La description complète de la structure de l’ADN en 1953 a ouvert la voie aux recherches les plus folles, notamment la cartographie complète du génome humain ou de toutes les fonctions de l’ADN. Une fois cela acquis, il semble possible de manipuler les génomes, objectif du génie génétique.
L’ADN ET LES NUCLÉOTIDES
Vers 1950, le monde scientifique avait déjà compris certains mécanismes concernant le support de l’information génétique. Par exemple, il savait que ce support était l’ADN (acide désoxyribonucléique) et que ce dernier était en fait une association de nucléotides (phosphate, désoxyribose et base azotée) assemblés en longues chaînes. Mais il ne connaissait pas exactement la structure de l’ADN, c’est-à-dire combien de chaînes étaient associées, ni leur orientation dans l’espace. De même, les règles de Chargaff formalisaient l’observation de rapports existants entre les nucléotides, sans toutefois comprendre la raison d’être de ces rapports. C’est en 1953 que deux chercheurs, James D. Watson et Francis H. Crick, vont décrire complètement la structure de la molécule d’ADN. Ils en arrivent à la conclusion que cette structure contient deux chaînes de nucléotides associées en forme d’hélice de manière antiparallèle, c’est-à-dire associées par des bases azotées complémentaires deux à deux.
FORMATION D’UNE MOLÉCULE D’ADN
Les « mots » de l’ADN sont de petites molécules appelées nucléotides. Chaque nucléotide est composé de trois éléments: un groupe phosphate lié au désoxyribose, lui-même lié à une base azotée. L’armature du nucléotide, le groupe phosphate lié au désoxyribose, sert à attacher les nucléotides ensemble. Il existe exactement quatre types de bases azotées: l’adénine (A) qui se lie uniquement à la thymine (T) et la cytosine (C) qui se lie uniquement à la guanine (G). Une propriété importante de ces liaisons, notamment lors de la synthèse des protéines, est que la liaison entre bases azotées (liaison hydrogène) est bien plus facile à rompre que la liaison entre nucléotides au sein de l’ADN (liaison covalente). Chaque molécule d’ADN est constituée de deux chaînes de nucléotides antiparallèles, dans le sens où chaque nucléotide d’une chaîne se lie à son complémentaire sur l’autre chaîne. Ainsi, une séquence AATGC sur une chaîne verra son complémentaire sur l’autre chaîne s’écrire TTACG.
LES GÈNES
Les gènes sont constitués par une série de « mots » d’ADN et constituent une unité d’information héréditaire. En biologie, on dira plus précisément qu’un gène est une région d’ADN qui est transcrite. Pour comprendre ce qu’est la transcription, il est nécessaire de se souvenir de la synthèse des protéines. Cette synthèse donne lieu à la production de protéines, molécules biologiques qui donnent aux cellules vivantes leur forme et leurs diverses fonctions. La
première étape de la synthèse des protéines, assurée par les enzymes, est appelée la transcription. Un gène, qui est donc une partie d’un chromosome (support de l’information génétique dans nos cellules), détermine la mise en place et la transmission d’un caractère observable. Tous les gènes ne sont pas actifs en même temps et n’ont pas le même objectif. Par exemple, le gène qui détermine le groupe rhésus est sur le chromosome numéroté 1 et n’est actif que durant le développement du fœtus (ce qui est le cas pour beaucoup de gènes).
LE GÉNOME
Ce sont les protéines produites à l’aide des gènes qui sont responsables des caractéristiques d’une cellule ou d’un organisme particulier. Connaître la localisation des gènes sur les chromosomes est donc d’une grande importance. On appelle carte génique cette localisation pour les gènes connus d’une espèce. Et de manière plus globale, on appelle « génome » l’ensemble des gènes portés par les chromosomes d’une espèce. Dans le cas des humains, chaque cellule contient 23 chromosomes sur lesquels l’ADN renferme les 80 000 gènes. L’ensemble de ces gènes constitue le génome humain. Le projet Génome Humain, dont l’objectif était de séquencer (déterminer l’ordre d’enchaînements des nucléotides) l’intégralité du génome humain, a été lancé en 1990et s’est achevé en 2003. Pour aller plus loin, un nouveau projet a vu le jour, le projet ENCODE. Il a pour objectif de cartographier toutes les fonctions de l’ADN, au-delà des gènes eux-mêmes, c’est-à-dire également les séquences non codantes de l’ADN.
LE GÉNIE GÉNÉTIQUE
Le génie génétique regroupe l’ensemble des techniques de manipulation des génomes. Il naît dans les années 1970 avec la découverte des enzymes de restriction. Ces enzymes coupent l’ADN en un site spécifique, le site de restriction. Cette découverte a permis de rendre possible la création d’organismes génétiquement modifiés (OGM), la caractérisation génétique des individus afin de diagnostiquer des maladies génétiques et la thérapie génique. Dans le cas des OGM, la technique essentielle est la transgenèse. Elle a pour objet de transférer un gène étranger ou modifié (un transgène) dans le génome d’une cellule hôte qui devient alors transgénique. L’organisme génétiquement modifié acquiert de nouvelles propriétés. Le diagnostic d’une maladie génétique se fait, quant à lui, en analysant l’ADN de l’individu chez lequel on a dépisté une anomalie génétique. Enfin, la thérapie génique somatique consiste à introduire l’allèle du gène qui fait défaut dans une cellule somatique de l’organisme.
À RETENIR
• En 1953, deux chercheurs proposent un modèle complet décrivant la structure de (‘ADN. Ce dernier est constitué de deux chaînes de nucléotides enroulées sous forme d’une hélice et telles que les bases azotées des nucléotides soient complémentaires deux à deux. Les progrès dans le domaine de la génétique vont ensuite aller en s’accélérant jusqu’à l’achèvement en 2003 du séquençage du génome humain. Aujourd’hui, le génie génétique s’intéresse aux OGM (basés sur la transgenèse), aux diagnostics de maladies génétiques et à la thérapie génique.