ADN (acide désoxyribonucléique) ou DNA (deoxyribonucleic acid)

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Quel matériel et quelle structure assurent la transmission à l’identique des caractéristiques d’une espèce à sa descendance et font « qu’une chienne ne fait pas des chats », mais seulement des chiots… ? Jusqu’en 1944, la nature du matériel support de l’hérédité – qui assure la transmission génétique – était purement un objet de spéculations. Cette année-là, des études de génétique microbienne prouvent qu’une longue molécule fibreuse, l’ADN, est le support matériel recherché. Cette notion est rapidement généralisée à tous les organismes vivants : l’ADN est le support matériel universel de l’hérédité. En 1953, sa structure dans l’espace– la célèbre double hélice – est élucidée. On a pu croire à ce moment que « tout » résidait dans la séquence de l’ADN. Or il existe d’autres structures que la double hélice. Enfin, les diverses structures de l’ADN adoptent des conformations topologiques différentes selon les fonctions à assurer. Ainsi est-on passé d’un ADN mémoire génétique passive à une véritable dynamique conformationnelle de cette molécule.

ADN, mémoire génétique universelle

Le 25 avril 1953, l'Américain James D. Watson et le Britannique Francis H. C. Crick, récipiendaires, en 1962, avec le Britannique Maurice Wilkins du prix Nobel de physiologie ou médecine, proposaient, dans la célèbre revue scientifique anglaise Nature, une structure tridimensionnelle en forme de double hélice pour la molécule d'ADN (acide désoxyribonucléique), support de l'hérédité. Leur contribution était accompagnée de deux autres articles dont les auteurs principaux respectifs, les Britanniques Maurice H. F. Wilkins et Rosalind Franklin, relataient leurs expériences de diffraction des rayons X sur des fibres d'ADN et les informations structurales qu'ils en avaient déduites : ces données expérimentales étaient en accord avec le modèle proposé par Watson et Crick. Ces derniers, cinq semaines plus tard, montraient, dans un second article, que la structure de l'ADN suggérait un mode simple de réplication (duplication) de cette molécule, compatible avec son rôle fondamental dans les phénomènes héréditaires.

Premier modèle de la double hélice d’ADN

Photographie : Premier modèle de la double hélice d’ADN

En 1953, le modèle de la double hélice d'ADN est publié dans la revue Nature. Utilisant des clichés de diffraction de rayons X de fibres d'ADN, obtenus dans les laboratoires de Maurice Wilkins et surtout de Rosalind Franklin, tous deux à King's Collège (Londres), James Watson (à gauche) et... 

Crédits : A. Barrington Brown, Gonville and Caius College/ Science Photo Library/ AKG-images

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Avec cette découverte, Watson et Crick pensaient avoir percé le « secret de la vie ». Leur modèle convainquit rapidement les biologistes que les propriétés de l'ADN pouvaient expliquer les mécanismes de l'hérédité. Les acides nucléiques furent au centre des recherches des « biologistes moléculaires » pendant les décennies qui ont suivi.

Depuis lors, et en partie à cause de ces travaux, la biologie a bien changé. Elle est devenue une big science, c'est-à-dire une discipline vedette mobilisant de grandes ambitions et de gros moyens, grâce à l'introduction des techniques de génie génétique dans les années 1970. Elle occupe aujourd'hui une position dominante, tant par ses applications que par les problématiques fondamentales qu'elle soulève. La double hélice d'ADN est devenue l'emblème de cette nouvelle biologie.

Cette place s'explique aussi par le rôle que cette molécule a joué et joue dans l'appropriation par l'être humain du monde vivant. La détermination de la séquence de l'ADN est la voie la plus simple et la plus rapide pour étudier la genèse de ces constituants fondamentaux que sont les protéines. De même, l'ADN est au cœur des méthodes permettant de modifier les êtres vivants : la production d'organismes génétiquement modifiés (OGM), et en particulier de plantes transgéniques, est le fruit des connaissances acquises sur cette molécule.

Le pouvoir de manipulation de l'ADN est la preuve des progrès accomplis par l'être humain dans la connaissance du monde vivant. De même, le débat sur le brevetage des gènes et de leurs séquences est le signe de cette appropriation récente du vivant, de son importance croissante dans le champ économique et de l'effacement de la barrière qui séparait les mondes vivant et inanimé.

C'est pourquoi l'ADN cristallise beaucoup des peurs et des espoirs de notre temps : peur de voir les êtres vivants, et en particulier le corps humain, devenir une marchandise comme une autre ; peur du pouvoir des gènes qui limiterait notre liberté et, par la connaissance que la société en aurait, contraindrait notre avenir ; crainte de voir l'être humain prendre en main son évolution et celle des autres êtres vivants, sans connaissances suffisantes, pour satisfaire ses intérêts immédiats et non ceux des générations futures ; mais espoir aussi de pouvoir corriger des maladies génétiques héréditaires et, grâce à notre connaissance des gènes de prédisposition, retarder ou prévenir, par un mode de vie approprié, la survenue de nombreuses maladies dégénératives.

La découverte de la structure de l'ADN

Pour mieux saisir la genèse de cette découverte et apprécier son impact, il est nécessaire de la replacer dans son contexte historique. Il est possible ainsi de comprendre combien nos connaissances ont progressé et se sont transformées au cours de ces cinquante dernières années.

Lorsque, au début des années 1950, Watson et Crick commencèrent à décrypter la structure de l'ADN, ils étaient convaincus que cette molécule était le principal composant des gènes et jouait donc un rôle majeur dans les phénomènes héréditaires. Cette idée était relativement nouvelle puisque, dix ans plus tôt, tous les biologistes pensaient que c'étaient les protéines qui avaient cette fonction. Ils constataient en effet que la spécificité d'action et le pouvoir catalytique des gènes étaient identiques à ceux des enzymes, que les biochimistes avaient reconnues, dès les années 1930, comme étant des protéines pures. C'est l'Américain Oswald T. Avery et ses collaborateurs Colin M. MacLeod et Maclyn J. McCarty qui offrirent, en 1944, grâce à l'étude du phénomène de transformation des pneumocoques, les premiers arguments expérimentaux montrant que l'ADN était le constituant essentiel des gènes. Dans les années qui suivirent, Erwin Chargaff et de nombreux autres biochimistes précisèrent les caractéristiques de cette molécule (découverte en 1868 par le Suisse Johann Friedrich Miescher, à partir d'extraits de noyaux de globules blancs), et apportèrent de nombreux arguments supplémentaires en faveur de son rôle génétique.

Watson et Crick élaborèrent le modèle structural de l'ADN à partir de données obtenues par d'autres et, en particulier, par Rosalind Franklin. Reconnaissons à Watson et Crick le mérite d'avoir vu, mieux sans doute que Rosalind Franklin (dont cependant la contribution fut essentielle), l'importance de la structure moléculaire de l'ADN, qui était, pour eux, la clé du « secret de la vie ». Point de vue que, visiblement, ne partageaient pas totalement leurs contemporains, puisque cette découverte resta seconde par rapport à d'autres avancées de la biologie moléculaire dans [...]

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Premier modèle de la double hélice d’ADN

Premier modèle de la double hélice d’ADN
Crédits : A. Barrington Brown, Gonville and Caius College/ Science Photo Library/ AKG-images

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Structure en double hélice de l'ADN

Structure en double hélice de l'ADN
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Réplication de l'ADN

Réplication de l'ADN
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Bases de l’ADN et leurs associations possibles

Bases de l’ADN et leurs associations possibles
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  • : professeur à l'université de Paris-Sud
  • : docteur ès sciences, chargé de recherche au CNRS
  • : biologiste, professeur à l'université de Paris-VI et à l'École normale supérieure

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Pour citer l’article

Michel DUGUET, David MONCHAUD, Michel MORANGE, « ADN (acide désoxyribonucléique) ou DNA (deoxyribonucleic acid) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/adn-dna/