La molécule d'ADN: deux brins de génie

Au mois d'avril 1953, James Watson et Francis Crick décrivaient dans la revue "Nature" la structure en double hélice de l'ADN. Il fallut attendre des années pour que l'ADN soit reconnu comme le support de l'hérédité.

Cinquante ans déjà. Cinquante ans que l'intimité du support universel de l'hérédité a été mise à nu. C'était un mois d'avril 1953. Dans un article de Nature, James Watson, jeune biologiste américain alors âgé de 25 ans, et Francis Crick, doctorant de douze ans son aîné, décrivent pour la première fois la structure en double hélice de l'acide désoxyribonucléique (ADN). Une découverte qui leur vaudra quelques années plus tard la récompense suprême: le Prix Nobel de médecine 1962. Mais une découverte surtout qui posa les premiers jalons de la génétique moderne.

La communauté scientifique du monde entier salue cette année l'événement, à commencer par la revue Nature qui lui consacra un dossier complet avec le support financier du groupe pharmaceutique Roche.

Deux brins intimement entrelacés, dont l'étreinte est si étroite qu'il faut user de maints stratagèmes pour parvenir à les désunir... En perçant l'énigme de la structure tridimensionnelle de la molécule d'ADN, les deux théoriciens ont fourni les bases nécessaires à la compréhension non seulement du mécanisme de réplication, de mutation, de réparation et de transmission du matériel génétique, mais également de la diversité et de l'évolution des espèces.

Bien que capitale, cette découverte a été accueillie avec un extrême scepticisme au sein de la communauté scientifique de l'époque. Perçue par la majorité des chercheurs comme un "élément conjugué" de la protéine alors grande favorite des biochimistes - la molécule d'ADN était jugée trop simple et trop peu variée pour constituer à elle seule un support de l'information génétique. Certains scientifiques allaient même plus loin, estimant carrément que les gènes, les unités de l'hérédité, étaient composés de protéines... Cette vision réductionniste faisait fi des nombreux travaux précurseurs qui avaient, chacun à leur façon, partiellement démontré le rôle de l'ADN dans la transmission de l'hérédité.

Au XIXe siècle déjà, le moine et botaniste autrichien Gregor Mendel avait réalisé diverses expériences sur l'hybridation des plantes, notamment des pois ornementaux, pour parvenir à la conclusion que des "facteurs" transmissibles invisibles étaient à l'origine de l'hérédité. Ces recherches donnèrent lieu en 1866 à diverses lois sur la transmission des caractères héréditaires, aujourd'hui baptisées lois de Mendel.

Restait à définir quel support biologique pouvait bien servir de véhicule à ces "facteurs" invisibles. Il fallut attendre le début du XXe siècle et les travaux de l'Allemand Théodore Boveri et de l'Américain Walter Sutton en 1903 pour que les chromosomes soient reconnus comme des éléments essentiels à l'hérédité. Mais ce n'est que dans les années trente, grâce aux travaux du Prix Nobel (1933) Thomas Morgan sur la mouche du vinaigre, que l'hypothèse de l'existence des gènes a été confirmée: partie intégrante des chromosomes, ces entités sont porteuses de l'information génétique. A partir de ces données, deux biologistes allemands démontrent en 1924 que les chromosomes contiennent de l'ADN. L'idée d'un code génétique universel naît une vingtaine d'années plus tard dans l'esprit du physicien autrichien et Prix Nobel (1933) Erwin Schrödinger.

A ces travaux précurseurs viendront s'ajouter ceux, déterminants, d'Oswald Avery, Maclyn McCarty et Colin MacLeod, de l'Institut (désormais Université) Rockefeller à New York. En 1944, l'équipe américaine démontre que lorsque des bactéries sont infectées par des bactériophages (virus qui attaquent, spécifiquement les bactéries), l'essentiel du matériel génétique qui pénètre la bactérie est composé d'acides nucléiques (unités qui composent l'ADN) et non d'acides aminés (unités qui composent les protéines). L'ADN serait donc bien le support de l'hérédité universel... Ces résultats sont remarquables, mais ils contrent l'idée toujours prévalente que les gènes sont constitués de protéines. Ils ne seront jamais récompensés par le Prix Nobel.

Que manquait-il alors pour convaincre la communauté scientifique de l'implication de l'ADN dans le processus d'hérédité? Outre des données plus précises sur la structure biochimique de la molécule, deux mécanismes demeuraient énigmatiques: le rôle de l'ADN dans le processus de réplication du matériel génétique ainsi que son implication dans la synthèse des protéines.

Une réponse partielle fut amenée par James Watson et Francis Crick, avec la découverte de la structure hélicoïdale de l'ADN en 1953. La complémentarité des deux brins, reliés entre eux par des substances appelées bases et associées par paires, a en effet permis aux deux chercheurs de suggérer que chaque brin pouvait être répliqué indépendamment. Cette hypothèse a par la suite été confirmée par de nombreux travaux et a amené Francis Crick à énoncer, en 1957, l'axiome central selon lequel l'information portée par les acides nucléiques de l'ADN est à l'origine de la composition en acides aminés des protéines.

Ces divers travaux ainsi que ceux plus fouillés qui ont suivi sur la structure et le rôle génétique de l'ADN ont peu à peu fait taire les partisans des "gènes à base de protéines". Cinquante ans après sa première représentation et ses débuts difficiles, justice est désormais rendue à l'une des plus emblématiques figures de la génétique moderne. Et comme le disait si bien et si humblement James Watson: "Une structure si belle se devait tout simplement d'exister."

Rosalind Franklin: l'oubliée du Prix Nobel

Trois hommes peuvent se déclarer satisfaits, en cette année 1962. James Watson, le jeune Américain ambitieux, Francis Crick, l'éternel doctorant, et Maurice Wilkins, l'entremetteur, ont sans conteste gagné leur pari: ils viennent d'être couronnés par la récompense suprême, le Prix Nobel de médecine, pour avoir percé le secret de la structure en double hélice de l'ADN.

Mais revenons quelques années en arrière. Il y a tout juste cinquante ans, en février 1953, la jeune chimiste Rosalind Franklin, alors âgée de 33 ans, écrit dans son cahier de laboratoire que l'ADN est composé de deux chaînes. L'image qu'elle a obtenue quelque temps auparavant par diffraction aux rayons X, la désormais célèbre Photo 51, est parlante et conforte son hypothèse d'un ADN à double brin. Sans le savoir et sans vraiment s'en soucier d'ailleurs, la spécialiste de la structure du charbon, du carbone et des cristaux est tout près d'atteindre le but tant convoité par ses confrères: mettre à nu la structure tridimensionnelle du support universel de l'hérédité. Mais pour la jeune femme, quitter au plus vite le King's College de Londres, pétri de traditions anglicanes, est désormais devenu prioritaire. Elle ne s'y sent pas à sa place, elle, la juive anglaise de bonne famille.

Non loin de là, au Cavendish Laboratory de Cambridge, James, le jeune loup de 25 ans, et son acolyte de douze ans son aîné, le "vieux" Francis, travaillent d'arrache-pied à la mise au point de ce fichu modèle, convaincus que le projet vaut bien un Nobel. Après quelques tentatives infructueuses, les théoriciens de la structure brûlent. Les toutes récentes données cristallographiques de la talentueuse Rosalind, que Wilkins a eu la gentillesse de leur montrer confidentiellement, y sont pour quelque chose. Cette Photo 51 est vraiment parlante. A sa vue, la double hélice s'est révélée comme une évidence aux yeux des chasseurs invétérés d'ADN. Et tant pis si ces manigances se sont faites à l'insu de la jeune femme. Maurice Wilkins voit d'ailleurs d'un mauvais oeil cette novice, propulsée dans son labo il y a deux ans et qui vient marcher sur ses plates-bandes.

Deux semaines après que Rosalind Franklin a soigneusement écrit dans son cahier de laboratoire que l'ADN est composé de deux chaînes, James Watson et Francis Crick construisent leur version de la double hélice. Les résultats sont publiés en avril 1953 dans la prestigieuse revue Nature. Le Nobel est à la clé.

Emportée à 37 ans par un cancer des ovaires, la cristallographe n'a, semble-t-il, jamais eu connaissance de la trahison dont elle a été victime. S'en est-elle néanmoins doutée? A-t-elle été amère? L'amitié qui la lia au tandem Watson et Crick durant les dernières années de sa vie laisse supposer que non. Elle entretiendra des liens étroits avec les deux hommes une fois partie pour le Birkbeck College à Londres, où elle se consacrera, de 1953 jusqu'à sa mort en 1958, à l'étude de la structure des virus, notamment à celle du virus de la mosaïque du tabac.

Il est en revanche plus difficile de comprendre les propos déplacés tenus par James Watson, alors professeur à Harvard et Prix Nobel, dans son best-seller The Double Helix publié en 1968. Dans cet hymne à sa découverte, il y reconnaît avec une franchise déconcertante que "Rosy, bien sûr, n'a pas remis d'elle-même les données. Ainsi, personne au King's College ne réalisa qu'elles étaient en notre possession", et y affiche un mépris certain pour les connaissances scientifiques de la jeune femme, limitant son jugement à son apparence physique qu'il estimait triste et peu féminine. "Il était clair que Rosy devait partir ou être remise à sa place[...]. Malheureusement, Maurice n'a pas trouvé de manière décente de la mettre à la porte."

Justice devait être partiellement rendue. De tels propos misogynes n'ont pas échappé à la vague féministe émergeante de la fin des années soixante, qui allait faire de la jeune femme morte trop jeune une icône féministe, une héroïne martyre. Au point, déplorent certains biographes, d'avoir fait ombrage à sa force intellectuelle et à son indépendance scientifique. Mais la plus belle reconnaissance est sans doute l'aveu de James Watson et Francis Crick, bien des années après la mort de Rosalind Franklin, que, sans le travail de la jeune chimiste, ils n'auraient pas pu découvrir la structure en double hélice durant ce mois de février 1953.

L'ère de l'ADN

Les cinquante années qui ont suivi la découverte de la structure en double hélice de l'acide désoxyribonucléique ont indéniablement constitué l'ère de l'ADN. Le code génétique est identifié dans les années soixante, l'ADN recombinant et le séquençage de l'ADN arrivent dans les années septante, alors que la biotechnologie et la PCR (pour Polymerase Chain Reaction, méthode d'amplification de l'ADN) font leur apparition dans les années quatre-vingt. En mai 1995 est séquencé le premier génome de bactérie, Haemophillus influenzae, qui sera suivi de celui de la levure du boulanger. Saccharomyces cerevisiae, en 1997, de celui du ver, Caenorhabditis elegans, en 1999, et de celui du plus petit des vingt-quatre chromosome humain, le chromosome 22, en décembre 1999. En mars 2000, les efforts conjoints de chercheurs appartenant à l'entreprise privée américaine Celera Genomics et à un consortium public formé de laboratoires américains et européens aboutissent et européens aboutissent au séquençage de la quasi-totalité du génome de la mouche Drosophila melanogaster, plus communément connue sous l'appellation de "mouche à fruits". En février 2001, le projet public Human Genome Projet et Celera Genomics révèle conjointement la première ébauche de la carte du génome de la souris. Mais la liste est loin d'être achevée. De nombreux autres génomes du règne animal comme végétal sont en train d'être décryptés.

Manuela Palma de Figueiredo, La Liberté, 13.05.2003