L`Institut de Biologie Physico-Chimique : un projet visionnaire, des

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L'Institut de Biologie Physico-Chimique : un projet visionnaire, des structures
adaptées, une formule qui marche
Un projet visionnaire
"Cet Institut aura pour but de rechercher les mécanismes physicochimiques des phénomènes de la vie…. A cette fin, prenant pour
directives générales les doctrines de Claude Bernard sur le déterminisme
physico-chimique de la vie, et s'efforçant de continuer l'œuvre de ce grand
physiologiste, le nouvel Institut réunira des physiciens, des chimistes et
des biologistes pour étudier les problèmes que posent les diverses
fonctions physiologiques. Cette collaboration souvent désirée, mais non
organisée jusqu'ici sera un caractère essentiel de l'Institut Edmond de
Rothschild."
[Extrait d'une communication à l'Académie des Sciences de P. APPELL, M.
MOUREU et J. PERRIN (1927)]
A l'origine de
l'Institut de
Biologie PhysicoChimique (IBPC),
on trouve deux
hommes Jean
Perrin, Prix
Nobel de
Physique en
1926, pour ses
travaux sur la
structure
atomique de la
matière, et le Baron Edmond de Rothschild, grand
philanthrope. Esprit très ouvert, Jean Perrin s'intéressait à la
nature des rayons cathodiques, au mouvement brownien, à
l'astrophysique mais aussi à la chimie physique et à la biologie. Il
est le fondateur du Palais de la Découverte, de l'Institut
d'Astrophysique de Paris et il est aussi le père du Centre National
de la Recherche Scientifique. Le Baron Edmond de Rothschild a
été le mécène qui a permis l'édification de l'Institut de Biologie
Physico-Chimique, terminé en 1930 et considéré alors comme le
laboratoire le plus moderne de France. Le Baron Edmond de
Rothschild, membre de l'Académie des Beaux-Arts, s'intéressait
aux sciences et, en particulier, à la biologie à laquelle l'avait initié
Claude Bernard. Il avait été fasciné par le mouvement brownien
que lui avait montré Jean Perrin et souhaitait que l'on
s'intéressât aux bases physico-chimiques de la vie.
A une période (1930) où des raisons technologiques,
mais aussi épistémologiques séparaient et
hiérarchisaient les différentes sciences, la création de
l'Institut de Biologie Physico-Chimique a été un
événement important dans le monde scientifique.
Cette démarche a aussi été visionnaire. C'est
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seulement récemment que l'importance du
mouvement brownien en biologie a été reconnue, par
exemple dans le fonctionnement de ces moteurs
moléculaires rotatifs que sont les ATP synthétases,
enzymes fondamentaux dans l'énergétique cellulaire.
De manière plus générale, l'interdisciplinarité est
devenue un mot d'ordre actuel de la recherche dans
le domaine des Sciences du Vivant. En effet, le
déchiffrage des génomes, véritable bottin des gènes
et des protéines d'un organisme, rend possible la
compréhension au niveau moléculaire des différentes
fonctions physiologiques, mais l'exploitation de cette
masse de données - la caractérisation des objets et
phénomènes que révèle l'étude analytique, la
compréhension des systèmes intégrés - requiert une
approche pluridisciplinaire. Les mathématiques,
l'informatique, la physique et la chimie sont aussi
nécessaires que la biologie à l'étude du vivant.
L'Institut de Biologie Physico-Chimique qui relève des
Départements des Sciences du Vivant et des
Sciences Chimiques du CNRS, a gardé l'ouverture
d'esprit des fondateurs et est un lieu privilégié de
recherche pluridisciplinaire.
Des structures adaptées
" Il y a au moins trois cas où la création d'une institution de
recherche est nécessaire : celui où cette institution doit
donner refuge à la liberté de recherche menacée par un
conformisme imposé, ainsi est né le Collège de France ; le
second cas est celui où l'on veut rassembler des hommes de
sciences avec des praticiens variés à l'application des
découvertes, et ce fut la raison de la création de l'Institut
Pasteur ; le troisième cas est celui où l'on veut faire vivre et
travailler côte à côte des chercheurs de différentes
disciplines sur des problèmes aux frontières de ces
disciplines, et c'est ce qu'a voulu faire le Baron Edmond de
Rothschild en fondant l'Institut de Biologie Physico-Chimique
".
[Extrait du discours d'A. MAYER, Professeur au Collège de
France et premier directeur du service de physiologie de
l'Institut de Biologie Physico-Chimique, prononcé en 1953 à
l'occasion du 25ème anniversaire de la fondation de
l'Institut.]
L'audace du projet de Jean Perrin rendait peu
probable sa réalisation dans un cadre universitaire et
c'est à une initiative privée, philanthropique, celle du
Baron Edmond de Rothschild que l'on doit la création
de l'IBPC. Ayant brisé les barrières des structures
universitaires, les fondateurs ont inventé un cadre de
fonctionnement nouveau.
La pluridisciplinarité imposait l'existence de services
autonomes. En 1930, l'IBPC comprenait le Service de
Physique dirigé par Jean Perrin (auquel participaient
F. Perrin et P. Auger), le Service de Chimie, dirigé
par Georges Urbain (auquel participaient G.
Champetier, E. Aubel, J. Duclaux) le Service de
Physiologie, dirigé par André Mayer (auquel
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participaient L. Plantefol, E. Fauré-Fremiet, B.
Ephrussi, R. Wurmser) et le Service de Chimie
Physique Physiologique dirigé par Pierre Girard.
Initialement, les personnels de l'IBPC étaient
rétribués par la Fondation Edmond de Rothschild et
libres de toute tâche d'enseignement.
" J'ai eu l'honneur, avec les physiologistes Pierre Girard et
André Mayer, avec les chimistes André Job et Georges
Urbain, d'organiser et de diriger cet établissement. Assez
naturellement, nous avons rêvé d'en généraliser le principe,
et, dans nos discussions hebdomadaires, nous avons établi
un projet de Service National de Recherches, que je me suis
chargé de rédiger et de publier "
[Jean-Perrin (1938) discours prononcé au Conseil Supérieur
de la Recherche Scientifique]
L'IBPC a été l'éprouvette dans laquelle Jean Perrin a
préparé le Centre National de la Recherche
Scientifique. Son projet retenait les trois
caractéristiques de l'Institut : la pluridisciplinarité,
l'existence d'unités fonctionnelles et la rétribution des
personnels faisant de la recherche leur activité
principale. Au cours des années, le poids du
fonctionnement de l'IBPC s'est avéré trop lourd pour
la Fondation et, en 1997, l'ensemble a été dévolu au
CNRS. L'organisation voulue par les fondateurs a été
conservée. Les services sont devenus des Unités de
recherche (UPR ou UMR) regroupées en Institut
Fédératif de Recherche. Chaque unité est évaluée
indépendamment et le fonctionnement de l'IFR
s'appuie sur un comité de pilotage, auquel participent
les Départements des Sciences Chimiques et des
Sciences de la Vie du CNRS. La Fondation Edmond de
Rothschild pour le Développement de la Recherche
garde un intérêt constant pour l'IBPC et maintient
une présence généreuse dans l'Institut.
L'existence d'unités scientifiquement et
administrativement indépendantes permet le
développement d'un esprit de liberté, d'initiative et
d'échange, conforme à la tradition de la Maison. Ce
souci d'indépendance des Unités s'accompagne d'une
volonté d'ouverture et d'efficacité.
A l'intérieur, la mise en place de moyens communs
importants est en route. A la suite d'une réflexion
avec le Conseil Scientifique, l'implantation d'un
laboratoire de cristallographie sous la responsabilité
du directeur de l'Institut, a été décidée. Ce
laboratoire intéresse actuellement trois unités de
l'IBPC mais aussi des laboratoires de la Montagne
Sainte Geneviève.
L'IBPC est ouvert vers l'extérieur. Tout d'abord vers
l'Université, et les cinq Unités composantes ont un
statut d'Unité Associée ou d'Unité Mixte avec les
Universités P. et M. Curie Paris 6 et René Descartes
Paris 7. L'IBPC est aussi membre de l'Association de
la Montagne Sainte Geneviève, qui rassemble l'Ecole
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Normale Supérieure (ENS), l'Ecole de Physique et
Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI),
l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris
(ENSCP) et l'Institut Curie. Cette association
d'institutions particulièrement prestigieuses a centré
son activité sur les sciences du vivant. Par sa taille,
elle permet le développement de plateaux
technologiques importants et par sa diversité, elle
est le lieu idéal de la pluridisciplinarité.
Une formule qui marche
La démarche de Jean Perrin et d'Edmond de
Rothschild relevait-elle du rêve ? En 1930, les
distances séparant physique, chimie et biologie
étaient grandes et il a fallu du temps pour leur
rapprochement. Parmi les points de rencontre,
l'étude des systèmes d'oxydoréduction et leurs
rapports avec le métabolisme est l'un des plus
frappants. E. Aubel, L. Rapkine et surtout R.
Wurmser se sont illustrés dans ce domaine, alliant
rigueur et intuition en particulier au niveau de la
micro-hétérogénéité cellulaire, notion qui soustendait la compartimentation cellulaire. La
photosynthèse a particulièrement intéressé R.
Wurmser, qui a, contre l'opinion généralement
admise, proposé que le phénomène principal soit la
photolyse de l'eau et que la réduction du CO2 soit
une réaction disjointe. L'étude de la photosynthèse,
point de rencontre privilégié entre physiciens et
biologistes, a ensuite été continuée par P. Joliot,
élève de R. Wurmser et elle est le thème central de
l'activité de l'Unité Physiologie Membranaire et
Moléculaire du Chloroplaste, dirigée par F-A.
Wollman.
Le rapprochement entre physiciens, physicochimistes et biologistes a été fructueux sur le plan
conceptuel aussi bien que technologique. La chimie
macromoléculaire a été un thème de recherche
abordé dès la fondation de l'Institut, et pour ces
études, la diffraction des rayons X a été utilisée dès
1936, par G. Champetier. L'ultracentrifugation a été
développée avec des approches originales, que l'on
retrouve dans l'Airfuge de Beckman. L'étude de la
structure et de la fonction des protéines a été un
thème continuellement présent dans l'Institut :
caractérisation thermodynamique des réactions entre
antigène et anticorps (R. Wurmser, S. FilittiWurmser, 1950), fluorescence de l'hème et de la
flavine du cytochrome b2 (A. Baudras, M. Iwatsubo,
F. Labeyrie, 1960). Dans les études enzymologiques,
les aspects physico-chimiques ont toujours été
privilégiés (J. Yon, J. Tonnelat). P. Douzou a
introduit la cryoenzymologie (1970) : l'étude à basse
température en solvant hydroorganique non congelé
d'intermédiaires réactionnels métastables ; la
préparation d'hémoglobines hybrides, avec des
hèmes dans des états d'oxydation différents (R.
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Cassoly, R. Banerjee) a ouvert des possibilités
d'études nouvelles des métaux hématiniques.
L'étude de la bioluminescence de la Pholade dactyle
(J-P. Henry, A-M. Michelson) a introduit la notion de
radicaux oxygénés en enzymologie et elle s'est
continuée par l'étude des superoxyde dismutases
(1970-1980).
L'étude des protéines est toujours un thème très
actuel à l'IBPC, avec une évolution vers les
problèmes structuraux et surtout vers l'étude des
protéines membranaires, thème principal de l'Unité
Physico-Chimie Moléculaire des Membranes
Biologiques dirigée par J-L. Popot. La structure des
membranes ne peut se comprendre sans l'étude des
lipides qui la composent. L'équipe de P. Devaux a
depuis 1978 développé cette recherche et obtenu
des résultats importants, dont la découverte de
l'origine enzymatique de l'asymétrie transverse des
bicouches lipidiques, due à l'existence d'une
"flippase". L'IBPC avait préalablement joué un rôle
important dans le domaine des lipides grâce à E.
Lederer, qui a introduit en France la technique de
chromatographie (1933).
La structure des acides nucléiques a intéressé les
chercheurs de l'IBPC (S. Guinand, J. Tonnelat) dès
1950. La forme et la taille de l'ADN ont alors été
étudiées par ultracentrifugation et diffusion de la
lumière. Plus tard (1960-1970), la polynucléotide
phosphorylase enzyme susceptible de synthétiser
des ARN, découverte par M. Grunberg-Manago dans
le Laboratoire de S. Ochoa permettra des études de
structure fructueuses (M. Michelson, J. Massoulié, W.
Guschelbauer). Une approche très riche a été
introduite par B. et A. Pullman, l'approche théorique.
Ces pionniers, après avoir appliqué les méthodes de
la chimie quantique à la biochimie (Quantum
Biochemistry, 1963) ont développé un ensemble de
méthodes adaptées à l'étude de la conformation des
macromolécules et, en particulier, des acides
nucléiques. Des efforts à la fois méthodologiques et
conceptuels ont permis de rapprocher de plus en
plus les calculs théoriques des situations
expérimentales, efforts qui sont encore ceux de
l'Unité de Biochimie Théorique, dirigée par R. Lavery.
La biologie moléculaire, ou plus exactement la
génétique moléculaire, ne s'appuie pas
systématiquement sur la physico-chimie.
Néanmoins, dans sa volonté d'explication de la
génétique au niveau moléculaire, elle rejoint la
biologie physico-chimique et à l'Institut Edmond de
Rothschild, cette recherche a été développée très
tôt. Dès 1935, B. Ephrussi développe la génétique de
la drosophile et accueille G.W. Beadle avec lequel il
entreprend les expériences qui donneront lieu à la
théorie un gène -> une protéine (Beadle et Tatum),
récompensée par un prix Nobel. Après la deuxième
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guerre mondiale, B. Ephrussi et son élève P.
Slonimski abandonneront la drosophile pour la levure
et participeront au développement des bases de la
génétique moléculaire : interprétation de la
mutagénèse par les acridines, mutants "petite" et
hérédité cytoplasmique, hypothèse de la
recombinaison génétique. Ces travaux sont
remarquables car ils ont été effectués à une période
(1946-1953) où la structure de l'ADN en double
hélice n'était pas connue. Par la suite, M. GrunbergManago a utilisé la polynucléotide phosphorylase
pour analyser la synthèse protéique chez E. Coli. Ses
travaux ont d'abord porté sur le déchiffrage du code
génétique. L'arrivée de F. Gros à l'IBPC (1965) a
ouvert une période très fructueuse dans laquelle les
différentes étapes de la traduction ont été
abordées : structure de l'ARN de transfert,
interaction codon - anticodon, facteurs d'élongation,
d'initiation et de terminaison. La régulation de
l'expression génétique chez les microorganismes
reste le thème de l'Unité Régulation de l'Expression
Génétique chez les Microorganismes dirigée par M.
Springer.
Dans le projet initial d'Edmond de Rothschild et de
Jean Perrin, la physiologie devait jouer un rôle
important. E. Fauré-Fremiet a mis au point les
premiers milieux de culture tissulaire (1936), qui
permettront à B. Ephrussi de passer de la génétique
formelle à la génétique fonctionnelle. Mais
rapidement les chercheurs de la Fondation ont
privilégié le niveau moléculaire et ce n'est que dans
les années 1980 que le retour vers la physiologie et
les systèmes vivants s'est effectué. Ce mouvement
s'est fait de diverses manières. Dans le service de M.
Grunberg-Manago, M. Springer a introduit dès 1976
les techniques de clonage et de transfert des gènes,
qui modifiaient complètement l'étude de la
physiologie bactérienne. Dans le Service de P. Joliot,
P. Bennoun introduisait les mutants de
photosynthèse de Chlamydomonas et F-A. Wollman
l'étude de la biogenèse du chloroplaste et de sa
régulation. On passait alors de l'étude du système
photosynthétique à la compréhension d'un système
beaucoup plus complexe, mais avec une signification
physiologique plus évidente. Dans le laboratoire du
Neurobiologie Physico-Chimique, J-P. Henry avait
introduit la médullo-surrénale, source classique des
enzymes de biosynthèse de catécholamines. Le
laboratoire a évolué en Unité de Biologie Cellulaire et
Moléculaire de la Sécrétion, le champ des recherches
s'étant déplacé vers la propriété physiologique la
plus significative de la cellule chromaffine de la
médullo-surrénale. L'Unité Dynamique Moléculaire et
Développement, dirigée par M-P. Debey s'est
engagée dans une évolution similaire en associant
physico-chimie et développement. Elle s'attache à la
description des phénomènes physico-chimiques
précoces suivant la fertilisation de l'œuf de
mammifère (l'unité a quitté l'IBPC le 3 décembre
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2002, pour s'installer au Muséum National d'Histoire
Naturelle, et devient l'UMS 0503 "Régulation et
Dynamique des Génomes" au sein de l'équipe UMR
8646 et U565 INSERM).
Dire si l'expérience initiée à l'Institut Edmond de
Rothschild a été un succès revient aux historiens. Il
faut alors comparer cet effort à ceux,
contemporains, réalisés en France, comme à
l'Institut Pasteur, ou à l'étranger, aux USA, par
exemple, où la Fondation Rockefeller a participé très
largement à la mise en place d'une recherche
biologique moderne. Des analyses pertinentes ont
été proposées par Jean-François Picard et Michel
Morange. Cependant, deux éléments sont à mettre
au crédit de l'IBPC.
Tout d'abord, l'IBPC, institut de taille moyenne, a
essaimé à travers toute la France des chercheurs de
qualité. Deux des laboratoires propres les plus
importants du CNRS, le Centre de Génétique
Moléculaire et l'Institut de Chimie des Substances
Naturelles, tous les deux à Gif sur Yvette, ont eu leur
racine à l'IBPC. Le premier a été fondé par B.
Ephrussi et le second par E. Lederer, qui tout deux
ont joué des rôles importants dans l'histoire de la
Fondation E. de Rothschild.
Une deuxième caractéristique de l'IBPC est
l'existence d'une grande continuité dans les
recherches, un trait assez rare dans la recherche
moderne. L'exemple le plus frappant est celui des
recherches sur la photosynthèse, développées
pendant plus de 50 ans dans l'Institut. Mais cela est
aussi vrai pour les recherches sur l'expression
génétique chez les microorganismes, développées
par M. Grunberg-Manago puis par Richard
Buckingham, Mathias Springer et leurs
collaborateurs pendant plusieurs dizaines d'années.
De même, la Biochimie Théorique introduite par B. et
A. Pullman dans les années cinquante est
maintenant étudiée par R. Lavery. Cette continuité
n'est pas synonyme de fossilisation. Cela est évident
dans les recherches sur la photosynthèse. Après une
mise en place du phénomène biologique
(photosynthèse de l'eau, R. Wurmser), les
recherches se sont orientées vers le mécanisme du
dégagement de l'oxygène (P. Joliot), avec la mise en
place d'un formalisme qui n'est pas sans rappeler les
démarches de la biologie moléculaire faites à la
même époque. Le développement de mutants de
chlamydomonas (P. Bennoun) a ouvert l'ère
moléculaire, avec la participation de la biochimie (J.L. Popot) pour purifier les complexes impliqués dans
le transfert électronique. Les progrès effectués
permettent d'étudier d'une part la biogenèse du
chloroplaste (F.-A. Wollman) et d'autre part les
régulations fines de l'activité, abordées par des
méthodes physiques (P. Joliot). La même analyse de
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progression à la fois conceptuelle et méthodologique
associée avec une grande continuité thématique
pourrait être faite, à des degrés divers, sur
l'ensemble des recherches conduites à l'IBPC.
L'origine de cette stabilité féconde réside peut-être
dans les structures mises en place par les
fondateurs.
Dans sa composition actuelle, l'IBPC mélange des
unités à composante "moléculaire" forte, comme
l'unité de Biochimie Théorique ou l'Unité de PhysicoChimie Moléculaire des Membranes Biologiques et
des Unités plus "physiologiques", comme l'Unité de
Physiologie Membranaire et Moléculaire du
Chloroplaste, l'Unité de Régulation de l'Expression
Génétique chez les Microorganismes ou l'Unité de
Biologie Cellulaire et Moléculaire de la Sécrétion.
Cependant, la vision générale est la même dans
toutes ces composantes : les "molécularistes" ne
conçoivent pas leurs recherches sans une mise en
perspective physiologique et, inversement, les
"physiologistes" recherchent l'appui de la physique et
de la chimie, soit sous la forme de la biologie
structurale soit par une participation à l'interface
physique/chimie/biologie.
" Dans la période récente, les démarches conceptuelles des
différentes Unités présentent une convergence qui s'affirme
de manière de plus en plus nette avec la progression de nos
connaissances. Les différents thèmes de recherche sont
abordés en associant étroitement les préoccupations
fonctionnelles et structurales et en coordonnant les
informations obtenues à tous les niveaux d'intégration,
depuis le moléculaire jusqu'au cellulaire. La préoccupation
commune est d'éviter une approche exclusivement
réductionniste, impuissante à rendre compte de la
complexité des phénomènes du vivant. L'étude des
propriétés fonctionnelles et structurales des macromolécules
est donc associée à une analyse des interactions
moléculaires qui déterminent la structure et la régulation de
l'activité des appareils multienzymatiques. Cette démarche
impose une approche résolument multidisciplinaire,
associant une grande variété de méthodologies relevant de
la physico-chimie, de la biochimie expérimentale et
théorique ou de la génétique et de la biologie moléculaire ".
[Pierre Joliot, Directeur de l'Institut de Biologie Physico-Chimique
(1997-2001)]
Jean-Pierre HENRY (Directeur de l'IBPC 2002-2006)
Vous pouvez lire également le document de Michel
MORANGE, (professeur, membre du Laboratoire de
régulation de l’expression génétique à l’École normale
supérieure Ulm et directeur du Centre Cavaillès
d’histoire et de philosophie des sciences de l’ENS)
«L’Institut de biologie physico-chimique de sa fondation
à l’entrée dans l’ère moléculaire», La Revue pour
l’histoire du CNRS, N°7 - Novembre 2002, mis en ligne
le 17 octobre 2006 http://histoirecnrs.revues.org/document538.html
file://E:\cle-usb-optima\web-ibpc\tmp\TMPbyom8x80da.htm
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