BIOLOGIE - DÉFINITIONS
 

 

 

 

 

 

 

Acide aminé : petite molécule, unité élémentaire des protéines. Au nombre de vingt, ils possèdent à la fois des fonctions chimiques identiques et chacun une partie qui lui est propre, le distinguant des autres et le rendant de ce fait potentiellement porteur d'information.

Acide nucléique : terme désignant une substance constituée d'un enchaînement linéaire de nucléotides. Il en existe deux catégories : les acides désoxyribonucléiques (ADN) et les acides ribonucléiques (ARN).

Acides gras : composés entrant dans la composition des lipides. Les acides gras interviennent dans la constitution de certaines hormones et dans le transport du cholestérol. Ils sont présents dans les membranes plasmiques et contribuent à une grande partie de la production d’énergie.

Acromégalie : maladie due à une hypersécrétion d'hormone de croissance qui entraîne un développement important (taille plus grande) de certaines parties du corps (main, pied, visage).

ADN : abréviation d’Acide DésoxyriboNucléique. Cette molécule, de structure hélicoïdale, est plus ou moins longue selon les espèces (cyclique chez les bactéries, finie chez les organismes pluricellulaires). Elle se compose d’un unique ou de deux brins appariés. Elle est classiquement composée de quatre paires de bases azotées : adénine associée à la thymine, et cytosine associée à la guanine. Sa longueur est exprimée en nombre de bases.

ADNc : ADN "complémentaire", copie d'un gène dépourvue des introns (séquences non codantes) de ce gène.

Agoniste : substance qui se lie à un récepteur et qui déclenche sa réponse.

Allèle : une des différentes formes que peut prendre un même gène. Les allèles occupent la même position (locus) sur les chromosomes homologues.

Allergène : substance qui déclenche ou favorise l'allergie, ensemble de réactions inadaptées ou excessives du système immunitaire de l'organisme, suite à un contact, une infection, une ingestion ou une inhalation.

Amplification génique : dite aussi PCR ("polymerase chain reaction"). Technique permettant de recopier de manière exponentielle un fragment d'ADN, grâce à l'utilisation d'une enzyme (polymérase).

Angiogenèse : développement de nouveaux vaisseaux sanguins par bourgeonnement à partir de vaisseaux existants.

Antagoniste : dite aussi PCR ("polymerase chain reaction"). Technique permettant de recopier de manière exponentielle un fragment d'ADN, grâce à l'utilisation d'une enzyme (polymérase).

Anticorps : molécules de défense de l'organisme, protéines (immunoglobulines) fabriquées par les lymphocytes (globules blancs du sang), en réponse à la présence d'un corps étranger, l'antigène.

Antigène : molécule étrangère à l'organisme, qui déclenche une réaction de défense (réponse immunitaire) de ce même organisme, caractérisée par la production d'anticorps.

Antioncogène : ou encore gène suppresseur de tumeur, gène dont la fonction est d'empêcher l'emballement de la division cellulaire (cas du gène P53).

Apoptose : mort cellulaire programmée (selon un programme génétique établi). C'est une composante normale du développement d'un organisme multicellulaire, qui aboutit à la mort de cellules particulières, à certains endroits, à un moment précis. L’apoptose sert notamment à éliminer les cellules "usées".

ARN : Acide RiboNucléique, molécule servant à transférer les instructions génétiques inscrites dans l'ADN du noyau vers le cytoplasme (chez les eucaryotes), où ces instructions sont exécutées par la cellule. L'ARN est également formé par un enchaînement précis de nucléotides.

ARNm : acide ribonucléique messager, forme sous laquelle le message génétique codé dans les gènes est transféré du noyau vers le cytoplasme. Cet ARN est une sorte de "copie" d'un gène, destinée à être utilisée, dans le cytoplasme, comme modèle (par les ribosomes), pour la synthèse d'une protéine.

ARNr : acide ribonucléique ribosomal, l'un des deux constituants des ribosomes.

ARNt : acide ribonucléique de transfert. Courte molécule d'ARN de structure complexe, qui joue un rôle fondamental dans la synthèse des protéines. Il apporte les acides aminés au ribosome.

ATP : adénosine triphosphate molécule de l'énergie.

Bactérie : micro-organisme unicellulaire sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d'ADN circulaire. La bactérie contient un seul chromosome et éventuellement des plasmides.

Bactériophage : virus parasites des bactéries qui peuvent entraîner leur destruction (lyse).

Bases azotées : molécules entrant dans la composition des acides nucléiques (ADN et ARN), ce sont les éléments porteurs de l'information des nucléotides. L'ADN est constitué des 4 bases suivantes : A = adénine ; G = guanine ; C = cytosine ; T = thymine.
L'ARN est constitué des 4 bases suivantes : A = adénine ; G = guanine ; C = cytosine ; U = uracile.

Bicaténaire : qui est constitué de deux chaînes complémentaires. C'est le cas de l'ADN : deux chaînes nucléotidiques complémentaires.

Canaux ioniques: chez les cellules animales et végétales, ce sont de petits pores transmembranaires constitués de protéines qui sont responsables du transport des ions. Les canaux ioniques permettent le transport des ions tels que : Na+, K+, Ca+ ou Cl-. Ils présentent souvent une séléctivité aux ions, permettant à certains ions de passer mais pas à d'autres.

Cancer : le cancer se caractérise par l'apparition de tumeurs malignes constituées par la prolifération anarchique et indéfinie des cellules d'un tissu. Les cellules tumorales sont des cellules transformées suite à des anomalies génétiques. Ces cellules peuvent migrer dans des tissus voisins et y former des métastases.

Caryotype : représentation, formule et ordonnancement (taille) des chromosomes du noyau d'une cellule, obtenus par microscopie ou microphotographie.

Cellule souche : cellule indifférenciée, capable de s'autorenouveler, de se différencier en d'autres types cellulaires et de proliférer en culture. Les cellules souches sont issues soit de l'embryon, soit du foetus, soit de tissus adultes. Elles peuvent aussi être obtenues par transfert de noyau.
Il existe plusieurs types de cellules souches :
-des cellules souches multipotentes (cellules foetales et adultes) capables de donner naissance à plusieurs types cellulaires, comme par exemple les cellules souches myéloïdes de la moelle osseuse qui sont à l'origine des cellules sanguines (érythrocytes, monocytes, granulocytes...).
-des cellules souches pluripotentes (cellules souches embryonnaires ou cellules ES), issues d'un embryon de 5 à 7 jours, capables de donner naissance à plus de 200 types cellulaires représentatifs de tous les tissus de l'organisme
-des cellules souches totipotentes, cellules issues des premières divisions de l'oeuf fécondé (jusqu'au 4eme jour), capables de donner naissance à tous les types de cellules de l'organisme, ce sont les seules à permettre le développement complet d'un individu.

Cellule souche germinale : les cellules souches germinales (diploïdes, 2n) sont des cellules embryonnaires indifférenciées. Elles sont les précurseurs de la lignée germinale. Les cellules souches germinales sont très rapidement isolées des autres cellules embryonnaires avec les cellules à l’origine des gonades. Ces cellules vont se spécialiser en gamètes, spermatozoïdes ou ovules, suivant la nature des hormones en présence.

Cellule totipotente : une cellule totipotente est une cellule indifférenciée, elle peut être à l’origine de n’importe quelle cellule. L’embryon a un stock de cellules totipotentes, qui vont petit à petit se différencier en l’un des 200 types cellulaires que compte le corps humain. L’adulte possède aussi des cellules totipotentes. Elles sont engagées dans la production d'un type cellulaire donné. Par exemple : les cellules souches hématopoïétiques (cellules de la moelle osseuse) renouvellent la population des cellules sanguines, les cellules souches nerveuses susceptibles de générer des cellules du système nerveux.

Centromère : structure particulière du chromosome dont la fonction est d'en assurer la ségrégation lors des divisions cellulaires. Le centromère est le point de fixation du chromosome sur le réseau mitotique.

Chromatides : lors du phénomène d'autoreproduction (durant les mitoses et les méioses) un chromosome donne naissance à deux chromatides qui deviendront ensuite deux nouveaux chromosomes indépendants.

Chromatine : substance de base des chromosomes des eucaryotes, correspondant à l'association de l'ADN et des protéines histones.

Chromosomes : structures différenciées apparaissant dans une cellule en cours de division, sous forme de bâtonnets. Chez les eucaryotes, ils sont situés dans le noyau de la cellule. Constitués d'ADN et de protéines, ils renferment le matériel génétique des cellules. Le génome de la cellule est donc fragmenté entre les différents chromosomes. Ils sont le support de l'hérédité. Ils sont doués du pouvoir d'autoreproduction.

Clonage : multiplication in vitro d'un organisme, d'une cellule souche ou d'un gène, en grand nombre d'exemplaires identiques.

Clone : groupes de cellules ou d'individus issus d'une même unité ancestrale, par simple multiplication végétative. Les membres d'un clone sont en principe (sauf mutations) génétiquement identiques.

CMH : groupes de cellules ou d'individus issus d'une même unité ancestrale, par simple multiplication végétative. Les membres d'un clone sont en principe (sauf mutations) génétiquement identiques.

Code génétique : ensemble des règles de correspondance (code) permettant au message génétique d'être traduit par une cellule. A chaque séquence de trois bases consécutives portées par l'ARN messager, correspond un acide aminé donné et un seul. C'est le code génétique qui permet donc la traduction des messages codés dans le génome en protéines ayant des fonctions bien précises.

Cône de croissance : élargissement situé à l'extrémité d'un prolongement (neurite) de la cellule nerveuse embryonnaire. Le cône de croissance, expansion du neurite, avance d'environ 1 mm par jour et pilote celui-ci vers sa future cible.

Cytocinèse : phase finale de la division cellulaire (une cellule mère donnant deux cellules filles) qui correspond à la séparation physique des deux cellules filles.

Cytokines : "hormones" du système immunitaire, ces molécules polypeptidiques sont produites en réponse à différents stimulus. Elles sont impliquées dans la régulation des fonctions immunitaires, mais aussi dans l'hématopoïèse, l'hémostase. Les plus connues sont les interleukines (IL), les interférons (IFN), les facteurs de croissance hématopoïétiques (CSF), les facteurs de nécrose des tumeurs (TNF).

Cytoplasme : compartiment cellulaire limité par la membrane plasmique. Chez les eucaryotes, le cytoplasme contient de nombreux organites dont le noyau.

Dénaturation : la dénaturation (de l'ADN) est un processus qui consiste à séparer les deux brins complémentaires d'une molécule d'ADN en l'exposant à une température ou un PH élevé. C'est la rupture des liaisons hydrogènes entre les bases qui provoque cette séparation.

Dendrite : arborescence du neurone sous forme de filament court et ramifié servant à recevoir et conduire l'influx nerveux (signal) provenant d'autres cellules nerveuses.

Désoxyribose : sucre, pentose, provenant du ribose et qui a subi la perte d'un atome d'oxygène (désoxygénation). Le désoxyribose entre dans la composition des nucléotides qui constituent l'ADN.

Développement : ensemble des phénomènes ayant cours depuis la cellule œuf jusqu’à la mort d’un organisme. On l’appelle aussi ontogenèse. La partie du développement ayant lieu avant la naissance, ou l’éclosion, est appelée embryogenèse.

Diaphyse : partie moyenne (centrale) dans les os longs.

Différenciation germinale : cette différenciation correspond à la spécialisation des cellules souches embryonnaires, jusqu’alors totipotentes, en cellules sexuelles. Les cellules souches germinales (diploïdes, 2n) subissent une méiose pour donner des cellules germinales, également appelé gamètes (haploïdes). Ces gamètes sont les principaux acteurs de la fécondation.

Diploïde : organisme dont les noyaux des cellules somatiques, possèdent deux jeux de chromosomes (2n).

Dominant : se dit d'un caractère ou d'un allèle qui s'exprime à l'état hétérozygote, c'est-à-dire, lorsqu'il est présent en une seule copie dans le génome. Caractère dominant par opposition à caractère récessif.

Ectoderme : au bout de trois semaines d’existence, les cellules de l’embryon se différencient en trois feuillets embryonnaires : l'ectoderme, l'endoderme et le mésoderme. La formation de ces différents feuillets résulte de nombreuses migrations cellulaires. Chez l'homme, les cellules de ces différents feuillets sont à l’origine des futurs membres et organes. L’ectoderme correspond à la région dorsale de l’embryon. Il est à l’origine de la peau, des phanères et du système nerveux.

Electrophorèse : cette technique permet de séparer des molécules en fonction de leur taille et de leur charge en utilisant un courant électrique. On peut ainsi analyser et purifier dans un milieu gélifié (gel d'agarose, gel de polyacrylamide..) l'ADN, l'ARN, les protéines.

Embryon : l’embryon correspond à un stade du développement. Il débute à la première segmentation de l’œuf fécondé (zygote). Le stade embryonnaire prend fin, chez la femme, à la huitième semaine de grossesse (gestation).

Endocytose : aussi appelée internalisation, l’endocytose correspond à l’absorption par la cellule de substances extracellulaires qui ne diffusent pas à travers la membrane. Cette ingestion a lieu grâce à l’invagination de la membrane plasmique qui forme ainsi des vésicules d’endocytose.

Endoderme : au bout de trois semaines d’existence, les cellules de l’embryon se différencient en trois feuillets embryonnaires : l'ectoderme, l'endoderme et le mésoderme. La formation de ces différents feuillets résulte de nombreuses migrations cellulaires. Chez l'homme, les cellules de ces différents feuillets sont à l’origine des futurs membres et organes. L’endoderme correspond à la région ventrale de l’embryon. Il est à l’origine de l’appareil digestif, de l’appareil respiratoire et de certaines parties de l’appareil urinaire.

Endosome : Les endosomes sont des compartiments délimités par une membrane résultant du phénomène d'endocytose après fusion avec les vésicules nées à partir d'une invagination de la membrane plasmique. Ces vésicules transportent des substances prélevées dans le milieu extracellulaire pour la nutrition de la cellule.

Enzyme : protéine (ou ARN) qui catalyse, accélère une réaction biochimique.

Enzyme de restriction : sorte de ciseaux moléculaires servant à couper l'ADN en des sites bien précis, correspondant pour chacune d'elles à une séquence particulière de bases nucléotidiques.

Epigénétique : on parle souvent de modifications épigénétiques. Ces modifications, qui se passent aux niveaux des gènes, se traduisent par une modulation de leur activité. Une des modifications les plus connues est la méthylation (adjonction d'un groupement méthyle).

Epiphyse : partie terminale renflée des os longs, constituée de tissu spongieux.

Epissage : mécanisme permettant à un ARN transcrit à partir d'un gène, de se débarrasser des séquences introniques, pour donner de l'ARN messager (qui sera ensuite traduit en protéine).

Epitope : partie d'un antigène reconnu par un récepteur situé à la surface d'un lymphocyte.

Espèce : au sens biologique du terme, une espèce se définit par l’interfécondité de deux individus mais également par la fécondité de la première génération. Bien entendu, en paléontologie, cette définition est limitée à l’anatomie.

Eubactérie : les eubactéries sont les bactéries dites « vraies », contrairement aux Archaebactéries. Elles possèdent une paroi rigide et comptent 500 espèces.

Eucaryote : les eucaryotes existent sous forme unicellulaire ou pluricellulaire. Les cellules eucaryotes sont caractérisées par la présence d’un noyau contenant l’information génétique.

Evolution : paradigme en vigueur actuellement, selon laquelle, au fur et à mesure des générations, une espèce se modifie.

Exocytose : l’exocytose correspond à la libération des éléments produits par la cellule. Les macromolécules destinées à être exportées sont enfermées dans des vésicules de sécrétion formées par le bourgeonnement de la membrane plasmique.

Exogène : qui provient de l’extérieur de la cellule.

Exon : fragment de gène dont la séquence d'ADN, après transcription se retrouve dans les ARNm maturés. Cette partie du gène est le plus souvent codante.

Expression : on dit d'un gène qu'il "s'exprime" quand il est actif, c'est à dire, quand il est transcrit sous forme d'ARN messager, puis traduit sous forme de protéine.

Facteur de croissance : substances sécrétées (protéines) par différents types de cellules, necessaires à la croissance (prolifération, différenciation..) cellulaire. Font partie de cette famille : l'insuline, la somatotropine (ou hormone de croissance), la prolactine, certaines cytokines....

Fécondation : fusion des cellules sexuelles mâles et femelles (gamètes). La fécondation va permettre la formation d’un œuf fécondé contenant deux lots de chromosomes. Cette nouvelle cellule diploïde est aussi appelée zygote.

Fibroblaste : cellule du tissu conjonctif qui sécrète les composés de la matrice extracellulaire (laminine, fibronectine, collagène...) et les protéines du tissu conjonctif.

Flagelle : prolongement, filament mobile de certaines cellules (bactéries, algues, champignons, spermatozoïdes) qui leur sert d'organe locomoteur.

Gamètes : cellules germinales (reproductrices), ovule ou spermatozoïde, qui lors de la fécondation, fusionnent pour former le zygote (oeuf).

Géne : unité d'hérédité contrôlant un caractère particulier. Cet élément génétique correspondant à un segment d'ADN ou d'ARN (virus), situé à un endroit bien précis (locus) sur un chromosome. Chaque région de l'ADN qui produit une molécule d'ARN fonctionnelle est un gène. Le gène est responsable d'une fonction spécifique, correspondant le plus souvent à la synthèse d'une protéine. Chez les eucaryotes les gènes sont portés par les chromosomes mais aussi par l'ADN extranucléaire, cas des mitochondries et des chloroplastes. Chez les procaryotes, les gènes sont localisés dans un chromosome circulaire et éventuellement dans des plasmides.

Génétique : science de l'hérédité. La génétique étudie les caractères héréditaires des individus, leur transmission au fil des générations et leurs variations (mutations). C'est l'étude de cette transmission héréditaire qui a permis l'établissement des lois de Mendel.

Génome : ensemble du matériel génétique d'un individu. Patrimoine héréditaire d'un individu.

Génomique : science des génomes. La génomique regroupe un ensemble d'analyses qui vont de l'établissement de cartes du génome (cartographie) à l'identification de nouveaux gènes, à l'étude de leurs fonctions et au séquençage des molécules d'ADN. Dans ces analyses, l'informatique joue un rôle important : des logiciels spécialisés permettent, par exemple, de classer les gènes en fonction des homologies (ressemblances) de leurs séquences et donc de leurs fonctions.

Génotype : ensemble des constituants génétiques d'un organisme, qu'ils soient exprimés ou non.

Gliales : les cellules gliales entourent les neurones et participent au contrôle de l'environnement chimique et électrique de ces mêmes neurones.

Glycolipides : les glycolipides font partie de la famille des lipides. Ils ont de nombreux rôles au sein de l’organisme. Ils interviennent notamment dans les mécanismes de reconnaissance des réactions immunitaires et entrent dans la constitution des membranes cellulaires.

Golgi : (appareil de Golgi) organite membranaire du cytoplasme des cellules eucaryotes constitué d'empilement de saccules (un peu comme une pile d'assiettes). Sa fonction principale est de servir de lieu de transit et de réservoir pour les protéines et lipides fabriqués dans le réticulum endoplasmique. Cet appareil fait partie du réseau de membranes internes que les cellules eucaryotes ont mis en place pour effectuer le transport des macromolécules.

Haploïdie : chez les eucaryotes, présence d'un jeu unique de chromosomes dans le noyau.

Haptène : molécule incapable à elle seule, de provoquer la production d'anticorps.

Hélicases : familles d'enzymes capables de dérouler l'hélice de l'acide nucléique (ADN ou ARN).

Hérédité : transfert des caractères d’une génération à une autre par l’intermédiaire des gènes.

Hétérozygote : un individu est hétérozygote pour un gène quand il possède deux allèles différents de ce gène.

Histones : protéines s'associant à l'ADN pour former la structure de base de la chromatine. Les histones jouent un rôle important dans l'empaquetage et le repliement de l'ADN.

Homéogènes : génes régulateurs du développement embryonnaire, découverts chez la drosophile, puis chez le xénope, la souris et l'homme, et qui déterminent le plan de l'organisme (mise en place spatio-temporelle).

Homozygote : un individu est homozygote pour un gène quand il possède deux allèles identiques de ce gène.

Hybridation moléculaire : technique permettant de mettre en évidence au sein d'une cellule ou d'un tissu, une séquence d'acide nucléique, par exemple de localiser un locus sur un chromosome. Elle est basée sur le principe de complémentarité des bases nucléiques, plus particulièrement entre l'ADN et le brin d'ARN de séquence complémentaire. Le brin de séquence complémentaire est aussi appelé sonde et généralement "marqueur" pour le localiser. Il existe donc des "sondes radioactives" et des "sondes froides".

Hyperplasie : prolifération anormale des cellules d'un tissu, il en résulte une augmentation de la taille de ce tissu.

Induction : mécanisme par lequel un tissu embryonnaire est formé sous l'action d'un signal émanant d'un autre tissu.

Influx nerveux : signal électrique parcourant les axones et leurs prolongements (voir neurone), véhiculant un message, qui est ensuite traité au niveau du cerveau.

Insuline : hormone polypeptidique intervenant dans le cycle du glucose. Elle est synthétisée dans le pancréas. Elle permet l'absorption du glucose par les cellules musculaires et les adipocytes. Lorsque sa sécrétion est insuffisante, il y a apparition du diabète. C'est une hormone hypoglycémiante. Son rôle est de maintenir constante la concentration du sang en glucose.

Interférons : protéines naturelles fabriquées par les cellules de l'organisme et qui exercent des effets variés sur les cellules du système immunitaire. Elles activent notamment les macrophages (phagocytose) et possèdent des propriétés antivirales, antiprolifératives et antifibrotiques. Il existe plusieurs types d'interférons : a, b et g.
Les interférons a et b sont produits en réponse à une infection virale (VIH, hépatites).

Interleukines : substances solubles (messagers) sécrétés par les macrophages et certains lymphocytes qui permettent à d'autres cellules du système immunitaire de communiquer entre elles. Elles servent notamment de médiateurs dans les interactions locales entre les leucocytes (globules blancs).

Interphase : période du cycle cellulaire située entre deux mitoses. Pendant l'interphase les chromosomes sont décondensés et distribués dans tout le noyau. Trois phases se succèdent pendant l'interphase : une phase de croissance de la cellule (G1), une phase de réplication de l'ADN (S) et une phase de croissance et de préparation à la mitose (G2). Voir l'animation " cycle cellulaire"

Intron : fragment d'un gène situé entre deux exons. Les introns sont présents dans l'ARNm immature et absents dans l'ARNm mature. Fragment "non codant" du gène.

Ischémie : arrêt ou insuffisance de la circulation sanguine dans une partie du corps ou un organe, qui prive les cellules d'oxygène et entraîne leur nécrose. Les ischémies peuvent être dues à l'obstruction d'un vaisseau (thrombose) ou à la compression d'une artère (sténose). Les infarctus sont consécutifs à des ischémies.

Kinase : une protéine kinase est une enzyme capable de déposer un groupement phosphate sur un site spécifique d’une protéine. Ce mécanisme, appelé phosphorylation, inhibe ou active la protéine. Il a une importance capitale dans de nombreux mécanismes biologiques comme le cycle cellulaire.

Kératinocyte : cellule constitutive de la couche superficielle de la peau (épiderme) et des phanères (ongles, cheveux, poils, plumes, écailles). Elle synthétise la kératine, protéine fibreuse et insoluble dans l'eau, qui assure à la peau sa propriété d'imperméabilité.

Laminines : protéines de la membrane basale des cellules jouant un rôle dans l'attachement et la migration des cellules lors de l'embryogenèse.

Ligand : molécule qui se lie à une protéine jouant le rôle de récepteur. Les hormones, les facteurs de croissance en sont des exemples.

Lipides : ensemble des corps gras. Ils sont constitués de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Les lipides sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques. Ce sont les des principaux constituants des membranes plasmiques. Les lipides regroupent : les acides gras, les glycérides, les phospholipides, les glycolipides...

Lipoprotéine : association moléculaire formée par des lipides et des protéines. Ces molécules permettent aux lipides, peu solubles dans l'eau, de circuler dans le sang (notamment elles assurent le tansport des triglycérides et du cholestérol).

Liposome : vésicule lipidique artificielle (dont la membrane est constituée d'une ou plusieurs bicouches de lipides) qui possède la capacité d'encapsuler et de protéger, par exemple, des protéines ou du matériel génétique. Cette propriété fait que les liposomes sont utilisés comme vecteurs ou transporteurs en pharmacologie (vectorisation de principes actifs) et en génétique (transfert de gènes).

Locus : emplacement précis d'un gène sur un chromosome.

Lymphocytes : variété de globules blancs du sang. Ils interviennent dans la réponse immunitaire. Ils sont de deux sortes : les lymphocytes B (production d'anticorps) et les lymphocytes T (immunité à médiation cellulaire).

Lysosome : vésicule intracytoplasmique, pourvue d'une membrane, qui contient des enzymes (hydrolases) capables de digérer des molécules intracellulaires.

Macromolécule : Molécule organique de très haut poids moléculaire. Elles sont associées au fonctionnement de la cellule à tous les niveaux : informationnel (mémoire génétique) ,métabolique et structural (organisation cellulaire). On, peut distinguer trois grandes familles de macromolécules : acides nucléiques (ADN et ARN), protéines et glycosaminoglycanes.

Macrophage : cellule d'origine sanguine (monocyte) localisée dans les tissus (foie, poumons, ganglions lymphatiques, rate...) qui possède trois fonctions principales : activité de sécrétion (cytokines...) ; coopération cellulaire (c'est une cellule présentatrice d'antigènes, relation avec les lymphocytes) ; phagocytose (ingestion de bactéries, levures, débris cellulaires...).

Méiose : la méiose est une double division cellulaire. Elle permet de passer d’une cellule à deux lots identiques de chromosomes (cellule diploïde, 2n), à quatre cellules contenant un seul lot de chromosomes (cellules haploïdes, n). Chez les animaux, cette division est à l’origine des gamètes.

Mésoderme : au bout de trois semaines d’existence, les cellules de l’embryon se différencient en trois feuillets embryonnaires : l'ectoderme, l'endoderme et le mésoderme. La formation de ces différents feuillets résulte de nombreuses migrations cellulaires. Chez l'homme, les cellules de ces différents feuillets sont à l’origine des futurs membres et organes. Le mésoderme correspond à la couche cellulaire médiane, il est compris entre l’endoderme et l’ectoderme. Le mésoderme émet des protéines vers l’ectoderme pour influencer sa différenciation. Il est à l’origine de l’appareil circulatoire, du squelette, du système musculaire, de l’appareil urinaire et de l’appareil reproducteur.

Métabolisme : C’est l’ensemble de toutes les réactions chimiques s’effectuant dans la cellule vivante. On définit le métabolisme par trois fonctions précises :
• L’extraction et le stockage de l’énergie
• La transformation des molécules exogènes en matériaux précurseurs, à la base de la construction de la cellule
• L’assemblage de ces précurseurs en macromolécules indispensables au fonctionnement de la cellule.

Microsatellites : courtes séquences d'ADN des chromosomes formées de la répétition d'un motif lui-même constitué de une à quatre bases. Les plus étudiés sont les répétitions (CA)n. Très polymorphes, ce sont de bons marqueurs pour la cartographie génétique.
Mitochondrie : organites cytoplasmiques des cellules eucaryotes où se déroule la respiration cellulaire, productrice d'énergie.

Mitose : division d’une cellule, dite cellule mère, en deux cellules filles analogues. Ces deux cellules ont une information génétique identique à celle de la cellule mère. La transmission de l’information génétique a lieu grâce à la duplication de l’ADN en deux molécules identiques suivie de la séparation de ces deux molécules d’ADN dans deux cellules filles. La mitose est responsable du renouvellement cellulaire, c’est un phénomène continu composé de quatre étapes (Prophase, métaphase, anaphase et télophase). Elle sinscrit dans le cycle cellulaire.

Molécule : une molécule est un ensemble électriquement neutre. Elle est constituée par un assemblement d’atomes identiques ou différents liés entre eux par des liaisons covalentes. L’ADN et la cellulose sont des molécules.

Monocaténaire : acide nucléique constitué d'une seule chaîne de nucléotides. L'ARN messager est monocaténaire.

Monocyte : globule blanc (leucocyte) du sang produit par la moelle osseuse. Le monocyte est une cellule jeune, lorsqu'il devient agée et qu'en même temps il quitte le sang, il devient un macrophage. Le monocyte intervient dans la phagocytose, l'hémostase (coagulation).

Monomère : unité de bases des polymères.

Morphogenèse : développement des formes d'un organisme au cours de l'embryogenèse.

Motoneurone : cellule nerveuse directement connectée à un muscle et qui commande sa contraction à l'aide d'une impulsion nerveuse (synapse neuromusculaire). Cette cellule peut agir sur un petit ou un grand nombre de fibres musculaires, l'ensemble étant appelé une unité motrice.

Mutation : altération du matériel génétique (ADN ou ARN) d'une cellule ou d'un virus qui entraîne une modification durable de certains caractères du fait de la transmission héréditaire de ce matériel génétique de génération en génération.

Myéline : spirale compacte de membrane plasmique de cellule gliale (oligodendrocyte, cellule de schwann), riche en lipides (70%), qui entoure certains axones en formant une gaine autour de ceux-ci (gaine de myéline). Cette gaine isole les axones les uns des autres et permet d'accroître la vitesse de propagation du message nerveux le long des fibres nerveuses.

Myélome : cancer de la moelle osseuse qui se caractérise souvent par une prolifération des lymphocytes B et entraîne la synthèse d'une immunoglobuline anormale.

Myocytes : cellules du muscle cardiaque (myocarde) qui ont la propriété de se contracter grâce à leurs myofibrilles.

Nanomètre : unité de longueur que l’on utilise pour mesurer l’infiniment petit. Un nanomètre équivaut à 10 –9 mètre.

Neurite : prologement cytoplasmique neuronal en cours d'élongation qui donnera à terme soit un axone soit une dendrite.

Neurone : cellule du système nerveux composée d'un corps neuronal comportant un noyau. Le corps neuronal est entouré de dendrites par lesquelles lui parvient l'information provenant d'autres cellules. Il est prolongé par une sorte de cible, l'axone, par lequel il transmet à distance l'influx nerveux à d'autres neurones ou à d'autres cellules (musculaires, sensorielles...). L'axone possède des prolongements axonaux permettant d'établir des connexions avec d'autres cellules à travers les synapses.

Neurotransmetteur ou neuromédiateur : molécule chimique qui assure la transmission des messages d'un neurone à l'autre, au niveau des synapses. Exemples de neurotransmetteurs : l'acéthylcholine, l'adrénaline, la noradrénaline, la dopamine, la sérotonine, l'histamine, le glutamate, les neuropeptides...

Nucléole : organite présent en nombre variable dans le noyau cellulaire. C'est le lieu de synthèse de l'ARN ribosomique (ARNr) et de l'assemblage des ces ARNr avec des protéines issues du cytoplasme, pour former les sous-unités des futurs ribosomes.

Nucléoside : élément constitutif des acides nucléiques (ADN et ARN) constitué d'une base azotée (purine ou pyrimidine), associée à un sucre (pentose : ribose pour l'ARN et desoxyribose pour l'ADN). Les quatre unités nucléosidiques de l'ADN sont : désoxyadénosine, désoxyguanosine, désoxythymidine et désoxycytidine.

Nucléotide : unité de construction des acides nucléiques, résultant de l'addition d'un sucre (ribose pour l'ARN et désoxyribose pour l'ADN), d'un groupement phosphate et d'une base azotée à l'origine de l'information. Il existe quatre nucléotides différents pour l'ADN : adénine (A), thymine (T), guanine (G), cytosine (C) et quatre nucléotides différents pour l'ARN : uracile (U), guanine (G), cytosine (C), adénine (A).
C'est la succession des bases résultant de l'enchaînement des nucléotides dans l'acide nucléique qui constitue le message génétique.

Organites : éléments différenciés contenus dans les cellules et qui ont des fonctions bien précises. (noyau, chloroplastes, mitochondries)...

Ovogenèse : l’ovaire est le siège de l’ovogenèse. C’est un long processus à l’origine des cellules germinales femelles à un lot de chromosome (gamètes), appelées ovules. L’ovogenèse est réalisée grâce à la méiose subie par les cellules souches germinales (ovogonies).

Ovule : cellule sexuelle (gamète) femelle résultant de la méiose subie par les cellules souches germinales (ovogonies). Cette cellule est fécondable par la cellule sexuelle mâle (spermatozoïde). L’ovule est souvent confondu avec l’ovocyte. L’ovocyte est bloqué en deuxième métaphase de méiose. La pénétration du spermatozoïde dans l’ovocyte permet à la méiose de s’achever. L’ovocyte devient alors un ovule prêt à fusionner son matériel génétique avec celui du gamète mâle.

Pathogénicité : pouvoir d'un organisme (virus, bactéries...), d'une substance à causer une maladie.

Peptide : molécule composée d'un petit nombre d'acides aminés (contrairement aux polypeptides et aux protéines), réunis par des liaisons peptidiques.

Phagocytose : mécanisme qui permet a certaines cellules spécialisées (macrophages, granulocytes neutrophiles) ainsi qu'a certains organismes unicellulaires (protistes) l'ingestion de particules étrangères tels que des bactéries, des débris cellulaires, des poussières... La phagocytose a un rôle important dans la fonction immunitaire, c'est en effet un moyen de défense de l'organisme, notamment lors d'infections bactérienne et parasitaire.

Phénotype : ensemble des caractères observables d'un individu. Le phénotype correspond à la réalisation du génotype (expression des gènes) mais aussi des effets du milieu, de l'environnement.

Phéromones : substance ou mélange de substances intervenant dans la communication chimique, et qui est susceptible de modifier chez un congénère, son comportement ou sa physiologie. Il en existe cinq types principaux : phéromones sexuelles, phéromones grégaires, phéromones de piste, phéromones d'alarme et phéromones d'espacement.

Phospholipides : les phospholipides sont les principaux lipides constituant la membrane plasmique. Ils sont constitués d’une partie hydrophobe et d’une partie hydrophile. Cette particularité permet la formation spontanée de la membrane plasmique (toutes les parties hydrophobes sont au centre de la cellule, les parties hydrophiles sont à l’extérieur).

Pluripotence : capacité que possède une cellule à se différencier en certains autres types cellulaires. C'est le cas, par exemple, des cellules souches myéloïdes de la moelle osseuse qui sont à l'origine des cellules sanguines.

Polymérase : enzyme capable d'enchaîner des nucléotides en polymères d'ADN ou d'ARN (ARN polymérase, ADN polymérase).

Polymère : un polymère est une grande molécule formée par la répétition d’un même motif de base, le monomère. L’indice de polymérisation des polymères est le nombre de fois où le monomère est répété.

Polypeptides : polymères constitués de plusieurs acides aminés. Les protéines sont de longues chaînes polypeptidiques.

Procaryote : une cellule ou un organisme procaryote sont caractérisés par l’absence de noyau. Le matériel génétique des procaryotes est sous forme d’un chromosome unique appelé nucléoïde.

Protéine : une des plus importantes classes de molécules présentes dans tous les organismes vivants et les virus. Elles assurent l'essentiel des fonctions de la cellule (architecture cellulaire, effecteurs au niveau du fonctionnement). On les retrouve sous différentes formes : enzymes, hormones, récepteurs, neurotransmetteurs... Les protéines sont des macromolécules constituées de longues chaînes d'acides aminés (les éléments de base). La protéine est la résultante du message génétique contenu dans un gène, elle est produite lors de la synthèse protéique. Voir l'animation "synthèse des protéines".

Protiste : organisme eucaryote unicellulaire. Exemple : la paramécie.

Proto-oncogène : gène impliqué dans le contrôle de la division cellulaire (stimulation) et dont la mutation est à l'origine de tumeurs (prolifération excessive des cellules).

Radical libre : fragment obtenu par scission d'une molécule et qui possède une très grande réactivité chimique.

Récepteur : protéine, généralement située à la surface des cellules, capable de fixer une molécule informative (médiateurs chimiques, neurotransmetteurs, hormones...) et de convertir ce message extracellulaire en signal intracellulaire, entraînant une réponse de la part de la cellule.

Récessif : se dit d'un caractère ou d'un allèle qui ne s'exprime qu'à l'état homozygote, c'est-à-dire que lorsqu'il est présent en deux copies dans le génome. Caractère récessif par opposition à caractère dominant.

Recombinaison : échange d'information génétique (brin d'ADN) entre deux secteurs différents du génome. Un exemple fréquent se déroule lors de la méiose entre chromosomes homologues ("crossing over").

Régulation : contrôle de l'expression, ou activité, de ce gène.

Ribose : sucre, pentose, qui entre dans la composition des nucléotides qui constituent l'ARN.

Ribosome : organite du cytoplasme de la cellule où se déroule le processus de traduction de l'ARN messager en protéine. Cette fonction est commune à toutes les cellules vivantes.

Séquençage : procédé utilisé pour déterminer l'ordre (la séquence) des acides aminés d'une protéine ou des bases dans les acides nucléiques (ADN et ARN).

Soma : ensemble des cellules non sexuelles d'un organisme vivant.

Spermatogenèse : C’est un long processus à l’origine des cellules germinales mâles à un lot de chromosome (gamètes), appelées spermatozoïdes. La spermatogenèse est réalisée grâce à la méiose subie par les cellules souches germinales (spermatogonies). Le testicule est le siège de la spermatogenèse.

Spermatozoïde : cellule sexuelle (gamète) mâle résultant de la méiose subie par les cellules souches germinales (spermatogonies). Cette cellule est susceptible de féconder le gamète femelle, pour donner un zygote.

Symbiose : relation permanente entre deux organismes d'espèces différentes et qui se traduit par des effets bénéfiques aussi bien pour l'un que pour l'autre.

Synapse : espace entre deux cellules nerveuses qui constitue une aire de jonction par laquelle le message chimique passe d'un neurone à l'autre, entraînant l'excitation ou l'inhibition de ce dernier.

Télomères : extrémités d'un chromosome intervenant dans sa stabilité et dans les processus cellulaires intervenant dans le vieillissement.

Théorie chromosomique de l'hérédité : théorie établie par le généticien Thomas Morgan, affirmant que les gènes sont des éléments matériels portés par les chromosomes.

Thérapie génique : méthode consistant à introduire du matériel génétique (gène) dans les cellules d'un organisme pour y corriger une anomalie (mutation, altération...) à l'origine d'une pathologie. Il s'agit souvent d'apporter un gène normal et fonctionnel dans une cellule où le gène présent est altéré.
Totipotence : capacité que possède une cellule de se différencier en tous les types cellulaires. C'est le cas des cellules souches embryonnaires (embryon de moins de 8 jours).

Traduction : processus permettant la synthèse d'une chaîne polypeptidique (protéine) à partir d'un brin d'ARN messager. La traduction a lieu au niveau des ribosomes.

Transcription : processus permettant la copie de l'ADN en ARN. L'ARN synthétiser peut-être de type ARN messager, de transfert ou ribosomique. C'est la première étape du processus qui permet de passer de l'ADN à la protéine, ou plus concrètement du gène à son produit.

Transgène : gène étranger introduit dans le génome d'un organisme génétiquement modifié.

Transgénèse : technique servant à introduire un gène étranger (transgène) dans le génome d'un organisme, en vue d'obtenir un organisme génétiquement modifié. Pour être réussie la transgenèse nécessite :
-la pénétration du transgène dans les cellules-cibles
-son intégration dans le génome - son aptitude à s'exprimer dans les cellules (production d'une protéine)
-et enfin la possibilité d'obtenir la régénération d'individus entiers à partir de cellules génétiquement modifiée.

Transgénique : animal, plante... dont le génome a été modifié par introduction d'un gène étranger.

Translocation : échange de segments entre deux chromosomes. La myopathie de Duchenne en est un exemple : translocation d'une région du chromosome X sur le chromosome 21.

Vecteur : Molécule d'ADN capable de s'autorépliquer (plasmide, cosmide, ADN viral) dans laquelle on introduit (in vitro) de l'ADN étranger et que l'on utilise ensuite pour faire pénétrer cet ADN dans une cellule hôte.

Virus : particule microscopique infectieuse possédant un seul type d'acide nucléique (ADN ou ARN) qui ne peut se répliquer qu'en pénétrant dans une cellule et en utilisant sa machinerie cellulaire. Les virus sont en général des germes pathogènes.

Vitamines : molécules indispensables au bon développement et au fonctionnement normal de l'organisme, qui ne peut les synthétiser en quantité suffisante. Ces molécules n'ont pas de valeur énergétique et doivent être absorbées quotidiennement à faible dose. Différentes classes de vitamines existent : vitamine A, B, C, D, E, K, PP. Une alimentation équilibrée évite les carences vitaminiques. Quelques cas de carence : vitamine C : scorbut ; vitamine B1 : beri- béri ; vitamine D : rachitisme.

Xénogreffe : on dit aussi hétérogreffe, greffe entre deux individus, un donneur et un receveur, qui appartiennent à deux espèces différentes (exemple, greffe d'un foie de porc sur un homme).

YAC : Chromosome artificiel de levure ("yeast artificial chromosome"). Ce matériel, utilisé pour le clonage de grands fragments d'ADN, a permis notamment l'exploration du génome humain.

Zygote : chez les eucaryotes, c'est le résultat de la reproduction sexuée, l'oeuf, cellule provenant de la fusion des deux gamètes : un ovule et un spermatozoïde.

 

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  Découverte de deux protéines impliquées dans le positionnement des noyaux musculaires
 

 

 

 

 

 

 

Découverte de deux protéines impliquées dans le positionnement des noyaux musculaires


COMMUNIQUÉ | 20 MARS 2012 - 11H35 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BIOLOGIE CELLULAIRE, DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION | CANCER


La position des noyaux cellulaires dans les fibres musculaires joue un rôle important dans certaines faiblesses du muscle. C’est ce que vient de montrer Edgar Gomes, chercheur Inserm dans le groupe myologie de l’institut Myologie (Unité mixte Inserm/UPMC) en collaboration avec une équipe américaine. Les chercheurs ont identifié plusieurs protéines impliquées dans le « bon » positionnement des noyaux, nécessaire au fonctionnement du muscle. Leurs résultats sont publiés dans une Lettre dans la revue Nature, datée du 18 mars.
Pour bouger, les êtres vivants ont besoin de muscles et plus particulièrement des muscles squelettiques qui sont sous le contrôle du système nerveux. Ces derniers sont constitués de fibres musculaires cylindriques avec une multitude de noyaux périphériques. Le mécanisme par lequel les noyaux se positionnent en périphérie dans les fibres musculaires est encore mal connu. Une équipe de chercheurs franco-américains a essayé de mieux connaitre les raisons d’une telle disposition.

L’équipe d’Edgar Gomes et ses collaborateurs ont découvert le mécanisme impliqué dans le positionnement des noyaux dans les fibres musculaires. Les chercheurs ont identifié, chez la drosophile et la souris, deux protéines impliquées dans le positionnement des noyaux : la protéine Kif5b, appartenant à la famille des kinésines (moteurs moléculaires), et la protéine MAP7, qui permet le mouvement de différentes organelles (1) dans la cellule.

Ils sont parvenus à ce résultat en mutant les gènes codants pour les protéines MAP7 et Kif5b de la drosophile et en étudiant le développement de l’embryon. Ils observent dans ce cas que les noyaux ne s’alignent pas correctement dans les fibres musculaires.

“La présence de MAP7 est exigée pour le positionnement des noyaux dans les fibres musculaires chez la drosophile et chez les mammifères” précise Edgar Gomes, chargé de recherche Inserm. L’équipe de chercheurs est parvenus à décrire le mécanisme du positionnement des noyaux dans les fibres impliquant la protéine MAP7 et son interaction avec le moteur moléculaire : la kinésine Kif5b. Ils ont montré qu’une mutation de ces protéines n’affectait pas l’élongation du muscle ni même l’attachement au squelette mais bien seulement la position des noyaux.
L’équipe d’Edgar Gomes, en faisant interagir les deux protéines ensemble, suggère que MAP7 se lie à Kif5b pour favoriser le positionnement des noyaux. “Par ailleurs, ces protéines agissent génétiquement et physiquement ensemble, et leur lien physique est nécessaire pour le positionnement correct des noyaux. Nos résultats montrent que celui-ci permet le bon fonctionnement du muscle” souligne Edgar Gomes.

Les maladies musculaires entrainant une faiblesse au niveau des fibres peuvent être associées à un défaut d’alignement des noyaux cellulaires. L’équipe d’Edgar Gomes a montré qu’en replaçant correctement les noyaux, le muscle redevient fonctionnel. “Nous suggérons qu’en corrigeant les défauts de positionnement des noyaux musculaires chez des patients atteints de myopathies, les malades pourraient voir leur fonction musculaire s’améliorer” conclut Edgar Gomes.

Note
(1) Structures spécialisées de la cellule contenues dans le cytoplasme

 

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  QU'EST-CE QUE LA VIE ?
 

 

 

 

 

 

 

QU'EST-CE QUE LA VIE ?


Longtemps savants et philosophes ont cherché à élucider la nature de la vie. L'idée de vie suggérait l'existence de quelque substance ou de quelque force spéciale. On pensait que la "matière vivante", comme on disait alors, différait de la matière ordinaire par une substance ou une force qui donnait des propriétés particulières. Et pendant des siècles, on a cherché à découvrir cette substance ou cette force vitale. En réalité la vie est un processus, une organisation de la matière. Elle n'existe pas en tant qu'entité indépendante qu'on pourrait caractériser. On peut donc faire l 'étude du processus ou de l'organisation, mais pas de l'idée abstraite de vie. On peut tenter de décrire, on peut tenter de définir ce qu'est un organisme vivant et non-vivant. Mais il n'y a pas de "matière vivante". Il y a de la matière qui compose les êtres vivants et cette matière n'a pas de propriété particulière que n'aurait pas ce qui compose les corps inertes.

Texte de la 1ère conférence de l'Université de tous les savoirs réalisée le1er janvier 2000 par François Jacob
Qu'est-ce que la vie ?

Pour inaugurer dignement l'an 2000, qui ne signifie rien, sinon un salut à la gloire des zéros, on m'a demandé de répondre à la question : Qu'est-ce que la vie ? Cette question me paraît d'autant plus appropriée qu'elle n'a pas de réponse. Depuis qu'il y a des hommes et qui pensent, ils ont dû se poser une telle question. Chacun apprend rapidement qu'il est, tôt ou tard, destiné à mourir. Chacun a vu des animaux ou des humains morts. Chacun sait que la vie est un état éphémère. Chacun voudrait bien savoir en quoi il consiste. Le malheur est qu'il est particulièrement difficile, sinon impossible, de définir la vie. C'est un peu comme le temps. Chacun a une idée intuitive de ce qu'est le temps. Mais quand il faut le définir, on y arrive rarement.
Mais si chacun parle de la vie en relation avec la mort, rares sont ceux qui en parlent en relation avec les choses inanimées, avec les montagnes, les rochers, le sable, l'eau, etc. En effet, en science, la division entre vivant et non vivant est relativement récente. Jusqu'à la fin du XVIIIème siècle, on étudiait les animaux et les plantes. On comparait leur morphologie. On les classait. On faisait de l'histoire naturelle.
C'est seulement au début du XIXème siècle que plusieurs auteurs, dont Lamarck, s'intéressent aux propriétés des êtres vivants, par opposition aux objets inanimés et utilisent le mot biologie. Il est intéressant de noter que l'avènement de la biologie survient avec celui du romantisme. On commence à parler du vivant au moment du premier suicide de la littérature : celui du jeune Werther.

Longtemps savants et philosophes ont chercher à élucider la nature de la vie. L'idée de vie suggérait l'existence de quelque substance ou de quelque force spéciale. On pensait que la "matière vivante", comme on disait alors, différait de la matière ordinaire par une substance ou une force qui lui donnait des propriétés particulières. Et pendant des siècles, on a cherché à découvrir cette substance ou cette force vitale. En réalité la vie est un processus, une organisation de la matière. Elle n'existe pas en tant qu'entité indépendante qu'on pourrait caractériser. On peut donc faire l'étude du processus ou de l'organisation, mais pas de l'idée abstraite de la vie. On peut tenter de décrire, on peut tenter de définir ce qu'est un organisme vivant. On peut chercher à établir la ligne de démarcation entre vivant et non vivant. Mais il n'y a pas de "matière vivante". Il y a de la matière qui compose les êtres vivants et cette matière n'a pas de propriété particulière que n'aurait pas ce qui compose les corps inertes.
Si le vitalisme a duré si longtemps, si jusqu'au début du XXème siècle, beaucoup de biologistes ont encore invoqué une force mystérieuse pour animer les êtres vivants, c'est que de toute évidence la théorie qu'on leur opposait ne pouvait suffire. Ceux, en effet, qui considéraient que les êtres vivants ne sont pas fondamentalement de nature différente de la matière inanimée, estimaient avec Descartes que tous les organismes - à l'exception peut-être de l'homme - ne sont que des machines. Bien évidemment le modèle de la machine appliqué aux organismes est très insuffisant : on n'a jamais vu de machine s'autoconstruire, s'autorépliquer, ou se procurer toute seule l'énergie dont elle a besoin. Cependant cette idée n'a été finalement abandonnée que récemment.
Le premier et important coup a été porté au vitalisme par les chimistes. Comme les corps vivants et les corps inanimés semblaient être de nature différente, on estimait que les chimistes ne pouvaient fabriquer les constituants du vivant, appelés corps organiques. Mais en 1828, Frederik Wöhler réussit en laboratoire la synthèse d'une substance organique, l'urée, à partir de composants minéraux. C'était la preuve qu'il est possible au laboratoire de convertir les composés inorganiques en une molécule organique.

La fin du XIXème siècle a été pour la biologie une période d'exceptionnelle fécondité. C'est l'époque des grandes théories :
- La théorie des germes avec Pasteur. Les microorganismes avaient été découverts à la fin du XVIIème siècle, grâce à l'invention du microscope. Mais pendant longtemps on n'a su ni qu'en faire ni où les ranger. C'est seulement avec Pasteur que fut mis en évidence le rôle de ces petits êtres vivants dans les maladies de l'homme et des animaux ainsi que dans certaines industries, comme celles du vin et de la bière. En outre, Pasteur démontra que les microbes naissent des microbes et que la génération spontanée n'existe pas.
- La théorie cellulaire avec Schleiden chez les végétaux et Schwann chez les animaux. Tous les organismes sont faits de cellules. La cellule est l'unité du vivant. C'est le plus petit élément ayant toutes les propriétés du vivant. La reproduction se fait par la fécondation, c'est-à-dire la fusion de deux cellules sexuelles : spermatozoïde et ovule. Le développement de l'embryon se fait à partir de l'Suf ainsi formé, par la multiplication des cellules et leur différenciation en cellules spécialisées (musculaires, nerveuses, hépatiques, etc.).

- La théorie de l'évolution avec Darwin. Le monde vivant tel que nous le voyons autour de nous, y compris nous-mêmes les humains, est le résultat de l'histoire de la Terre. Les espèces dérivent les unes des autres par un mécanisme imaginé par Darwin et appelé sélection naturelle. En fin de compte, tous les êtres vivants descendent de un -ou d'un très petit nombre- d'organismes initiaux. Ce qui conduit à poser la question de l'origine de cet organisme, c'est-à-dire l'origine du vivant.
Au début du XXème siècle ce sont développées deux disciplines nouvelles : la biochimie et la génétique. La biochimie cherche à analyser les constituants et les réactions de la cellule. C'est avec elle que l'expérimentation trouve un accès à la chimie du vivant. Elle analyse un nombre considérable de réactions relativement simples. Elle suit les transformations par quoi se constituent les réserves d'énergie et s'élaborent les matériaux de construction.
Quand on analyse les composants de la cellule, on constate que celle-ci est formée de molécules de deux types : des petites molécules et de très grosses molécules. Les petites molécules sont formées par une chaîne de réactions successives. A chaque étape un petit groupe d'atomes est ajouté ou retranché. Chaque réaction est catalysée de manière spécifique par un enzyme particulier.
Les grosses molécules sont fabriquées de manière très différente. Ce sont des polymères formés par la répétition d'une même réaction. A chaque étape est ajouté un même type de petite molécule. Ces polymères peuvent ainsi contenir des centaines, voire des milliers de résidus. Il en existe deux sortes qui jouent chacune un rôle primordial dans la cellule :
- les acides nucléiques sont des polymères de ce que les chimistes appellent des bases puriques et pyrimidiques, présentes au nombre de quatre ; il en existe deux types : l'acide désoxyribonucléique (ADN) qui assure la conservation et la reproduction de l'information cellulaire ; l'acide ribonucléique (ARN) qui sert surtout aux transferts d'information.
- les protéines sont des polymères d'acides aminés dont il existe vingt sortes. Les protéines servent à déterminer les structures de la cellule et à former les enzymes, les catalyseurs des réactions chimiques.
Plus se précisent la composition des êtres vivants et les réactions dont elles sont le siège, moins elles se distinguent de celles réalisées au laboratoire. L'originalité des êtres vivants réside surtout dans les enzymes, dans leur fonction de catalyseurs. C'est grâce à la précision, à l'efficacité et à la spécificité de la catalyse enzymatique que peut se tisser le réseau de toutes les opérations chimiques dans l'espace minuscule de la cellule. Ces activités enzymatiques sont associées à la présence de protéines. Si la chimie des êtres vivants a un secret, c'est dans la nature et les qualités des protéines qu'il faut le chercher.
L'autres domaine nouveau, la génétique est née avec le siècle et a grandi avec lui. Les travaux de Mendel, exécutés et publiés dans les années 1860, n'avaient pas retenu grande attention. Ils sont "redécouverts" au début du siècle par plusieurs biologistes simultanément. Ils conduisent à l'idée que le "caractère", ce qu'on voit, est sous-tendu par une "particule" qu'on ne voit pas, qui est cachée au cSur de la cellule. Cette particule a été appelée "gène". Depuis lors, la génétique a poursuivi une recherche inlassable pour tenter de comprendre ce qu'est un gène, son fonctionnement, ses propriétés. Et plus nous avons appris, plus il est apparu clairement que les gènes se situent au cSur de toute cellule, de tout organisme, que la génétique sous-tend toute la biologie.

Le premier tiers du siècle a été occupé par une recherche de mutations chez divers animaux et végétaux ainsi que par des croisements entre organismes différant par plusieurs mutations. La démonstration qu'un gène donné occupe une position précise, qu'on peut lui assigner une place sur un chromosome particulier, date de 1910. L'arrangement linéaire des gènes sur un chromosome et la première carte génétique avec plusieurs marqueurs furent publiés en 1913.
Tant que les généticiens ont circonscrit leurs recherches à l'étude d'organismes complexes, ils ont surtout repéré des gènes gouvernant des traits de morphologie ou de comportement. Mais à la fin des années 1930 est apparu, chez les généticiens, un intérêt nouveau pour la biochimie. L'analyse génétique a été étendue aux microorganismes. Elle a permis de déceler des gènes déterminant des réactions biochimiques. Il est ainsi devenu possible de disséquer les voies métaboliques, d'établir l'ordre des réactions successives, de montrer que la catalyse de chaque étape, dont la protéine qui sert de catalyseur, est sous la dépendance d'un gène spécifique.
Pendant toute cette période, les gènes apparaissaient comme des "êtres de raison", des structures imaginaires requises pour rendre compte des faits connus. Personne n'en avait jamais vu. On ne pouvait ni les purifier, ni les mettre en bouteille. On les représentait le plus souvent comme d'hypothétiques perles enfilées sur d'hypothétiques fils, correspondant aux chromosomes. Avec les travaux montrant que c'est l'acide désoxyribonucléique, l'ADN, qui est porteur des traits héréditaires chez les bactéries et les virus, le gène jusque-là pure construction mentale, commençait à prendre de l'épaisseur, de la consistance.
Au milieu de ce siècle, survint un changement nouveau dans la manière de considérer les organismes vivants. Cette transformation, qui correspondait à la naissance de la biologie moléculaire, est partie d'une idée que l'expérimentation est venue étayer seulement après coup. L'idée était que les propriétés des êtres vivants doivent nécessairement s'expliquer par la structure et les interactions des molécules qui les composent. Cette conception était due à un groupe de physiciens notamment Bernal, Niels Bohr, Delbrück, Schrödinger pour qui toute explication biologique devait avoir une base moléculaire. Quitte à trouver des lois nouvelles qui, sans échapper à la physique, auraient pu n'être découvertes que chez les êtres vivants. Ce qui, jusqu'à ce jour n'a pas été observé.
C'est en pathologie qu'a été obtenue la première explication moléculaire avec l'étude de l'hémoglobine dans l'anémie falciforme. Mais c'est surtout la connaissance de la structure moléculaire de l'ADN qui devait prouver de façon éclatante le bien-fondé de la manière de voir des physiciens et donner un fondement à la biologie moléculaire. Avec la structure proposée par Watson et Crick venait se résoudre, dans les propriétés d'une molécule, l'une des plus grandes questions posées à l'humanité, l'hérédité.
La biologie moléculaire a tout d'abord centré ses recherches sur les structures les plus simples : bactéries et virus. L'avantage des bactéries, c'est que, à partir d'un individu, on peut, en quelques heures, obtenir une population homogène de quelques milliards d'individus. Et inversement, à partir d'une population de milliards d'individus, on peut isoler un mutant particulier pour peu que l'on sache imaginer un milieu sélectif permettant la multiplication de ce seul mutant. D'où l'intérêt de ces bactéries pour les biochimistes et les généticiens. Après les travaux de Pasteur, on ne s'est intéressé aux microbes que pour leur rôle dans les maladies des hommes et des animaux ou dans l'industrie. Telle était leur importance dans ces domaines que leur étude biologique en fut éclipsée. Au milieu de ce siècle, il devint clair que les bactéries étaient formées des mêmes composés chimiques que tous les organismes vivants. Et aussi que, comme les autres organismes, ils possédaient des gènes localisés sur un chromosome.

Les travaux effectués au milieu de ce siècle démontrèrent ainsi l'unité de structure et de fonction du monde vivant. Et pour l'étude de nombreux problèmes les bactéries apparurent alors comme un matériel particulièrement favorable. Quant aux virus, ils sont si petits qu'on peut les voir, non au microscope optique, mais seulement au microscope électronique. On s'est longtemps demandé si les virus étaient vivants. Aujourd'hui, la réponse est clairement non. Ce ne sont pas des organismes vivants. Placés en suspension dans un milieu de culture, ils ne peuvent ni métaboliser, ni produire ou utiliser de l'énergie, ni croître, ni se multiplier, toutes fonctions communes aux êtres vivants. Les virus sont dépourvus de tout équipement enzymatique. Ils ne peuvent se multiplier qu'au sein d'une cellule où ils ont pénétré par infection, en utilisant à leur profit l'équipement enzymatique de la cellule.
La biologie moléculaire est longtemps restée confinée à l'étude des bactéries et des virus. Les organismes multicellulaires demeuraient hors d'atteinte d'une telle analyse. Leur ADN présentait une complexité qui défiait les possibilités de la génétique moléculaire. Et puis, peu à peu, on a appris à manier cet ADN. On a trouvé le moyen d'en couper les longs filaments en des points choisis, d'en raccorder les fragments, d'en insérer des segments dans un chromosome. Toutes ces manipulations connues sous le nom de génie génétique. Il est ainsi devenu possible de manipuler les énormes quantités d'ADN contenus dans le génome des organismes complexes.

En quelques années, ce fut alors une transformation totale de la manière de considérer et d'étudier les êtres vivants, leur fonctionnement, leur évolution. L'exigence d'explication moléculaire a gagné les branches les plus diverses de la biologie, la biologie cellulaire, la virologie, l'immunologie, la physiologie, la neurobiologie, l'endocrinologie, etc. Dans la période qui a suivi, et dans laquelle nous sommes encore, cette nouvelle manière de voir le monde vivant a apporté, dans la plupart des domaines de la biologie, une extraordinaire moisson de données nouvelles. C'est une période de raffinement et d'exploitation. Un effort technologique sans précédent a permis d'affiner les méthodes en jeu dans l'analyse des macromolécules, acides nucléiques et protéines. Pour un étudiant commençant aujourd'hui et pénétrant pour la première fois dans un laboratoire, il est difficile d'imaginer ce qu'était, il y a encore vingt ou vingt-cinq ans, l'étude des protéines et surtout des acides nucléiques. Aujourd'hui, ce même étudiant apprend en quelques semaines à découper en morceaux le génome de n'importe quel organisme ; à isoler des fragments et purifier des gènes ; à en produire des grammes, à en faire la séquence ; à réassortir avec n'importe quel autre fragment d'ADN n'importe quel gène ou n'importe quelle séquence ; à injecter un gène dans une cellule et même dans le noyau d'un Sufs fécondé. Bref en quelques semaines, il apprend à bricoler en laboratoire, comme un vulgaire moteur de 2 CV, la molécule même de l'hérédité. La stupéfaction a été de constater que les chromosomes, ces structures naguère encore considérées comme pratiquement intangibles, sont en réalité l'objet de remaniements permanents, que la molécule de l'hérédité est raboutée, modifiée, coupée, rallongée, raccourcie, retournée. Bref que notre présence sur cette terre est le résultat d'un immense bricolage cosmique.
Car aujourd'hui, aucun biologiste ne met plus en doute que le monde vivant, tel que nous le voyons autour de nous, est le résultat d'une évolution qui a duré plusieurs milliards d'années. C'est un fait aujourd'hui admis même par l'Église catholique. Rien de ce que l'on a appris depuis 100 ans, et en particulier les résultats de la biologie moléculaire, ne peuvent s'expliquer sans la théorie de l'évolution. Il y a en biologie un grand nombre de généralisation mais fort peu de théories. Parmi celles-ci, la théorie de l'évolution l'emporte de beaucoup en importance sur les autres parce qu'elle rassemble, dans les domaines les plus variés, une masse d'observations qui sans elle resteraient isolées ; parce qu'elle lie entre elles toutes les disciplines qui s'intéressent aux êtres vivants ; parce qu'elle instaure un ordre dans l'extraordinaire variété des organismes et les unit étroitement au reste de la terre ; bref parce qu'elle fournit une explication causale du monde vivant et de son hétérogénéité. Mais si tout le monde biologique admet aujourd'hui le rôle de l'évolution dans la genèse du monde vivant, des désaccords subsistent sur certains aspects des mécanismes en jeu. C'est le propre d'une théorie scientifique d'être discutée dans ses détails et de donner lieu à de nouvelles recherches.

La biologie moléculaire permet d'éclairer plusieurs des questions qui se posent à propos de l'évolution. Ici je voudrais en évoquer seulement deux. La première est la question de savoir si -et comment- les molécules des différents organismes sont différentes. On a longtemps pensé qu'elles étaient entièrement différentes. Et même que c'était la nature de leurs molécules qui donnait aux organismes leurs propriétés et particularités. En d'autres termes que les chèvres avaient des molécules de chèvre et les escargots des molécules d'escargot. Que c'étaient les molécules de chèvre qui donnaient à la chèvre ses particularités.
Peu à peu, à mesure que s'amélioraient les moyens d'analyse des protéines et des gènes, à mesure qu'on étudiait des organismes plus nombreux, on s'est aperçu que certaines molécules, comme l'hémoglobine par exemple, ou les hormones, étaient les mêmes ou presque, chez les organismes très différents. Progressivement, il est ainsi apparu que tous les animaux, tous les êtres vivants sont apparentés à un point naguère encore soupçonnable. Gènes et protéines ne sont plus chacun des objets uniques, des idiosyncrasies propres à une espèce. On retrouve des structures extrêmement voisines d'une espèce à une autre. Mieux, dans une même espèce, on retrouve souvent des structures extrêmement voisines assurant des fonctions très différentes. En outre, on voit souvent des segments de séquence commune insérés parmi des séquences différentes. Gènes et protéines sont pour la plupart des sortes de mosaïques formées par l'assemblage de quelques éléments, de quelques motifs portant chacun un site de reconnaissance. Ces motifs existent en nombre limité, mille ou deux mille. C'est la combinatoire de ces motifs qui donne aux protéines leur infini variété. C'est la combinaison de quelques motifs particuliers qui donne à une protéine ses propriétés spécifiques.
L'élément de base, celui qui est directement impliqué dans la chimie de la cellule, c'est le site de reconnaissance contenu dans un domaine protéique. La reconnaissance moléculaire avait semblé, tout d'abord, limitée à l'interaction entre enzyme et substrat ou entre antigène et anticorps. On lui attribue maintenant le premier rôle dans toute une série de phénomènes : polymérisation des protéines pour former des structures telles que les protéines du muscle, le cytosquelette, les ribosomes, les capsides des virus ; interaction protéine-ADN dans la régulation de l'activité des gènes ; interaction récepteur-ligand dans toute une série de phénomènes, telle la transduction des signaux ou les interactions de cellules, l'adhérence cellulaire, etc. Nombre de sites de reconnaissance moléculaire persistent sans changement à travers toute l'évolution. De sorte qu'on les retrouve à peu près identiques chez les organismes les plus variés.

On voit les changements apportés ainsi dans la manière de considérer l'évolution biochimique. Tant que chaque gène, donc chaque protéine, était regardé comme un objet unique, résultat d'une séquence unique de nucléotides ou d'acides aminés, chacun d'eux ne pouvait se former que par une création nouvelle, de toute évidence hautement improbable. Mais l'existence d'importantes familles de protéines de structures identiques, la formation de protéines en mosaïque formées de motifs retrouvés dans de nombreuses protéines, ce fait surprenant que, au cours de l'évolution, les protéines conservent leurs motifs spécifiques et leurs sites actifs malgré une énorme diversification morphologique, tout cela montre bien que l'évolution procède de manière bien différente de ce qu'on avait cru jusque-là. En fait, l'évolution biochimique paraît fonctionner selon deux principes, concernant l'un la création de molécules nouvelles, l'autre leur sélection.

La part créative de l'évolution biochimique ne se fait pas à partir de rien. Elle consiste à faire du neuf avec du vieux. C'est ce que j'ai appelé le "bricolage moléculaire". Les premiers gènes ont dû se former à partir de courtes séquences de nucléotides, trente ou quarante. Ces segments se sont ensuite agrandis, soit en s'aboutant les uns aux autres, soit en se dédoublant chacun une ou plusieurs fois. On trouve, en effet, dans de nombreux gènes la trace de une, deux, trois ou même plusieurs duplications successives suivies de diversifications plus ou moins importantes. La duplication soit de segments d'ADN, soit de gènes entiers paraît être l'un des grands modes de bricolage moléculaire. C'est par duplications successives que ce sont formées les nombreuses familles de gènes comme ceux des hémoglobines, de nombreux facteurs de régulation ou les gènes de la famille des immunoglobulines qui remplissent des fonctions voisines, reconnaissance d'antigènes, adhérence cellulaire ou guidage des axones.
Second mode de production des gènes : le réassortiment de fragments préexistant pour former des gènes mosaïques. Là intervient aussi l'aspect sélection. Une formidable surprise a été de constater, chez les protéines, la persistance, presque l'intangibilité, au cours de l'évolution, des motifs de reconnaissance spécifiques. Cette stabilité, malgré l'énorme variété des espèces, s'explique par les fortes contraintes pesant sur ces sites de reconnaissance, base de toutes les interactions moléculaires ; donc de toutes les activités chimiques de la cellule. Il est nécessaire de conserver la spécificité des interactions moléculaires. D'où une inertie, à travers l'évolution, des structures en jeu. Cette inertie s'applique au segment d'un gène, un segment codant ou exon, qui détermine ce site de reconnaissance. Elle ne s'applique pas aux segments non codant du gène ou introns. Ni au voisinage, à la nature des segments qui jouxtent l'exon en cause. Introns et segments d'ADN voisins peuvent donc varier librement. D'où le second mode de bricolage moléculaire : le réassortiment de fragments d'ADN, d'exons, pour former des molécules mosaïques.

Une fois encore, c'est donc une combinatoire d'éléments en nombre limité qui produit une énorme variété de structures pour former les principaux constituants cellulaires. L'évolution biochimique ne repose que secondairement sur des mutations comme on l'avait longtemps cru. Elle est due avant tout à la duplication de segments d'ADN et à leur réassortiment. Dans cette évolution existent de véritables points fixes, des îlots formés par les sites de reconnaissance spécifique. Autour des segments d'ADN qui les codent, s'échangent plus ou moins librement, comme une sorte de ballet, d'autres fragments d'ADN. Dans ces conditions, les structures de base, les sites de reconnaissance se retrouvent dans tous les organismes dans des contextes qui peuvent être à chaque fois différents. L'ensemble du monde vivant ressemble ainsi à une sorte de Meccano géant. Les mêmes pièces peuvent être démontées et remontées de façon différente, de manière à produire des formes différentes. Mais à la base, ce sont toujours les mêmes éléments qui sont utilisés.

La structure en mosaïque des gènes et des protéines donne à celles-ci des possibilités d'interactions multiples. La formation de complexes protéiques, parfois très volumineux, accroît encore des possibilités. C'est ainsi que pour réaliser certaines opérations de base de la cellule, comportant des réactions et interactions multiples, des ensembles spécifiques sont mis en Suvre. C'est le cas notamment d'opérations impliquées dans la division de la cellule ou d'interactions cellules-cellules ou de certaines étapes de morphogenèse. Les gènes d'un ensemble qui assure de telles opérations sont liés par les reconnaissances cellulaires qui associent étroitement leurs produits. L'ensemble des gènes qui gouvernent la division de la cellule sont les mêmes chez la levure et chez l'homme. Ils ont conservé leurs fonctions et une bonne part de leurs structures au long d'une évolution qui s'étend sur plus de cinq cent millions d'années. De tels ensembles ont été baptisés "syntagmes" par Antonio Garcia-Bellido. Ils fonctionnent comme des sortes de modules utilisés dans l'architecture de toutes les cellules.
C'est aussi une construction en modules régis par des ensembles de gènes que l'on observe dans le développement embryonnaire de nombreuses espèces. Peut-être même de toutes. Les organismes, insectes notamment, paraissent se développer sous forme de segments répétés, c'est-à-dire de modules multicellulaires. Tout d'abord identiques, ces modules se différencient secondairement de manière spécifique sous l'effet d'ensembles de gènes régulateurs, tels les homéogènes. Le rôle de ces gènes est de modifier les règles qui régissent le développement du module type. Ils définissent ainsi un territoire bien défini et donnent à chaque segment une identité particulière. Chacun de ces territoires, de ces segments est défini par la combinaison de plusieurs homéogènes qui fonctionnent en parallèle dans les mêmes cellules. De la même façon, la différenciation terminale, qui produit les différents types cellulaires observés dans le corps, utilise des ensembles de gènes conservés qui opèrent de concert. Par exemple, pour produire cellules musculaires ou cellules nerveuses chez tous les organismes étudiés, du nématode à l'être humain. Le monde vivant comprend des bactéries et des baleines, des virus et des éléphants, des organismes vivants dans les régions polaires à -20°C. Mais tous ces organismes présentent une remarquable unité de structures et de fonctions. Ce qui distingue un papillon d'un lion ou une poule d'une mouche, c'est moins une différence dans les constituants chimiques que dans l'organisation et la distribution de ces constituants. Parmi les groupes voisins, les vertébrés, par exemple, la chimie est la même. Ce qui rend un vertébré différent d'un autre, c'est plus un changement dans le temps d'expression et dans les quantités relatives des produits des gènes au cours du développement de l'embryon que les petites différences observées dans la structure de ces produits.

Dans la nature, la complexité naît souvent d'une combinatoire : combinatoire de particules pour former les atomes, combinatoires d'atomes pour former les molécules, combinatoire de cellules pour former les organismes. C'est aussi le processus qui sous-tend la formation des gènes et des protéines : combinatoire de fragments ayant chacun une fonction spécifique et qui se réassortissent à l'infini pour jouer des rôles variés. Un petit nombre de ce ces fragments d'ADN suffit ainsi à former un nombre considérable de gènes.
Une surprise a été de découvrir à quel point les molécules sont conservées au cours de l'évolution. Pas seulement les protéines de structure comme les hémoglobines des globules rouges, les actines et les myosines des muscles ou les kératines des cheveux et des ongles. Pas seulement les enzymes comme la pepsine et la trypsine qui interviennent dans la digestion ou les cytochromes qui interviennent dans la respiration. Mais aussi les protéines de régulation qui dirigent par exemple le développement de l'embryon et déterminent la forme de l'animal. Deux exemples suffisent à montrer cette surprenante conservation des molécules. Chez la mouche, qui jouit d'un long passé génétique, ont été mis en évidence les gènes qui assurent, dans l'Suf, la mise en place des axes du futur embryon, puis ceux qui déterminent le destin et la forme de chacun de ces segments. A la stupéfaction générale, ces mêmes gènes ont été retrouvés chez tous les animaux examinés : coup sur coup, grenouille, ver, souris et homme. Qui eut dit, il y a encore quinze ans, que les gènes qui mettent en place le plan d'un être humain sont les mêmes que ceux fonctionnant chez une mouche ou un ver. Il faut admettre que tous les animaux existant aujourd'hui sur cette terre descendent d'un même organisme ayant vécu il y a six cent millions d'années et possédant déjà cette batterie de gènes.
Autre exemple non moins saisissant : les yeux. Il existe, chez les animaux, toute une série d'yeux bâtis sur des principes très différents. Notamment l'Sil à facettes des insectes et l'Sil à cristallin des céphalopodes et des vertébrés. Si différents que puissent être ces deux types d'Sil, ils utilisent pour leur construction, les mêmes gènes bricolés de façon différente pour produire des organes remplissant une même fonction mais d'architectures très différentes. Au cours de ce demi-siècle, on est ainsi allé de surprise en surprise. Au point que dans les quinze dernières années a émergé du monde vivant une vision complètement nouvelle.
Je voudrais discuter ici d'un autre problème, un redoutable problème qui vient en corollaire à la théorie de l'évolution. C'est la question de l'origine du vivant, de l'origine de la vie. D'un côté, Pasteur a montré une bonne fois pour toutes que la génération spontanée n'existe pas. Après lui, il n'y a plus de mouches qui naissent de vieux chiffons. Le vivant vient du vivant. Toute cellule vient d'une cellule. D'autre part, après Darwin, les espèces dérivent les unes des autres. Elles dérivent toutes de un ou d'un très petit nombre d'organismes très simples. D'où la question : comment s'est formé le premier organisme vivant ?

On estime aujourd'hui que la Terre s'est formée il y a quatre milliards et demi d'années. Combien de milliers d'évènements, totalement indépendants dont chacun aurait pu ne pas avoir lieu, ont dû se produire pour que se créent l'univers, notre galaxie, le système solaire et la Terre avec les conditions nécessaires à la vie, conditions qui n'existent pas sur les autres planètes du système solaire : l'eau, la distance au soleil qui permet juste de n'avoir ni trop chaud, ni trop froid. Pour évoquer l'origine de la vie, les biologistes doivent déployer toutes les ressources de leur imagination.
Le vivant semble être apparu assez vite, probablement moins d'un milliard d'années après la formation de la Terre, sous forme de ce qu'on pourrait appeler une "protobactérie". Qui dit vivant dit reproduction. Mais l'appareil de reproduction tel qu'on l'observe aujourd'hui chez l'organisme le plus simple, chez la bactérie la plus modeste se relève déjà d'une redoutable complexité. Car la seule duplication de l'ADN met en jeu un grand nombre de protéines. La synthèse de chacune de celles-ci exige un nombre et une diversité de macromolécules plus considérables encore. Cela pour la seule duplication de l'ADN. Sans parler de toutes les autres fonctions et réactions chimiques qui s'accomplissent au sein de la cellule bactérienne moderne. Il est donc exclu qu'un tel système soit sorti ainsi tout armé de la cuisse de Jupiter. D'où la nécessité d'imaginer des scénarios plus ou moins plausibles dans lesquels se serait progressivement construite une telle complexité.

Selon le scénario actuel, le monde vivant tel que nous le connaissons et que domine l'ADN aurait été précédé par un monde où c'était l'ARN qui l'emportait en fonctionnant aussi bien pour la reproduction que pour la catalyse de certaines réactions. Inutile de dire que la mise en place de ce monde à ARN et le passage à un monde à ADN impliquent un nombre considérable d'étapes toutes plus improbables l'une que l'autre. Il est vraisemblable que l'on pourra préciser certains aspects de ce scénario, affiner certaines des hypothèses. Mais beaucoup de celles-ci ne se prêtent ni à une reconstruction en laboratoire, ni à une vérification expérimentale. En d'autres termes, s'il paraît clair que microbes, champignons, plantes, animaux, humains, bref nous autres vivants, nous descendons tous de quelque protobactérie initiale, nous ne sommes pas près de connaître dans le détail le véritable visage que présentait notre ancêtre commun.

Quand on considère l'origine de la vie, il faut admettre que, en quelque huit ou neuf cent millions d'années, des milliers d'évènements, chacun fortement improbable, se sont succédés pour permettre le passage d'une Terre sans vie à la vie d'un monde à ARN puis à un monde à ADN. De toute évidence, une pareille histoire paraît aux non initiés aussi difficile à accepter que la Création racontée par la Théogonie d'Hésiode, ou par les Upanishads ou par la Bible. Et encore, les récits mythiques semblent-ils bien souvent plus près du sens commun que les discours des biochimistes et des biologistes moléculaires.
Quant à ces derniers, placés devant les difficultés d'un problème qui risque de ne pas recevoir avant longtemps de solution, ils ont recours à trois hypothèses possibles. Les uns, et parmi les plus grands, considèrent l'apparition de la vie sur la Terre comme tellement improbable qu'ils préfèrent, mi par jeu, mi-sérieusement invoquer une sorte de panspermie. Des germes vivants seraient arrivés sur la terre à bord d'un vaisseau spatial envoyé d'une planète lointaine par une civilisation plus évoluée que la nôtre. Ce qui, bien entendu, ne fait que reculer le problème d'un cran. C'est l'opinion la plus rare.

D'autres considèrent que l'apparition du vivant sur la Terre était tellement improbable qu'elle ne s'est sans doute produite qu'une seule fois. Elle résulte d'une suite d'évènements, dont chacun aurait pu ne pas se produire, qu'il aurait aussi bien pu ne jamais y avoir de monde vivant sur la Terre. Les mêmes scientifiques ont également tendance à croire qu'il n'y a probablement pas d'autres habitants, et notamment pas d'autres habitants conscients dans l'univers.
Enfin, une troisième catégorie de scientifiques montre une attitude toute différente. Ils considèrent que toutes les étapes impliquées dans l'avènement d'un monde à ARN, puis dans le passage à un monde à ADN, sont des réactions chimiques ordinaires. Elles ne peuvent donc manquer de se produire si suffisamment d'occasions, donc de temps, leur sont données. Pour eux, le vivant ne pouvait donc pas ne pas se former sur la Terre. En outre, sensibles aux arguments des astrophysiciens pour qui l'univers contient un grand nombre de planètes dont les propriétés doivent être semblables à celles de la Terre, ils considèrent qu'il doit exister, dans l'univers, un grand nombre de foyers de vie et même probablement de vie consciente.

En l'état actuel des connaissances, le choix entre ces deux dernières options est avant tout une question de goût. Certains préfèrent cultiver l'exception que représenterait une vie restreinte à la Terre et, comme conséquence, l'unicité de la conscience humaine pour réfléchir sur l'univers et ce qui l'habite. Les autres, au contraire, préfèrent croire à la banalité du vivant dont ils pensent que les propriétés sur d'autres planètes ne pourraient être très différentes de celles observées sur la Terre. Convaincus, d'autre part, qu'une fois mise en route la vie doit nécessairement conduire à la conscience, ils s'efforcent de trouver des moyens d'entrer en contact avec les autres civilisations qui, d'après eux, doivent occuper d'autres régions de l'univers.

Jusqu'ici, toutefois, aucune trace d'un signal venu de la galaxie ou d'autres galaxies n'a pu être obtenu. Dans une série d'observatoires distribués à travers le monde on s'efforce de déceler un tel signal en utilisant les longueurs d'ondes les plus variées. Jusqu'ici en vain. Il faut dire qu'il y a des questions de distance ! Récemment l'attention a été attirée sur une météorite qui pourrait venir de la planète Mars et qui pourrait contenir une structure rappelant celle des plus vieilles structures vivantes trouvées sur la Terre. Mais les arguments avancés ne sont guère convaincants. Cette affaire paraît relever de la publicité pour la NASA en vue de ses prochains vols spatiaux vers Mars.

On voit ainsi que la science a, depuis un ou deux siècles, considérablement réduit ses ambitions par les questions qu'elle pose et les réponses qu'elle cherche. De fait, le début de la science moderne date du moment où aux questions générales se sont substituées des questions limitées. Où au lieu de se demander : "Comment l'univers a-t-il été créé ? De quoi est faite la matière ? Qu'est-ce que la vie ?", on a commencé à se demander : "Comment tombe une pierre ? Comment l'eau coule-t-elle dans un tube ? Quel est le cours du sang dans le corps ?". Ce changement a eu un résultat surprenant. Alors que les questions générales ne recevaient que des réponses limitées, les question limitées se trouvèrent conduire à des réponses de plus en plus générales. Cela s'applique encore à la science d'aujourd'hui. C'est pourquoi on n'interroge plus la vie aujourd'hui dans les laboratoires. On ne cherche plus à en cerner les contours. On s'efforce seulement d'analyser des systèmes vivants, leurs structures, leurs fonctions, leur histoire.

Il ne faut donc pas demander au scientifique de définir la vie. Mais chacun de nous sait ce qu'est la vie. Chacun de nous sait combien elle est fragile. Chacun de nous en connaît l'infini du possible et la merveilleuse diversité. Chacun de nous sait qu'il n'est pas sur la terre de bien plus précieux que la vie. Que c'est même le seul bien de ce monde. Que de donner la vie, ou plutôt transmettre la vie à un enfant, est l'acte le plus profond que puisse accomplir un être humain. "La vie ne vaut rien, disait Malraux, mais rien ne vaut la vie".

 

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  30 petits neurones unis contre la douleur
 


 

 

 

 

 

Paris, 3 mars 2016

30 petits neurones unis contre la douleur


L'ocytocine joue un rôle primordial dans la modulation de la réponse douloureuse mais, jusqu'ici, le processus aboutissant à sa libération était inconnu. Une équipe internationale1, incluant en France des chercheurs du CNRS, de l'Inserm et de l'Université de Strasbourg à l'Institut des neurosciences cellulaires et intégratives du CNRS, vient d'identifier dans l'hypothalamus un nouveau centre de contrôle de la douleur. Il est constitué d'une trentaine de neurones qui coordonnent à eux seuls la libération d'ocytocine dans le sang et dans la moelle épinière, et atténuent ainsi la sensation douloureuse. Leurs résultats, qui ouvrent des perspectives pour le traitement des douleurs pathologiques, sont détaillés dans un article publié le 3 mars 2016 dans la revue Neuron.
Ce coup de marteau sur les doigts du bricoleur du dimanche a dû lui faire mal. Mais il aurait eu encore plus mal si l'ocytocine, un peptide synthétisé par une région du cerveau appelée hypothalamus, n'intervenait pas très tôt dans les processus cérébraux modulant la réponse douloureuse. De la contraction de l'utérus au moment de l'accouchement, à l'éjection du lait maternel après la naissance, en passant par son implication dans la régulation des interactions sociales, de l'anxiété ou de la douleur, l'ocytocine est un messager essentiel mais, pour l'instant, assez mystérieux. En effet, les mécanismes qui aboutissent à sa diffusion n'avaient jusqu'à présent pas été décryptés.
 
Une équipe internationale de chercheurs, coordonnée par Alexandre Charlet de l'Institut des neurosciences cellulaires et intégratives du CNRS, s'est penchée sur le processus de libération d'ocytocine lorsqu'une douleur est perçue. Elle a découvert que le centre de contrôle, dans le cerveau, qui coordonne la libération de l'ocytocine n'est constitué que d'une petite trentaine de neurones de l'hypothalamus.
 
Lors de douleurs aiguës ou d'une sensibilisation inflammatoire (brûlure, pincement, coupure, etc.), l'information est acheminée par les nerfs périphériques2 jusqu'aux neurones de la moelle épinière. Ceux-ci interprètent l'intensité du message et le codent en conséquence. L'information est alors adressée à d'autres neurones, parmi lesquels une petite population de 30 cellules de petite taille du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, identifiés par l'équipe d'Alexandre Charlet. En retour, ils activent une famille de gros neurones, les neurones magnocellulaires, dans une autre région de l'hypothalamus, qui libèrent l'ocytocine dans la circulation sanguine. La cible : les neurones périphériques qui continuent d'envoyer au cerveau le message responsable de la sensation douloureuse. L'ocytocine vient les « endormir » et de ce fait, diminuer la douleur.
 
Mais les trente donneurs d'ordre ne s'arrêtent pas là. En parallèle, le prolongement de ces cellules, appelé axone, qui mesure jusqu'à un mètre chez l'humain, atteint les couches profondes de la corne dorsale de la moelle épinière. C'est précisément à cet endroit, où le message sensoriel est codé en intensité, qu'ils libèrent l'ocytocine. Ils diminuent donc, par deux voies simultanées, la reconduction du message douloureux au cerveau.
 
Les travaux de l'équipe ont donc permis d'expliquer la manière dont différentes populations de neurones à ocytocine se coordonnent afin de contrôler l'interprétation du message « douleur » par le système nerveux. La découverte de ce centre de contrôle analgésique est prometteuse dans le cadre du traitement des douleurs pathologiques. Cibler cette poignée de neurones permettrait en effet de limiter les effets secondaires d'un potentiel traitement. Pour l'heure, l'équipe continue de les étudier, cette fois-ci pour découvrir leur implication dans la libération de l'ocytocine permettant la lactation et certains comportements sexués.



© Thomas Splettstoesser - http://www.scistyle.com/
30 petits neurones de l'hypothalamus exercent un double effet analgésique. En effet, ils provoquent une libération d'ocytocine à la fois dans la moelle épinière profonde, grâce à leurs longs prolongements (axones), et dans le sang afin d'inhiber les neurones sensibles au stimulus douloureux.
Ces deux mécanismes sont représentés, respectivement, par la région en rouge dans la moelle épinière, et par la goutte de sang.

 

Télécharger le communiqué de presse :


Notes :
1 Le projet a été coordonné par Alexandre Charlet du CNRS et Valery Grinevich du DKFZ, en Allemagne, et inclut des chercheurs d'autres institutions en Allemagne, Suisse, Chine, Italie, États-Unis.
2 Les nerfs périphériques relient les organes au système nerveux central composé du cerveau et de la moelle épinière.
Références :
A new population of parvocellular oxytocin neurons controlling magnocellular neuron activity and inflammatory pain processing, Marina Eliava, Meggane Melchior, H. Sophie Knobloch-Bollmann, Jérôme Wahis, Miriam da Silva Gouveia, Yan Tang, Alexandru Cristian Ciobanu, Rodrigo Triana del Rio, Lena C. Roth, Ferdinand Althammer, Virginie Chavant, Yannick Goumon, Tim Gruber, Nathalie Petit-Demoulière, Marta Busnelli, Bice Chini, Linette L. Tan, Mariela Mitre, Robert C. Froemke, Moses V. Chao, Günter Giese, Rolf Sprengel, Rohini Kuner, Pierrick Poisbeau, Peter H. Seeburg, Ron Stoop, Alexandre Charlet et Valery Grinevich. Neuron, 3 mars 2016. Consulter le site web

 

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