L'ADN contient du code génétique, mais qu'est-ce qui le lit? L'auteur de 'Gene Machine' explique

La fameuse double hélice est essentielle à l’étude de la biologie dans le monde entier. Mais ces molécules fondamentales ne peuvent pas fonctionner seules. L'ADN stocke le code source et les données pour construire nos corps, et sa découverte a ouvert la porte à d'innombrables nouvelles pistes de recherche, y compris la question «Quelle machine lit notre code?

La biologiste Venki Ramakrishnan, lauréate du prix Nobel, décrit le chemin à parcourir pour trouver la solution Machine à gènes: la course pour déchiffrer les secrets du ribosome. Il expose son parcours ambitieux face à l'incertitude, expliquant non seulement la science avec clarté lucide, mais offrant également une perspective sur la politique complexe entourant la recherche du savoir avec humilité.

Ci-dessous un extrait de Gene Machine, publié cette semaine par Basic Books.

Émergeant de la brume primitive

Le début de la vie est l’un des grands mystères de la biologie. Toute vie nécessite une forme d'énergie dans le bon environnement chimique. Certaines personnes ont fait remarquer qu'une grande partie de la chimie utilisée par la vie ressemblait au type de chimie qui se produit aux bords des bouches géothermiques dans l'océan. Même s’il s’agit là d’une simple coïncidence, comme d’autres l’ont soutenu, il est utile de réfléchir aux conditions qui ont rendu possible l’émergence de la vie. Mais fondamentalement, la vie est plus qu'un ensemble de réactions chimiques; c’est la capacité de stocker et de reproduire des informations génétiques d’une manière qui permet aux formes de vie complexes d’évoluer à partir de formes très primitives. Selon ce critère, il ne fait aucun doute que même les virus sont vivants, même si les gens le mettaient en doute parce qu’ils avaient besoin d’une cellule hôte pour se reproduire. Cependant, quiconque est infecté par un virus et a été victime d'une infection par le corps ne doute pas que les virus sont vivants.

Le problème était que dans presque toutes les formes de vie, l’ADN était porteur d’informations génétiques, mais l’ADN lui-même était inerte et fabriqué par un grand nombre d’enzymes protéiques, qui nécessitaient non seulement l’ARN, mais également le ribosome. De plus, le sucre contenu dans l'ADN, le désoxyribose, était fabriqué à partir de ribose par une grande protéine complexe. Personne ne pouvait comprendre comment tout le système aurait pu démarrer. Les scientifiques qui pensaient au début de la vie, comme Crick, Leslie Orgel de l’Institut Salk de La Jolla et Carl Woese de l’Université de l’Illinois, ont suggéré que la vie avait peut-être commencé avec l’ARN. À l'époque, il s'agissait d'une pure spéculation - presque de la science-fiction - car on ne savait pas que l'ARN était capable de réaliser des réactions chimiques.

La découverte de Cech et Altman a tout changé. L'ARN était maintenant une molécule pouvant porter des informations sous forme d'une séquence de bases, tout comme l'ADN, et pouvait également effectuer des réactions chimiques telles que des protéines. Nous savons maintenant que les composants de base de l'ARN peuvent être fabriqués à partir de simples produits chimiques qui auraient existé dans le monde il y a des milliards d'années. Il est donc possible d’imaginer comment la vie a peut-être commencé avec de nombreuses molécules d’ARN fabriquées de manière aléatoire jusqu’à ce que certaines d’entre elles puissent se reproduire elles-mêmes. Une fois que cela se serait produit, l'évolution et la sélection naturelle pourraient permettre de fabriquer des molécules de plus en plus complexes, voire même quelque chose d'aussi complexe qu'un ribosome primordial. L'idée d'un monde d'ARN primordial, un terme inventé par Wally Gilbert, est devenue largement acceptée.

Le ribosome a peut-être commencé dans un monde dominé par l'ARN, mais, grâce à ses protéines, il est devenu un cheval de Troie. Les protéines se sont avérées bien meilleures pour effectuer la plupart des types de réactions que l'ARN car leurs acides aminés sont capables d'une chimie plus variée que la molécule d'ARN plus simple. Cela signifiait qu'à mesure que les protéines étaient fabriquées, elles évoluaient progressivement pour prendre en charge la plupart des fonctions des molécules d'ARN, et bien plus encore. Ce faisant, ils ont transformé la vie telle que nous la connaissons. Cela peut également expliquer pourquoi, bien que le ribosome ait beaucoup d'ARN, les enzymes qui répliquent l'ADN ou le copient dans l'ARN sont maintenant entièrement constitués de protéines. C'est probablement parce que l'utilisation de l'ADN pour stocker des gènes est venue plus tard; à ce moment-là, les protéines étaient devenues prédominantes et effectuaient la plupart des réactions dans la cellule.

Bien sûr, cela n'explique pas comment des gènes portant un code pour fabriquer des protéines ont vu le jour. La meilleure hypothèse est qu'une forme précoce de ribosomes ne fait que de courts fragments de peptides aléatoires, ce qui contribue à améliorer les enzymes à ARN qui existaient à l'époque. Mais à partir de là, l'origine des gènes contenant les instructions pour fabriquer des protéines comportant des acides aminés enchaînés dans un ordre très spécifique a été un véritable bond en avant et constitue toujours l'un des grands mystères de la vie. Et cela signifierait qu’en plus de la grande sous-unité, de nombreux autres éléments devraient exister: l’ARNm pour porter le code génétique, les ARNt pour importer des acides aminés et la petite sous-unité pour fournir une plate-forme à l’ARNm et ARNt à lier. Mais avant la découverte de la catalyse de l’ARN, personne ne pouvait voir comment le système aurait pu commencer, même en principe.

Extrait de Gene Machine: La course au déchiffrement des secrets du ribosome par Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Publié par Basic Books