Une biologie pour le développement

François Gros

Description

Nous courrons à notre perte si nous suivons toute les civilisations atteignent le niveau de développement qu'est celui de l'Occident. La question de notre futur se pose légitimement. Quel sera le visage de l'humanité au seuil du XXIIe siècle ? La réponse dépend de notre détermination à maîtriser les puissantes transformations qui marquent ce début du XXIe : croissance démographique sans précédent, vieillissement des populations, flux migratoires irrépressibles, diminution parfois dramatique des ressources naturelles, bouleversement de certains cycles climatiques millénaires, expansion fulgurante de pathologies nouvelles… Nombre de ces transformations s'inscrivent dans l'évolution générale complexe et souvent inévitable de notre planète non seulement au plan géo-écologique, mais aussi économique, politique, sociétal… Ce bouleversement constitue un défi pour le développement des sociétés humaines, qui possèdent cette faculté unique de pouvoir améliorer leur condition.

Pour faire face à ces évolutions, voire à ces menaces, jamais les ressources de la science, même si elles ne sauraient suffire, n'ont paru plus nécessaires. Une révolution scientifique s'impose, rien de moins, un renversement qui contribue à rendre l'homme plus durablement maître de son destin avec le souci d'un monde plus solidaire et plus respectueux de l'environnement.

Tous les domaines – ou presque – se trouvent interpellés. Mais plus que toute autre le seront les sciences de la vie, qui connaissent aujourd'hui des changements profonds tant dans leurs concepts, leurs techniques exploratoires que leurs applications. Témoin, et souvent acteur clef de la naissance de la biologie moléculaire, ancien professeur au Collège de France et à l'Institut Pasteur, François Gros tente d'analyser ici les rapports de cette biologie en pleine mouvance avec les nouveaux défis du développement.

Sujets

• Sciences de la nature
• Biologie
• Sciences de la terre
• Science de la Terre
• Life Sciences
• Sciences et techniques
• Biology
• Environment
• Science
• Environnement

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 01 février 2009
• Nombre de lectures: 6
• EAN13: 9782759809110
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

UNE BIOLOGIE POUR LE DÉVELOPPEMENT

UNE BIOLOGIE POUR LE DÉVELOPPEMENT

François Gros

Préface de Jean-Michel Roy

17, avenue du Hoggar Parc d’Activité de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France

ISBN-: 978-2-7598-0366-8

Imprimé en France

Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les " copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé 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 repré- sentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite " (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.

© EDP Sciences 2009

PRÉFACE

SOMMAIRE

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INTRODUCTION GÉNÉRALE ................................................................

I. LE FABULEUX DESTIN DE LA BIOLOGIE

I.1. APERÇUS HISTORIQUES .................................................................  I.1.1. La vision des anciens ..................................................................  I.1.2. L’épopée naturaliste et la physiologie expérimentale ...............  I.1.3. À la recherche d’un formalisme unificateur du vivant (enzyme,  métabolismes, bio-énergétique) .........................................................

I.2. LA BIOLOGIE MOLÉCULAIRE ET SES RÉALISATIONS  I.2.1. La biologie moléculaire du gène (double hélice, expression et  régulation génétiques, le « dogme central ») ..................................... l ADN et double hélice........................................................ l Fonction des gènes et régulation (premiers concepts)...  I.2.2. Le code génétique – Le transfert de l’information génétique :  transcription et traduction du code génétique ................................... l L’ARN messager et le code génétique.............................. l Synthèse des protéines.....................................................  I.2.3. Régulation des gènes – Le répresseur – L’opéron lactose........  I.2.4. Le dogme central de la Biologie moléculaire ............................

I.3. GÉNIE GÉNÉTIQUE – CONSÉQUENCES À CARACTÈRE FONDAMENTAL – APPLICATIONS.......................................................  I.3.1. Génie génétique – Découverte – Biologie des organismes  supérieurs ............................................................................................  I.3.2. Exons-Introns ............................................................................  I.3.3. Épissage .....................................................................................  I.3.4. Ribozymes et monde des ARN ..................................................

I.4. LA COMPLEXITÉ DU MATÉRIEL GÉNÉTIQUE CHEZ LES ORGANISMES « EUCARYOTIQUES » ...........................................  I.4.1. Compaction de la chromatine – Nucléosomes ..........................  I.4.2. Modifications épigénétiques......................................................  I.4.3. Régulation positive – Promoteurs – Séquences cis-régulatrices

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I.4.4. ADN codant et non codant ........................................................ I.4.5. Éléments répétitifs.....................................................................

I.5. GÉNOMIQUE – DONNÉES GÉNÉRALES – CONSÉQUENCES – APPLICATIONS........................................................................................  I.5.1. Génomique structurale et fonctionnelle .................................... l Les « surprises » de la génomique – Le nombre des gènes  I.5.2. Polymorphisme génétique – Les SNP .......................................  I.5.3. Une Biologie des « Ensembles moléculaires » : transcriptomes  – protéomes......................................................................................... l Transcriptomes – Puces à ADN...................................... l Protéomes......................................................................... l Interaction des protéines................................................. l Du génome au phénome !................................................  I.5.4. Qu’est-ce qu’un gène ? La biologie des systèmes ......................

I.6. UN SOUFFLE NOUVEAU EN BIOLOGIE MOLÉCULAIRE – LE MONDE DES ARN ET LES PHÉNOMÈNES D’INTERFÉRENCE – RETOUR EN FORCE SUR L’ÉPIGÉNÉTIQUE .......................................  I.6.1. Le monde des ARN.....................................................................  I.6.2. Si-ARN et micro ARN ................................................................ l Formation – Transport et appariements des micro-ARN  (Drosha, Exportine, Dicer et Risc)..................................... l Applications.....................................................................  I.6.3. Retour en force sur l’épigénétique – Quand l’hétérodoxie  devient symbole d’ouverture............................................................... l Méthylation de l’ADN...................................................... l Répression transcriptionnelle des transposons............. l Empreintes parentales..................................................... l Inactivation du chromosome X....................................... l Modifications des histones et rôle des variants d’histones  dans le contrôle épigénétique.............................................

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I.7. DE LA BIOLOGIE CONTEMPORAINE AUX DÉFIS DU DÉVELOPPEMENT. .......................................................................... 93  I.7.1. Réflexions sur la biologie contemporaine.................................. 93  I.7.2. Que peuvent les sciences pour un développement durable ?  Le rôle de la biologie ........................................................................... 95  I.7.3. Santé........................................................................................... 96  I.7.4. Agriculture ................................................................................. 97  I.7.5. Environnement-Biodiversité – Évolution ................................. 98  I.7.6. Remarques générales ................................................................. 100

Les frontières de la science

II. LA BIOLOGIE ET LES GRANDS DÉFIS DU DÉVELOPPEMENT

II.1.SANTÉ..............................................................................................  II.1.1. Maladies infectieuses (renouveau de la microbiologie, vaccins,  diagnostics et thérapeutiques anti-virales, zoonoses, maladies à  prions) ..............................................................................................  II.1.1.1. Le retour des maladies infectieuses – Les maladies de la  pauvreté – Maladies tropicales négligées......................................  II.1.1.2. La microbiologie et son renouveau................................... l Considérations générales................................................ l Les facteurs d’un renouveau en microbiologie............... l Génomique et virulence................................................... l Les cellules cibles et les mécanismes de pénétration  des bactéries pathogènes.................................................... l Gènes de susceptibilité..................................................... l Environnement et réservoirs d’agents pathogènes........  II.1.1.3. Vaccinologie ...................................................................... l Aperçus historiques et généralités.................................. l Divers types de vaccins.................................................... l Les défis posés par le SIDA, le paludisme et la tuberculose  II.1.1.4. Les zoonoses...................................................................... l SIDA (les virus HIV)........................................................ l SRAS................................................................................. l Ebola................................................................................. l Chikungunya.................................................................... l Grippe aviaire.................................................................. l Marburg, West-Nile......................................................... l Recherches récentes.........................................................  II.1.1.5. Diagnostics et thérapies des maladies virales – Un aperçu...... l Thérapies antivirales.......................................................  II.1.1.6. Les maladies à prions........................................................ l La protéine « prion » PrPsc............................................. l Maladies à prions............................................................  II.1.2 Maladies génétiques – Thérapie génique..................................  II.1.2.1. Historique .........................................................................  II.1.2.2. L’exemple de la myopathie de Duchenne (DMD) –  Un cas d’école.................................................................................  II.1.2.3. Les affections neurologiques ............................................  II.1.2.4. Gènes de susceptibilité – Polymorphismes et maladies  – Gènes du système HLA............................................................... l Système HLA et prédispositions aux maladies............... l Gènes de susceptibilité et polymorphismes type SNP....

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 II.1.2.5. Thérapie génique – Le gène médicament et la chirurgie  du gène ........................................................................................... 138 l Travaux d’A. Fischer et M. Cavazzana Calvo................. 139 l La stratégie du « saut d’exon »........................................ 140  II.1.2.6. Maladies et malformations congénitales de l’enfant ....... 141 II.1.3. Cellules souches et thérapie cellulaire (un espoir pour les maladies dégénératives)...................................................................... 142  II.1.3.1. Considérations sur la biologie du développement ........... 142  II.1.3.2. Cellules souches adultes ................................................... 144 l Cellules souches sanguines.............................................. 144 l Autres types de cellules souches adultes......................... 146 l Cellules souches neurales.641................................................ l Plasticité des cellules souches adultes............................. 147  II.1.3.3. Cellules souches embryonnaires ...................................... 148 l Historique......................................................................... 148 l Découverte des cellules souches embryonnaires humaines  et applications potentielles................................................. 149 l Risques.............................................................................. 151 l Transfert nucléaire somatique (clonage thérapeutique) –  clonage reproductif chez l’animal...................................... 151  II.1.3.4. Aspects éthiques dans l’utilisation des cellules souches  embryonnaires ............................................................................... 153 II.1.4. Vieillissement – Sénescence et mort cellulaire (Apoptose) – Cancers .............................................................................................. 154  II.1.4.1. Vieillissement – Considérations générales ...................... 154  II.1.4.2. Génétique et longévité...................................................... 156 l Relations entre génomique et longévité dans l’espèce  humaine......................................................................................... 159 l Sur les causes du vieillissement physiologique0.....6.1......... l Vieillissement moléculaire – Effets des radicaux libres. 161  II.1.4.3. Sénescence cellulaire ........................................................ 162  II.1.4.4. Apoptose – Mort cellulaire programmée......................... 162  II.1.4.5. Apoptose et cancers .......................................................... 165  II.1.4.6. Mécanismes moléculaires de l’apoptose .......................... 167  II.1.4.7. Cancers.............................................................................. 170 l Données épidémiologiques.............................................. 170 l Cancers dans le monde et leur incidence grandissante  dans les pays en développement........................................ 170 l Biologie du cancer – Oncogènes – Gènes suppresseurs –  Systèmes de réparation...................................................... 173 l Gènes sentinelles.............................................................. 175 l Systèmes de réparation et cancers.71....6.............................

Les frontières de la science

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l Facteurs épigénétiques.................................................... 177 l Contrôle épigénétique du développement des cellules  souches cancéreuses............................................................ 178 II.2. AGRICULTURE – NUTRITION – NOURRIR LES HOMMES – LES DÉFIS DE LA MALNUTRITION – PLANTES TRANSGÉNIQUES (DONNÉES, ESPOIRS ET CRAINTES) ................................................... 181  II.2.1. Nourrir la communauté des hommes – Les données du  problème et les défis à relever............................................................. 181  II.2.1.2. Une crise alimentaire mondiale – Le « retour de la faim ».. 185  II.2.2. Apports de la génomique ......................................................... 187  II.2.3. Les plantes transgéniques – Quelques données générales ..... 188 l Principaux types de modifications introduites par  transgénèse végétale à des fins agricoles........................... 190 l Sécheresse et salinité........................................................ 190 l Autres caractéristiques.................................................... 192 l Physiologie globale – Qualité nutritive.......................... 195 l Transgénèse végétale et santé......................................... 196 l Espoirs – Réserves – Risques potentiels......................... 197  II.2.4. L'élevage composante majeure de l'alimentation humaine –  Perspectives et effets sur l'environnement ......................................... 201 l Recherche......................................................................... 202 l Environnement................................................................ 204 II.3. ENVIRONNEMENT – ÉNERGIES – BIODIVERSITÉ ................... 207  II.3.1. Défis énergétiques – Effets de serre – Énergies renouvelables  Biocarburants ...................................................................................... 207  II.3.1.1. Défis énergétiques – Changements climatiques .............. 207  II.3.1.2. Énergies non émettrices de CO ....................................... 209 2  II.3.1.3. Énergies renouvelables..................................................... 210 l Photovoltaïque................................................................. 210 l Biomasse........................................................................... 211 l « Carburant contre aliment » (fuel versus food)............ 211 l Biocarburants de deuxième génération.......................... 212  II.3.2. Biodiversité............................................................................... 213  II.3.2.1. Connaissance et protection de la biodiversité ................. 213 II.3.2.1.1. Données générales – Menaces et préoccupations  pour un patrimoine commun ................................................... 213 l Les effets du réchauffement climatique.......................... 214 l Urbanisation, déforestation, agriculture extensive....... 215 l Prises de position et mesures internationales................ 215  II.3.2.1.2. La variété des espèces vivantes – Une exploration  inachevée................................................................................... 216