de génomes viraux ou cellulaires. L’un des objectifs visés (voir les travaux menés par l’équipe de J. Craig Venter) est ainsi de remplacer les génomes naturels de certains micro-organismes par des génomes arti-ficiels dont on aura pu modifier, par exemple, le nombre et la nature des gènes, afin de leur conférer des propriétés nouvelles présentant un intérêt biotechnologique : dépollution, fourniture d’énergie, hémisynthèse d’agents pharmacologiques, etc. Une autre voie empruntée par la biologie synthétique réside dans ses tentatives pour fabriquer des assemblages chimiques artificiels de protéines et d’acides nucléiques, manifestant des propriétés rappelant celles de cellules vivantes (réplication, activités pseudo-métaboliques, etc.).

Ambition et organisation de l’ouvrage
Dans ce livre, nous avons donc entrepris de montrer en quoi la biologie contemporaine permet de faire avancer nos connaissances sur certains des aspects fondamentaux touchant à l’origine et à la nature même du vivant ; nous avons aussi voulu examiner en quoi ces connaissances sont susceptibles de déboucher sur des applications concrètes dans le domaine de la santé. Tenter de percer les mystères des origines de la vie, de comprendre les mécanismes qui sous-tendent l’évolution des espèces et le fonctionnement de ce formidable microcosme qu’est l’usine cellulaire, constitue en quelque sorte les facettes d’un même et gigantesque problème. Satisfaire une telle ambition a-t-il des chances d’améliorer nos conditions de vie et de fournir des outils nouveaux à la médecine ?
La première partie de notre ouvrage sera ainsi consacrée à l’exploration de ce problème clé : les origines de la vie, l’évolution et la biodiversité. La génétique moléculaire et la génomique fournissent, en effet, nous le verrons, des éclairages beaucoup plus précis sur l’apparition des principaux règnes du vivant, sur la diversification des espèces et, aussi, sur les menaces dont elles peuvent subir les effets aujourd’hui. Ces disciplines et les techniques qui s’y rattachent apportent également des informations inattendues sur les débuts de l’hominisation.
Notre deuxième partie tentera de mettre en lumière deux aspects du renouveau en biologie moléculaire. Nous décrirons certains des travaux qui s’y rattachent et qui touchent en particulier aux perspectives associées à la synth

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