L’ADN et la génétique : le livre d’instructions du vivant

L'idée

Chacune de tes cellules contient un mode d'emploi complet pour fabriquer et faire fonctionner ton corps. Ce mode d'emploi est écrit sur une molécule très longue et très fine : l'ADN, pour acide désoxyribonucléique.

L'ADN a la forme d'une double hélice, une échelle tordue sur elle-même. Chaque barreau est fait de deux « lettres » qui s'emboîtent toujours de la même façon : A avec T, G avec C. Tout le vivant, la bactérie, le manioc, l'éléphant ou toi, utilise ce même alphabet de quatre lettres.

• Un gène est un passage de ce texte qui contient la recette d'une protéine : une protéine qui colore tes yeux, qui transporte l'oxygène dans ton sang, qui digère ton repas.
• Ton génome, l'ensemble de ton ADN, compte environ 3 milliards de lettres et environ 20 000 gènes, répartis sur 23 paires de chromosomes.
• Tu reçois une moitié de tes chromosomes de ta mère et l'autre de ton père. Voilà pourquoi tu leur ressembles, sans être identique à aucun des deux.

Quand une cellule se divise, l'échelle s'ouvre en deux comme une fermeture éclair, et chaque moitié sert de modèle pour reconstruire l'autre. C'est ainsi que l'information se copie, de cellule en cellule et de génération en génération. Parfois, une lettre est mal recopiée : c'est une mutation. La plupart sont sans effet, certaines causent des maladies, et quelques-unes, sur des milliers de générations, font évoluer les espèces.

Une expérience à faire

Tu peux voir de l'ADN à l'œil nu, avec l'aide d'un adulte. Écrase une banane ou quelques fraises dans un sachet avec un peu d'eau, une pincée de sel et une cuillère de liquide vaisselle. Le savon ouvre les cellules, le sel aide l'ADN à se regrouper. Filtre le mélange dans un verre, puis verse très doucement sur le dessus de l'alcool bien froid, de l'alcool à 70 ou 90 degrés de pharmacie, sans le boire ni l'approcher d'une flamme. Après quelques minutes, des filaments blancs et visqueux apparaissent entre les deux couches : ce sont des millions de brins d'ADN emmêlés.

L'histoire de la découverte

Un moine et des petits pois. Au milieu du XIXe siècle, à Brno, dans l'actuelle Tchéquie, le moine Gregor Mendel croise des pois pendant des années : graines lisses ou ridées, fleurs violettes ou blanches. Il compte patiemment les descendants et découvre que les caractères se transmettent selon des règles mathématiques, comme s'ils étaient portés par des « facteurs » venus de chaque parent. Il publie en 1866. Personne ne le comprend. Ses travaux ne sont redécouverts qu'en 1900, après sa mort. Ses « facteurs » deviendront les gènes.

Une substance mystérieuse. En 1869, le Suisse Friedrich Miescher isole dans le noyau des cellules une substance nouvelle : c'est l'ADN, mais on ne sait pas à quoi il sert. Pendant longtemps, on pense même que les gènes sont plutôt faits de protéines. Ce n'est qu'en 1944 qu'une équipe américaine menée par Oswald Avery montre que c'est bien l'ADN qui porte l'hérédité.

La course à la double hélice. Au début des années 1950, plusieurs équipes veulent trouver la forme de l'ADN. À Londres, la chimiste Rosalind Franklin et l'étudiant Raymond Gosling obtiennent des images aux rayons X d'une netteté remarquable, dont la célèbre « photo 51 » en 1952. À Cambridge, James Watson et Francis Crick construisent des modèles en carton et en métal. Ils voient les résultats de Franklin, sans qu'elle le sache, et cela les aide à trouver la bonne structure, publiée en 1953. Watson, Crick et Maurice Wilkins reçoivent le prix Nobel de médecine en 1962. Rosalind Franklin, morte en 1958 à 37 ans, ne pouvait pas le recevoir : le Nobel n'est pas attribué après la mort.

Lire le livre entier. De 1990 à 2003, le Projet génome humain réunit des chercheurs de six pays pour lire l'ADN humain lettre par lettre. Les derniers passages, très difficiles à lire, ne sont complétés qu'en 2022.

Corriger une lettre. En 2012, Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna décrivent des « ciseaux génétiques » appelés CRISPR-Cas9, capables de couper l'ADN à un endroit précis. Prix Nobel de chimie 2020.

Ce que cela change pour nous

• La médecine. On comprend mieux des maladies héréditaires comme la drépanocytose, très répandue en Afrique centrale, de l'Ouest et en Inde. Fin 2023, aux États-Unis, l'agence du médicament a autorisé les premiers traitements de cette maladie par thérapie génique, dont l'un utilise les ciseaux CRISPR. Ils restent pour l'instant très chers et rares.
• La justice. Une trace d'ADN peut identifier une personne ou innocenter un suspect.
• L'agriculture. On sélectionne des variétés de manioc, de riz ou de maïs qui résistent mieux aux maladies.
• L'histoire du vivant. En comparant les ADN, on retrace la parenté des espèces, ce qui confirme et précise la théorie de l'évolution.

Ces pouvoirs posent aussi des questions : qui a le droit de lire ton ADN ? Peut-on modifier celui d'un embryon ? La génétique ne se fait pas sans débats éthiques.

Pour aller plus loin

• La chimiste de la photo 51 : Rosalind Franklin.
• L'endroit où se trouve l'ADN : la cellule.
• Comment les mutations font changer les espèces : l'évolution.