CM7-8 HS

VIII. Le XXe siècle
!   Après 1950: nouvelle biologie
!   Au plan des hommes:
!  
!  
La recherche s’organise en équipes
Chercheurs hautement spécialisés
!   Au plan des moyens:
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Techniques et appareillages plus sophistiqués
Statistiques et informatique
!   A la fin du XXe, la biologie est devenue un fait de société
!  
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!  
!  
Actualisation des programmes du lycées
Revues de vulgarisation, radio et télévision
Réflexions éthiques, le citoyen s’interroge.
Le statut du biologiste est modifié
1. De la biologie cellulaire à la biologie moléculaire
!   Notables progrès dans la connaissance de la cellule
!
Camillo Golgi (1843-1926): décrit en 1898 un « appareil réticulaire
interne »
!   Culture des tissus et cellules:
!  
En 1903, Justin Jolly (1870-1953), disciple de Louis-Charles Malassez (1842-1909)
!  
E, 1907, Ross Granville Harrison (1870-1959)
En 1912, Alexis Carrel (1873-1944), Prix Nobel:
!  
Expérience du cœur de poulet battant.
!   En 1931, invention du microscope électronique par Max Knoll
(1897-1969) et Ernst Ruska (1906-1988).
!   Au cours des années 1950, découverte de la structure
de la membrane plasmique: 3 feuillets superposés (7,5nm)
D’autres structures intracellulaires montrent également
leur structure membranaire
!   En 1959, J. David Robertson (1923-1995) la qualifie de
membrane unitaire.
!   James Frederic Danielli (1911-1984) et Hugh Davson (1909-1996): Modèle
du « Sandwich protéïque » en 1935
!   Seymour Jonathan Singer (1924) et Garth L. Nicolson (1943): hypothèse de
la « mosaîque fluide » en 1972.
!  
!   D’autres constituants cellulaires ne présentent pas cette structure:
!   Albert Claude (1898-1983) isole en 1945 les ribosomes (technique de
séparation par centrifugation) et en 1950, George Emil Palade
(1912-2008) en donne la description.
!   Christian de Duve (1917-2013) isole les lysosomes (en 1955) et les
peroxysomes (en 1965)
!   Pour le noyau: structure de l’enveloppe.
!   Le chromosome révèle les détails de son architecture en 1970: chapelets
de nucléosomes (structure détaillée en 1997) dans la fibre
chromatinienne.
2. La génétique: de Mendel à Morgan
2.1. Gregor Mendel (1822-1884)
!   En 1865, présentations de ses travaux.
!  
!  
Grande uniformité d’aspects des hybrides de 1ère génération
La « bigarrure » des individus de 2ème génération « que le hasard seul peut
diriger »
!   Charles Naudin (1815-1899):
!  
!  
Cette combinaison de 2ème génération est instable et un retour +/- rapide
s’opère vers les caractères parentaux.
Cette dissociation-recombinaison rend inutile par son caractère chaotique ,
toute tentative d’analyse plus poussée.
!   A partir de 1856, Mendel entreprend ses croisements.: il travaille sur des
lignées pures.
!   Pourquoi ses travaux ont-ils été ignorés?
!  
!  
Emploi des statistiques
Ses résultats ne vont pas dans le sens de la plasticité des espèces
2.2. Hugo De Vries (1848-1935)
!   A redécouvert les travaux de Mendel avec 2 autres
botanistes:
!  
!  
!  
Carl Erich Correns (1864-1933)
Erich Tschermak von Seysenegg (1871-1962)
En 1902 et 1908, William Bateson (1861-1926) et Lucien
Cuenot (1866-1951) démontrent que ces lois s’appliquent
au règne animal.
!   De Vries: théorie mutationiste: le passage d’une espèce à
une autre ne se fait pas graduellement mais de façon
brusque et héréditaire, appelée mutation.
!   Wilhelm Ludwig Johannsen (1857-1927)
2.3. Thomas Hunt Morgan (1866-1945)
!   Van Beneden (1833): rôle déterminant des chromosomes
dans la formation des gamètes.
!   Une analogie frappante avec ce qu’observent les
généticiens au niveau des hybrides.
Ø 
!  
!
« les unités héréditaires ou facteurs mendéliens ont bien
pour siège les chromosomes »
Walter Stanborough Sutton (1877-1916) formule cette
hypothèse en 1903.
Nettie Maria Stevans (1861-1912): découverte des
hétérochromosomes
!   A partir de 1910, Morgan et son équipe posent les
fondements de la théorie chromosomique
Chromosome polytènes des
glandes salivaires
!
Johanssen en 1909 donne le nom de gènes aux
« facteurs mendeliens » et introduit l’essentiel
de la terminologie.
!   William Bateson (1861-1926) invente le mot
génétique en 1905-06.
!   La génétique mendélienne est reconsidérée:
cas des caractères liés (linkage).
!   En 1912: exceptions au linkage: crossing-over
!   Alfred Henry Sturtevant (1891-1970) établi des
cartes factorielles (achevée en 1925 pour la
drosophile).
!   En 1927, Hermann Joseph Muller
(1890-1967), met en évidence l’action
mutagène des rayons X
!   Génétique des populations
3. Vers une chimie du vivant
Les grands processus métaboliques à l’échelle cellulaire
!   Justus von Liebig (1803-1873) est le promoteur de la biochimie.
!   Constituants chimiques de la cellule et métabolisme
!  
!  
Pierre Jacques Antoine Béchamp (1816-1908): zymases.
Wilhelm Friedrich Kühne (1837-1900): enzymes (1878)
!   Molécules « albuminoïdes », nommées protéines depuis 1838
!  
En 1920: mise en évidence de la nature macromoléculaire (Hermann
Staudinger (1881-1965)
!   La chimie cellulaire est lancée par Otto Warburg (1883-1986): le
microrespiromètre.
!  
Albert Szent-Györgyi (1893-1986) et Hans Adolph Krebs (1900-1981):
respiration cellulaire
!   En 1929, Karl Lohmann
(1898-1978) découvre l’ATP
!   A début des années 1940, Albert
Claude montre que c’est au niveau
de la mitochondrie que cela se
passe.
!   En 1932, Robert Emerson (1903-1959):
photosynthèse
!   En 1937, Archibald Vivian Hill (1838-1914):
production d’eau.
!   En 1947, Melvin Calvin (1911-1997)
4. La synthèse: 4 questions et les réponses de la nouvelle
biologie
4.1. Comment les gènes produisent-ils leur action?
!   En 1936, George Wells Beadle (1903-1989), Edward Tatum (1900-1975)
et Boris Ephrussi (1901-1979): lien entre mutation et « substance vitale »
Matériel :
La moisissure rouge du pain, un
champignon filamenteux, très ramifié
(Neurospora crassa)
4.2. Quelle est la nature chimique des gènes?
La transformation des bactéries par l'ADN d’autres bactéries
Matériel
•  Deux souches bactériennes : pathogène et non pathogène
•  Des souris
La souche L (lisse) est
pathogène parce que sa capsule
la protège du système
immunitaire de ses victimes.
La souche R (rugueuse) est non
pathogène car elle est
dépourvue de capsule. Le
système immunitaire la
reconnaît et la détruit.
Expérience
Un mélange de bactéries,
pathogènes «mortes» et non
pathogènes «vivantes», injecté à
une souris la fait mourir.
Bactéries pathogènes «tuées par la
chaleur»
Bactérie non pathogène
«vivante»
Bactéries pathogènes
«vivantes»
1.  Les bactéries vivantes, non pathogènes, ont capté une substance provenant des
bactéries pathogènes et se sont transformées en bactéries pathogènes ce qui a
fait mourir l’animal.
2.  L'agent de transformation est héréditaire puisque les bactéries transformées en
pathogènes se reproduisent en d'autres bactéries pathogènes.
3.  L'agent de transformation n'est probablement pas constitué de protéines car les
protéines sont dénaturées par la chaleur. Ors, Griffith a utilisé la chaleur pour
tuer les bactéries. On peut penser que l'agent de transformation est l’ADN.
Transformation
Modification du génotype (gènes) et du phénotype (gènes exprimés, apparence) due à l'assimilation
par une cellule d'un ADN étranger.
!   En 1944, Oswald Theodore Avery (1877-1955) démontre que l’info
génétique à l’origine du facteur de virulence se situe sur l’ADN.
4.3. Comment la structure de l’ADN peut-elle receler une information
génétique?
!   En 1951, Erwin Chargaff: Règles de Chargaff
Preuve indirecte que l’ADN est le matériel génétique «héréditaire» puisque chaque espèce a sa
propre composition en ADN
Erwin Chargaff a analysé la proportion des bases dans l'ADN de plusieurs
organismes différents et a tiré deux conclusions :
1.  Chaque espèce a sa propre composition d'ADN
2.  Dans l'ADN, il y a
autant d'adénine que de thymine (A = T)
autant de guanine que de cytosine (G = C)
James Watson (1928)
Francis Crick
(1916-2004)
L'équipe de Watson et Crick
propose un modèle de l'ADN à
partir des travaux de Rosalind
Franklin (1920-1958) et Maurice
Wilkins (1916-2004).
Crick
Watson
WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C. ,
(1953)
« A Structure for Deoxyribose Nucleic
Acid ». Nature, 171, p. 737-738.
En 1957: Crick et Sydney Brenner (1927) propose le principe du code
Génétique.
61 codons
codent un acide
aminé
1 codon code
la méthionine
et sert de
codon de
départ
3 codons
ne codent
pas
d’acides
aminés et
servent de
codons
d’arrêt
!   En 1956, Arthur Kornberg
(1918-2007), Matthew Stanley
Meselson (1930) et Franklin Stahl
(1929): mécanisme moléculaire de la
duplication de l’ADN.
4.4. Comment l’information génétique portée par l’ADN s’exprime-t-elle
au sein de la cellules?
!   Jacques Monod (1910-1976), André Lwoff (1902-1994) et François Jacob
(1920-2013). Prix Nobel 1965
!   George Emil Palade, précise l’association de l’ARN au niveau des
ribosomes.
!  
A partir de 1960, Jacob et Monod découvrent l’ARNm
!  
François Gros (1925) révèle sa structure monocaténaire
!  
Paul Berg (1926, prix Nobel 1980) découvre l’ARNt
5. La microbiologie: du « microbe » au prion
!   Recherche des responsables de maladies infectieuses.
!   Les antibiotiques: découverte par Alexander Fleming (1881-1955) de la
pénicilline.
!   Les virus et les phages:
!  
1983, virus du sida (HIV) par Lu Montagnier (1923) et Robert Gallo (1937)
!  
1915, Félix Hubert d’Hérelle (1873-1949) et
Frederick William Twort (1847-1950)
découvrent les bactériophages
6. Le génie génétique
!   En 1952, Joshua Lederberg (1925-2008) et Norton David Zinder
(1928-2012)
!   Dès 1972, Paul Berg: manipulation in vitro de l’ADN (enzymes de
restriction et DNA ligase).
!   En 1973, Stanley Cohen (1935) et Herbert Boyer (1936)
7. Les chromosomes et le génome
7.1. Les aberrations chromosomiques
!   En 1959, découverte de la trisomie 21 par Jérôme Lejeune (1926-1994),
Raymond Turpin (1895-1988) et Marthe Gautier (1925)
•  Syndrome de Klinefelter (47XXY)
•  Syndrome de Turner (45X0)
7.2. Les maladies génétiques
!   En 1927, Thomas Benton Cooley (1871-1945) met en évidence la nature
génétique de la drépanocytose.
!  
En 1978, localisation de l’allèle muté sur le chromosome 11
7.3. La génomique
!   En 1983, Kary Mullis (1944) invente la PCR (prix Nobel de chimie 1993)
!   En 1990, HGP (Human Genome Project)
•  1980: Aux Etats-Unis, Cline réalise la première expérience de Thérapie Génique .
•  1986: Le chromosome X, responsable de la myopathie de Duchenne par le Généticien américain
Anthony Monaco .
•  1987: Lancement du Téléthon en France, luttant contre les myopathies .
•  1990: Création du Généthon par l'AFM et le centre d'étude du polymorphisme humain ; premier succès
partiel de la thérapie génique chez une fillette de 4 ans atteinte de déficit immunitaire en ADA par
l’équipe du Professeur Michael Blaese à Bethesda aux Etats-Unis.
•  1995: diffusion de la cartographie du génome humain, qui permet d'accélérer les recherches dans les
maladies génétiques .
•  1999: Les premiers essais cliniques sont réalisés à l'Hôpital Necker par l'équipe d' Alain Fischer sur des
enfants atteints de déficience immunitaire sévères "enfants-bulles" . Sur les 10 essais cliniques réalisés, 9
ont réussis et aujourd'hui, les enfants ont une vie normale . Cependant ces essais cliniques ne seront pas
appliqués comme protocoles car il y a eu des effets secondaires importants tels que des cancers .
•  2003: La cartographie du génome humain est totalement achevée .
•  2009: Succès en Thérapie Génique, une équipe de l'Inserm mené par Nathalie Cartier et Patrick
Aubourg, réalise une thérapie génique sur deux enfants atteint d'Adrénoleucodystrophie, maladie liée au
chromosome X affectant le cerveau . Cela fait deux ans que le traitement a débuté et aucun effet
secondaire n'est apparu et la destruction du cerveau s'est arrêté .