Histoire des sciences -génétique et biotechnologie-

Classes concernées: - Collège: 3ème Diversité et unité des êtres humains. - Lycée: 2nde = Cellule ADN et unité du vivant. 1ère S = Du Génotype au phénotype Term S =Stabilité et variabilité des génomes et évolution Term S Spé = Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies

1. L'émergence de la génétique formelle. La génétique moderne remonte aux travaux de Mendel, qui le premier établit les lois de l'hérédité. Il publie ses résultats en 1866, mais ils passent alors à peu près inaperçus. Leur redécouverte n'aura lieu qu'en 1900.Mendel

Johann Gregor Mendel - Moine et botaniste Autrichien ( ) - Pere fondateur de la génétique ( 3 Lois de Mendel ) « Le candidat semble ne rien savoir de la terminologie technique... Il nomme tous les animaux en allemand familier et évite la nomenclature systématique. Bien qu'ayant étudié diligemment, il manque de connaissances, et même le peu qu'il sait, il ne le sait pas assez clairement ».

Re-découverte en 1900 par: -De Vries, -Correns, -Tschermak-Seysenegg

Friedrich Miescher (1844 – 1895) biologiste suisse. - Isole et caractérise une substance riche en phosphate dans le Noyau quil nomme Nucléine. (Cest lADN) - Travail sur du matériel « frais »: -Pansement purulents de malades -Spermatozoïdes de saumons du Rhin 1 - Isolation du noyau de cellules lysée 2 – Isolation de la Nucléine à laide des propriétés chimiques du groupement phosphate PLS N°371 Sept

2. Le chromosome support de l'héridité. Ce sont les travaux de Morgan, sur la drosophile, qui conduisent au développement de la théorie chromosomique de l'hérédité. Les gènes sont alors localisés sur les chromosomes, et avec Sturtevant, ils pourront même y être ordonnés, constituant les premières cartes génétiques. C'est encore dans le laboratoire de Morgan que sont développées les procédures de mutagenèse expérimentales par Muller.MorganSturtevantMuller

Thomas hunt Morgan Généticien américain ( ) Nobel en Etablissement de la drosophile comme modèle en génétique - Théorie chromosomique de lhérédité Cartographie génétique – 1913 (unité: le centiMorgan)

- Et bien dautres découvertes …... dans le même laboratoire ! Hermann Muller (1890 – 1967, Nobel 1946) - Technique de Mutagénèse artificielle aux rayons X Alfred Sturtevant ( ) - L'hérédité liée au sexe (crossing over)

3. ADN support de l'information génétique. Le premier phénomène qui allait permettre de progresser dans l'identification du support de l'hérédité est celui de la transformation bactérienne, rapporté en 1928 par l'anglais Griffith. Ce phénomène représente alors un test d'activité biologique, grâce auquel il est possible de déterminer la nature du matériel génétique. Ce test ne sera pas mis à profit par Griffith lui même, mais par Avery qui l'utilise pour élucider la nature biochimique du matériel génétique : il s'agit de l'ADN. Cette découverte est toutefois accueillie avec beaucoup de scepticisme. Il faudra de nombreux autres travaux pour que cette réalité soit acceptée : en particulier ceux de Chargaff ou de Hershey.Griffith AveryChargaffHershey

Fred Griffith ( ) Le premier phénomène qui allait permettre de progresser dans l'identification du support de l'hérédité est celui de la transformation bactérienne, rapporté en 1928

Oswald Théodore Avery (1877 – 1955). Généticien La nature biochimique du matériel génétique mis en évidence par Griffith est élucidée en 1944 par les travaux de Oswald Avery = ADN. Ils reprennent les expériences de Griffith sur la transformation bactérienne, et cherchent à purifier le facteur transformant du pneumocoque.

4. Structure de l'ADN Erwin ChargaffRosalind FranklinLinus Pauling James Watson & Francis Crick Maurice Wilkins

Erwin Chargaff ( ) - Biochimiste d'origine autrichienne ayant émigré aux USA en En 1950, travaux sur le contenu en bases azotées de l'ADN chez diverses espèces, réalisés grâce aux progrès de la chromatographie sur papier. Le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée. L'ADN est donc porteur d'une certaine spécificité, cette molécule n'a pas une structure polymérique monotone, elle est donc susceptible de contenir une information. - le rapport C/G ou A/T est à l'inverse constant et quasiment égal à un chez toutes les espèces étudiées. = Complémentarité des bases

Rosalind Franklin ( ) Spécialiste des techniques de difractions au rayon X. Elle réalise plusieurs radiographies aux rayons X de l'ADN, qui seront montrées à son insu par Maurice Wilkins à James Watson (1950)

(cliché de l'analyse Cristallographique au rayon X de la molécule d'ADN.) Cette photographie par Rosalind Franklin a été déterminante dans la découverte de la structure de l'ADN. Cependant Rosy restera dans l'ombre de Watson et Crick.

( ) Linus Pauling ( ) - le plus grand Chimiste de ce siècle. - prix Nobel en 1954 et un prix Nobel de la paix lui est aussi attribué en utilisation des séquences de protéines pour la reconstruction d'arbres phylogéniques = concept d'horloge moléculaire en concurrent le plus sérieux de Watson et Crick, En 1953, il publie ce qu'il pense en être la structure : trois chaînes de riboses phosphates s'enroulant étroitement l'une autour de l'autre, et les bases azotées pointant radialement vers l'extérieur de ce faisceau. Cette idée totalement erronée s'explique en partie par le fait que Pauling n'avait pas accès aux résultats récents de Rosalind Franklin.

James Watson & Francis Crick ( & ) La structure en double hélice de l'ADN est élucidée par Watson et Crick en C'est l'époque où l'on suggère que l'ADN est le support de l'information génétique, alors que l'on croyait que les gènes étaient de nature protéique.

En 1962, le prix Nobel de physiologie et de médecine est attribué à James Watson, Francis Crick et Maurice Wilkins, pour "leur découverte concernant la structure moléculaire des acides nucléiques et son importance concernant le transfert d'information dans les systèmes vivants"

5. Convergence de la biochimie à la génétique. Si la présence des gènes sur les chromosomes est alors établie, rien n'est connu de la nature biochimique des gènes ou de leur mode d'action. La première relation entre un gène et un enzyme est établie en 1902 par Garrod, à partir d'une observation portant sur une maladie génétique humaine. Beadle et Tatum approfondissent cette relation sur un système accessible à l'expérimentation, le champignon Neurospora crassa. L'ensemble de ces travaux aboutissent finalement à la conclusion que les gènes contrôlent la synthèse des enzymes, et que chaque protéine est codée par un gène différent.GarrodBeadleNeurospora crassa

-1 gène = 1 enzyme -Influence de lenvironnement sur le phénotype -Début de la convergence biochimie – génétique (1941) George Wells Beadle ( ) - Généticien Edward Lawrie Tatum ( ) - Biochimiste Le point de vue actuel de la physiologie génétique est que le développement et le fonctionnement d'un organisme résultent essentiellement de celui d'un système intégré contrôlé d'une certaine manière par les gènes. Il est raisonnable de supposer que ces gènes, qui sont eux-mêmes une partie du système, contrôlent ou régulent des réactions spécifiques de ce système soit en agissant directement comme enzymes, soit en déterminant la spécificité d'enzymes... De plus, des recherches de ce type tendent à prouver que les spécificités du gène et de l'enzyme sont de même type. le mutant nutritionnel de Neurospora crassa

6. Les biotechnologies. Frédéric Sanger (1918) Biochimiste anglais - Le séquençage de Sanger

- En avril 1996, la manipulation génétique est réalisée par une équipe de chercheurs écossais1996manipulation génétiqueécossais Clonage de Dolly