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Jean-Michel DEBRY • j.m.debry@skynet.be

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La génétique, une jeunette dans les sciences

À une époque où la génétique semble être le ferment de nombreuses recherches et applications en biomédecine, on aurait tendance à oublier qu’il s’agit d’une science jeune par rapport à la chimie par exemple. 1866 est en effet l’année où un moine de Brno (dans l’actuelle Tchéquie), Gregor Mendel, publiait Expériences sur des hybrides de plantes, qui ne décrivait rien moins que les lois de l’hérédité, pondérées par des valeurs relatives mais exactes. Ce texte, qui a longtemps été oublié ensuite, est désormais considéré comme l’un des plus fondamentaux de la biologie. Il n’y était pas encore question de gènes (pressentis par Charles Darwin), mais les lois étaient décrites grâce à de simples lignées de pois dotées de caractères différents. Il se dit que le moine Mendel aurait également démontré les mêmes lois sur des lignées de souris. Mais pour un religieux, ces expériences de reproduction de mammifères «faisaient tache» dans une abbaye. Ce que l’on sait moins, c’est qu’après sa mort, tous ses écrits ont fait l’objet d’un interdit, menant à leur destruction totale. Sauf pour ce qui avait déjà été publié. C’est la curiosité de 3 savants du tout début du 20e siècle qui a permis leur redécouverte, 34 ans plus tard. Et depuis, ce qui apparaît comme la base de la génétique moderne n’a plus quitté la sphère des connaissances avec tous les développements, théoriques et appliqués, qu’on lui connait aujourd’hui.

1866, soit la date pseudo-officielle de la naissance de la génétique, est aussi celle de la naissance d’un de ses plus fervents disciples: Thomas Hunt Morgan. Il n’a pas travaillé sur le pois, mais nanti d’aussi faibles moyens que son mentor, il a jeté son dévolu sur une des plus modestes mouches: la drosophile. C’est le même Morgan qui a précisé que les gènes, théorisés par Darwin, étaient portés par les chromosomes (cfr. «La théorie du gène», 1926), ce qui lui a valu le Prix Nobel la même année. La suite on la connait: les travaux se sont multipliés jusqu’à ce qu’en 1953, 2 biologistes, Crick et Watson, décrivent la structure de l’ADN qui, sur un mode biochimiquement simple, porte les caractères qui nous définissent, comme ils définissent le reste du vivant. ADN pour acide désoxyribonucléique… c’est «juste» un peu de chimie. On sait en revanche que si cette molécule porte, à la manière d’un code-barres biochimique, la vingtaine de milliers de caractères qui nous définissent, le tout n’est porté que par moins de 2% de cette grande molécule. Et le reste ? On demeure dans l’expectative. Il reste donc de la place pour tous les chercheurs qui voudraient associer leur nom à la transmission des caractères innés (la génétique) et acquis (l’épigénétique). Même âgée de 2 siècles, la génétique reste une science jeune et la porte reste largement ouverte pour de nouveaux apports décisifs !

   EMBO Journal 2026 (27): 2517-2521 

La palourde a 2 grandes qualités,
lesquelles ?

Depuis les travaux fondateurs de Fleming il y a près d’un siècle, on sait que des microorganismes – surtout le Penicillium – produisent des antibiotiques profitables aux humains. Mais les champignons et bactéries n’ont pas le monopole d’antibiotiques naturels. En plus d’être un délicieux mollusque comestible et tout comme la moule, la palourde – Meretrix petechialis, en particulier – en produit dans sa lèvre externe, point de contact avec l’extérieur. La raison de cette adaptation ? Ce coquillage des fonds sableux ne dispose pas de système immunitaire porté par des cellules lymphocytaires. Mais les hasards de l’évolution ont conduit ce tissu de contact à produire une molécule qui permet à l’animal de lutter contre les agressions extérieures. Ne s’agit-il pas dès lors d’une heureuse symbiose entre la palourde et des bactéries productrices de l’antibiotique ? Car ce genre d’association à bénéfice mutuel (ou symbiose) n’est pas rare dans la nature et nous en sommes des exemples avec notre microbiome intestinal. Sauf qu’ici, il n’y a pas de trace de ce genre de microorganisme dans la lèvre du mollusque. C’est donc que ce dernier en est venu à en produire tout seul, sans doute à l’occasion de la mutation d’un de ses gènes. Et c’est un antibiotique qui semble rester actif à tous les âges de l’animal.

On a également recherché dans les tissus d’espèces proches la trace de la précieuse molécule et c’est bien le cas; avec peut-être de subtiles variations à identifier. Car, bien entendu, les scientifiques ne vont pas manquer d’identifier le gène responsable et de le cloner dans des bactéries ou autres microorganismes. Connaissant la vitesse de duplication de ces unicellulaires (bactéries, levures et pourquoi pas, cellules de mammifères en culture) et leur aptitude à travailler 7 jours sur 7, de jour comme de nuit, on ne va pas rater l’occasion d’obtenir une source «naturelle» d’antibiotiques à faible coût. Il faut certes se livrer d’abord à une manipulation délicate de clonage et que celle-ci soit couronnée de succès. Peut-être faudra-t-il ensuite modifier un peu la chimie de la ou des molécules extraites pour en accroître l’efficacité. La palourde donc, jusqu’ici uniquement destinée à calmer l’appétit des humains, est en passe d’entrer en pharmacie. Enfin, de façon plutôt indirecte ou virtuelle…

   Science 2022; 378: 816-817

Un «macrobe» qui fait tache…

On sait que l’apparition de la vie il y a 4,5 milliards d’années sur Terre a logiquement d’abord privilégié les modes simples. Pendant les 3,5 milliards d’années suivantes, ce mode unicellulaire a pris le temps de se développer avant de passer à un système plus complexe, fait de l’agrégation de plusieurs cellules. Celui-ci serait donc apparu (pense-t-on) il y a un milliard d’années au plus, il y a 600 millions d’années au moins, la réalité se situant sans doute entre les 2. Depuis, les organismes n’ont pas cessé de se complexifier jusqu’à mener aux espèces que l’on peut observer aujourd’hui; la nôtre étant du nombre.

Le processus de complexification est-il arrêté pour autant ? Peut‑être ou… peut-être pas. On a en effet récemment découvert, dans les Antilles françaises, une bactérie filamenteuse visible à l’œil nu en raison de sa taille. Son nom ? Thiomargarita magnifica. Puisqu’il s’agit d’une bactérie constituée de plusieurs entités alignées, attachées entre elles, on l’a qualifiée de «macrobe», le néologisme parlant de lui‑même. Du coup, il faut la resituer dans l’échelle évolutive à un endroit qui n’a jamais été créé jusqu’ici, n’ayant encore jamais été observé de visu et encore moins étudié.
À l’observation, cette «bactérie» se présente sous la forme d’un filament de longueur variable qui peut toutefois atteindre 2 cm. En largeur, elle n’excède pas, dans le meilleur des cas, 150 millièmes de millimètre; ce qui demeure énorme à l’échelle bactérienne. L’intérieur de chacun des constituants contient pour l’essentiel un grand sac rempli de liquide qui repousse le matériel cellulaire vers la périphérie, ce qui favorise les échanges métaboliques dans un sens et dans l’autre, à travers la membrane externe, avec l’eau saumâtre des mangroves qui constitue le milieu où la bactérie se développe. Il existe néanmoins un second sac, plus petit, qui contient l’ADN.

Si l’expression n’avait pas déjà été galvaudée, on pourrait parler de «chaînon manquant» évolutif. Sauf que des structures originales sont présentes de façon exclusive chez ce macrobe, comme les 2 sacs circonscrits par des membranes qui viennent d’être évoqués, appelés «pépins». Le plus gros occupe les trois quarts du volume intérieur, et l’autre contient, tel un noyau bien délimité, un ADN fait de 11 millions de constituants alignés, portant l’équivalent de 11 000 gènes environ; soit 2 à 3 fois plus que ce que l’on retrouve chez les bactéries les mieux dotées.

La biologie se retrouve donc, depuis cette étonnante découverte (faite en 2009), en présence d’un organisme qui pose d’abord le problème de son insertion spécifique dans l’arbre évolutif. Il permettra peut-être ensuite (cela reste à étayer) de comprendre comment la vie est passée d’un stade uni- à un autre qui soit pluricellulaire. À n’en pas douter, cette espèce constitue un modèle d’étude privilégié que les chercheurs vont mettre à l’œuvre. Un nouveau moyen de remonter le temps ? Ce n’est pas impossible. 

   Science 2023; 378: 1162

 
Culture moins exigeante

Voir en image les cultures de riz en terrasse en Asie du sud-est offre un spectacle vert et apaisant. Pour le touriste en tout cas. Car pour celles et ceux (femmes et enfants surtout) commis d’office à l’entretien de ces mêmes cultures, le point de vue risque d’être un peu différent. En préalable à toute récolte, le riz doit en effet être replanté. Or, il existe des variétés sauvages, certes moins productives, qui se replantent spontanément toutes seules et ne demandent aucune main d’œuvre particulière avant la récolte potentielle. D’où l’idée de scientifiques chinois de produire un hybride entre une variété très productive en grains et une autre, sauvage, venue d’Afrique. Les premiers résultats qui ont demandé près de 2 décennies de travail et de recherche, ont abouti en 2020 et ont d’emblée été mis en application; d’abord à titre expérimental, puis sur une plus grande surface ensuite qui, après une année seulement, a déjà atteint 15 000 ha dans le sud de la Chine. Non seulement cette culture d’un type nouveau est‑elle appelée à s’étendre (la surface concernée a été multipliée par 4 dès la première année), mais elle peut encore être améliorée en termes de productivité puisque les cultivars vont faire l’objet d’amélioration.

Quels sont donc les bénéfices de ce mode nouveau de culture du riz hybride (nom de code PR23) ? Il permet d’éviter en tout premier lieu l’obligation de replanter, à chaque fois, des plants de riz dans les bassins de cultures préalablement irrigués. Ce gain a été évalué: il correspond au travail de 77 personnes par jour et par hectare à chaque saison. Mais il y a d’autres avantages. Les pieds demeurant en place (et n’étant donc pas «exportés»), l’apport compensatoire de fertilisants s’en trouve réduit. En même temps, le retour au sol des fanes enrichit naturellement le sol en nutriments. Enfin, le nombre limité de passages humains dans les cultures diminue d’autant l’érosion des sols et la remise en état des terrasses si la culture y est menée.

Bref, on a compris qu’en termes de main d’œuvre et de coûts divers, l’implantation de cette variété hybride (qui en annonce sans doute d’autres) constitue une avancée au moins dans le registre d’un travail pénible et rendu obligatoire par la culture «à l’ancienne». Les esprits chagrins diront peut-être que la variété nouvelle est le produit d’une «manipulation» préalable en laboratoire et qu’elle pourrait (cela reste à démontrer) se montrer plus dispensatrice en CO2 que les variétés cultivées jusque-là qui impliquaient un arrêt momentané de la culture; ce qui n’est plus le cas dorénavant. Encore faudra-t-il d’abord que la méthode vienne à se généraliser… ! 

   Science 2022, 378: 1163

Génome de plus en plus ancien

L’identification d’un génome ancien, prélevé sur des vestiges animaux ou humains, atteint des limites que l’on situe proches d’un million d’années. C’est à la fois considérable sur le fond et cela témoigne aussi que cette molécule finalement assez simple dans sa structure basale qu’est l’ADN, résiste plutôt bien à l’usure du temps. Un million d’années, ce n’est en effet pas rien. Peut-on espérer aller au-delà ? Ce n’est pas impossible si les conditions (dans l’ambre ou dans le permafrost du grand nord) ont permis que la conservation de la molécule soit optimale. Une alternative est que l’on se montre moins exigeant dans l’identification de la molécule, en limitant par exemple ses prétentions à la découverte de plus petits fragments. C’est dans ce sens que semble aller en particulier la recherche qui vise à «recomposer» ce qu’était l’environnement du grand nord, il y a 2 millions d’années.

On sait qu’il était plus chaud que ce qu’il est aujourd’hui, autorisant la présence d’une faune et d’une flore différente de celle que connaissent de nos jours les régions concernées. L’objectif est donc d’identifier des «fragments d’ADN environnemental» (ou eADN) dégagé de prélèvements effectués dans des endroits où ils ont été plutôt bien protégés ensuite. L’idée, après recomposition puis identification des fragments retrouvés, est de les comparer à ce que l’on connaît de l’ADN des plantes et animaux présents à ces mêmes endroits aujourd’hui et d’évaluer comment, dans l’intervalle de 2 millions d’années, ils ont évolué pour s’adapter aux conditions environnementales nouvelles.

Déjà, des fragments identifiés dans des prélèvements issus de zones riches en matière organique du nord du Groenland, ont permis de découvrir que vivaient à cet endroit des espèces comme des mastodontes, des lemmings, des rennes mais aussi des plantes comme des thuyas, des peupliers et des conifères dont on ne pouvait imaginer qu’ils aient tous pu s’implanter jusqu’à des régions aussi polaires. C’est donc que la température qui y régnait à l’époque était singulièrement plus élevée que ce qu’elle est devenue; une preuve de plus que la température d’hier a pu être plus élevée que celle d’aujourd’hui. Ce qui a également été noté, c’est que si de l’ADN aussi ancien a pu être valablement conservé, c’est qu’en plus du permafrost, il a pu être emprisonné dans des feuillets d’argiles, les smectites, qui en ont assuré la bonne conservation jusqu’à ce jour.

L’identification est-elle la fin de l’aventure ? Évidemment non. Puisque l’ADN retrouvé est de l’ADN ancien et que les plantes dont il émane existent pour certaines toujours, on va pouvoir le comparer à ce qu’il est devenu aujourd’hui. On va donc aussi pouvoir identifier puis isoler les gènes qui ont subi avec le temps des mutations. Et grâce par exemple à la technique d’inclusion de ceux-ci dans le génome (la méthode CRISPR) des plantes d’aujourd’hui, on va ensuite pouvoir modifier, par exemple, leur période de germination; ce qui pourrait être mis à profit dans la perspective du changement climatique. Mais c’est clair, si l’idée en est d’ores et déjà émise, on n’en est pas encore à la réalisation pratique. Une question de quelques mois, de quelques d’années peut-être. 

   Science 2022; 378: 1164

BIOZOOM

Ceci n’est pas une création de l’IA mais un lac endoréique et salé situé près d’Osoyoos, en Colombie-Britannique, au Canada. Chaque été, l’évaporation transforme ces 15 à 20 ha d’eau en une mosaïque de bassins circulaires aux couleurs variées. Ce phénomène résulte de la forte concentration en minéraux dissous – notamment le sulfate de magnésium, le calcium et le sodium – qui précipitent et dessinent ces «taches» caractéristiques. Considéré comme un lieu sacré par la Nation Syilx Okanagan depuis des siècles, le Spotted Lake constitue un incroyable et unique laboratoire naturel.

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