Génétique (Généticien) – Fiche métier

Génétique

 

De la molécule d’ADN à la cellule vivante.

La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie les fonctions chimiques inhérentes à une espèce particulière de molécules appelée gène. Une de ses branches, la génétique formelle ou mendélienne, s’intéresse à la transmission des caractères héréditaires entre des géniteurs et leur descendance. Ce terme regroupe un nombre important de disciplines, la plupart associées à la biologie.

Historique

L’étude de la transmission des caractères à la descendance était déjà pratiquée par les éleveurs, et on considère que les diverses races de chiens (Canis familiaris) proviennent de sélections successives de loups (Canis lupus) depuis 20 000 ans (il a été montré que ces deux espèces de Canis sont interfécondes). L’interprétation à partir d’une unité qui est le gène est plus récente (voir la Chronologie). Lamarck réalisait des expériences pour comprendre si les caractères acquis se transmettaient d’une génération à l’autre. Louis Pasteur, en prouvant l’absence de génération spontanée, établit qu’un être vivant possède au moins un ancêtre dont il tire ses caractéristiques. La première étude sérieuse sur le sujet est réalisée par le moine Gregor Mendel, considéré comme pionnier de la génétique. En observant la transmission des caractéristiques morphologiques de pois à travers quelques générations, il définit les termes de phénotype et génotype et il énonce, en donnant un petit coup de pouce à ses chiffres, les lois dites de Mendel, base de la génétique moderne, et ce, bien avant la découverte de l’ADN. August Weismann postula en 1883 l’existence d’un support matériel de l’hérédité. Cette théorie défendait alors l’impossibilité de la transmission des caractères acquis (néolamarckisme) et demandait une pleine adhésion au darwinisme :

« Les êtres vivants dérivent les uns des autres par petites variations fortuites continues passées au crible de la sélection naturelle. »

Hugo de Vries en Hollande, Carl Correns et Erich von Tschermak en Allemagne redécouvraient les lois de Mendel chez les végétaux en 1901. En Angleterre, William Bateson deviendra le plus ardent défenseur des lois de Mendel, avec son livre, paru en 1902, « Gregor Mendel’s principle of Heredity ». Bateson fut, en outre le premier à introduire en 1906 le terme de génétique. Cette redécouverte imposa l’idée que des particules matérielles indépendantes et juxtaposées (appelées plus tard gènes) se transmettaient, selon des lois statistiques immuables, de génération en génération. La France était à cette époque, du fait de sa tradition lamarckiste scientifique et sociale, bien loin d’accepter une telle idée. En 1902 pourtant, le biologiste, professeur à la Faculté des sciences de Nancy, Lucien Cuénot (1866-1951) retrouva ces lois chez l’animal. Puis il découvrit, en 1905, le premier cas de gène létal chez l’animal, le premier phénomène d’épistasie (1907) où plusieurs gènes situés à des endroits différents du chromosome interviennent dans la même voie biochimique, et, en 1908, le premier cas de pléiotropie où certains gènes peuvent agir sur plusieurs caractères en apparence indépendants. Entre 1908 et 1912, il démontra l’origine héréditaire de certains cas de cancer. En outre, dès 1903, il proposa une interaction possible entre mnémon (gène), diastase (enzyme) et pigments (protéine) ce qui, dans le contexte français de l’époque, était une prouesse. Aux États-Unis, Thomas Hunt Morgan et son équipe développèrent dès 1910 la théorie chromosomique de l’hérédité, à partir de la drosophile, mouche d’élevage aisé et de reproduction bien plus rapide que la souris blanche. Il postula l’échange d’unités chromosomiques pendant la méiose et mit au point une méthode qui permit de situer approximativement la position des gènes sur les chromosomes.

Les progrès techniques permettent peu à peu de définir la notion de gène. Il faut attendre les progrès de la microscopie pour localiser le support des gènes : le chromosome. Dans les années 1950, un nouveau pas est franchi par les Américains James Watson et Francis Crick qui déterminent la structure fine de la molécule constituant les gènes, l’ADN, et aident ainsi à comprendre les mécanismes moléculaires de l’hérédité. Un peu plus tard, trois autres Nobel, François Jacob, André Lwoff et Jacques Monod, montrent comment celui-ci se structure en codons pour programmer la synthèse de protéines à partir d’acides aminés, la redondance des codages, le mécanisme des mutations, et la présence d’un code de fin de lecture, comme sur une bande magnétique.

Depuis, les études génétiques permettent peu à peu de comprendre la façon dont l’information génétique est codée dans les chromosomes. On a découvert aussi qu’une grande partie de l’ADN était non-codant.

Plus récemment, on a découvert une hérédité basée sur l’ADN mitochondrial. Cet ADN est à l’origine de maladies transmises exclusivement par la mère. En effet lors de la fécondation, les mitochondries du spermatozoïde paternel ne pénètrent pas dans l’ovocyte maternel et les mitochondries ont (sauf chez de très rares exceptions) une origine exclusivement maternelle.

Différents champs de recherche

Très tôt, la génétique s’est diversifiée en plusieurs branches différentes :

• la génétique médicale étudie l’hérédité des maladies génétiques humaines, leur ségrégation dans les familles de malades. Elle cherche à identifier par ce biais les mutations responsables des maladies, afin de mettre au point des traitements pour les soigner ;

• la génomique étudie la structure, la composition et l’évolution des génomes (la totalité de l’ADN, trois milliards de paires de bases chez l’homme, organisée en chromosomes), et tente d’identifier des motifs dans l’ADN pouvant avoir un sens biologique (gènes, unités transcrites non traduites, miRNAs, unités de régulations, promoteurs, CNGs, etc.) ;

• la génétique quantitative étudie la composante génétique expliquant la variation de caractères quantitatifs (la taille, la couleur du pelage, la vitesse de croissance, la concentration d’une molécule, etc.) et leur héritabilité ;

• la génétique de l’évolution étudie les signatures de la sélection naturelle sur le génome des espèces, et tente d’identifier les gènes qui ont joué un rôle essentiel dans l’adaptation et la survie des espèces dans des environnements changeants ;

• la génétique des populations étudie les forces (et leurs effets) qui influencent la diversité génétique des populations et des espèces (mutation, dérive, sélection) par (entre autres) le développement de modèles mathématiques et statistiques.

L’hérédité, qui étudie le phénotype et tente de déterminer le génotype sous-jacent se base toujours sur les lois de Mendel. La biologie cellulaire et la biologie moléculaire étudient les gènes et leur support matériel (ADN ou ARN) au sein de la cellule, la biologie cellulaire pour leur expression. Les progrès de la branche ingénierie de la génétique, le génie génétique, a pu passer le stade de la simple étude en permettant de modifier le génome, d’implanter, supprimer ou modifier de nouveau gènes dans des organismes vivants : il s’agit des Organisme génétiquement modifié (OGM). Les mêmes progrès ont ouvert une nouvelle voie d’approche thérapeutique : la « thérapie génique ». Il s’agit d’introduire de nouveaux gènes dans l’organisme afin de pallier une déficience héréditaire.

L’évolution sans cesse croissante de la connaissance en génétique pose plusieurs problèmes éthiques, liés au clonage, aux divers types d’eugénisme possibles, à la propriété intellectuelle de gènes et aux possibles risques environnementaux dus aux OGM, comme elle complique également la compréhension du fonctionnement de la machinerie cellulaire. En effet, plus on l’étudie, plus les acteurs sont nombreux (ADN, ARN messager, de transfert, microARN, etc.) et le nombre de rétro-actions (épissage, édition, etc.) entre ces acteurs grandit.