BIOLOGIELa biologie moléculaire

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Troisième période : la biologie devient une science dure

Il est possible que des questions entièrement nouvelles émergent de l'analyse des génomes. Pour le moment, les questions essentielles de la biologie sont seulement reprises et examinées sous un angle nouveau. Les méthodes et pratiques de recherche en biologie liées à la génétique moléculaire se développent actuellement selon quatre lignes principales.

Les structures

Pour la détermination rapide (directe ou surtout par calcul et modélisation) des structures dans l'espace des macromolécules et des complexes macromoléculaires, la technique royale reste la diffraction des rayons X (et du rayonnement synchrotron). Elle est grandement aidée par la robotisation de la cristallisation des protéines et la plus grande aisance des calculs. La résonance magnétique nucléaire et la modélisation mathématique prennent une place de plus en plus importante dans l'analyse des structures biologiques

La biologie systémique

Une biologie intégrative de données globalisées issues de l'expression des protéines et des interactions avec leurs ligands (biologie in silico et biologie des systèmes) s'appuie très largement sur l'usage des puces. Puces à ADN et puces à protéines permettent la modélisation de pans entiers du métabolisme cellulaire en tenant compte de l'ensemble des données connues (y compris les régulations génétiques et protéiques). C'est dans ce domaine de la biologie dite « sèche », qui exploite de véritables « paysages » d'expression des gènes et d'expression de protéines, que les progrès sont les plus rapides et font entrevoir ce que peut être la physiologie intégrée d'une cellule (cf. enzymes). Cette biologie intégrative peut s'appliquer également à l'étude des relations d'un micro-organisme à son hôte, voire, comme dans le cas du paludisme, des relations entre produits issus des génomes du vecteur, du parasite et de l'homme.

L'imagerie dynamique

L'explosion de l'analyse en temps réel des mouvements des molécules et des édifices plurimoléculaires à l'échelle de la cellule, de l'organe et de l'organisme (imagerie dynamique) a commencé. On voit se développer l'utilisation de sondes dérivées de protéines fluorescentes, émettant dans diverses longueurs d'onde, qui permettent de visualiser l'expression de gènes, en même temps que les mouvements de certains ions (en particulier du calcium) peuvent être repérés optiquement. On peut actuellement examiner simultanément une dizaine de fluorophores différents et on s'attend à une percée dans le domaine des sondes fluorescentes dans l'infra-rouge lointain donc capables de traverser plusieurs millimètres voire centimètres d'eau. Ces techniques ont été largement employées pour l'étude des mouvements du cytosquelette, des flux dans les neurones, dans les synapses immunologiques, etc. L'extension au petit animal des méthodes de l'imagerie médicale (RMN, PetScan) est également en cours.

Les mécanismes de l'évolution

Un réexamen de la taxonomie et des liens évolutifs entre organismes vivants est en cours. Actuellement, on utilise surtout à cet effet des caractères morphologiques et un petit nombre de marqueurs moléculaires. L'accès des chercheurs en évolution et en taxonomie à des génomes entiers permet, si les outils mathématiques appropriés sont mis au point, la comparaison de ces génomes, c'est-à-dire la prise en compte, dans une étude évolutive, de la totalité de ce qui fait fonctionner au mieux un organisme dans un environnement donné. Des résultats étonnants ont déjà été obtenus en ce qui concerne le développement embryonnaire, et plus récemment, par une étude triangulaire entre les génomes de l'oursin, de la drosophile et de la souris, en ce qui concerne l'immunité innée. Il est assez probable qu'il faudra abandonner les comparaisons directes de séquences (avec observation de changements de nucléotides et survenue de délétions/insertions), sur lesquelles reposent les recherches actuelles. Des outils mathématiques dérivés de la linguistique et de la reconnaissance visuelle de motifs structuraux, et dont certains existent déjà, seront à coup sûr nécessaires.

C'est sans doute au prix d'un effort considérable en mathématique que la biologie moléculaire ou plutôt ses conséquences sur la biologie et la médecine en général feront retour aux objectifs de compréhension mécanistique et de classement du vivant, déjà inscrits dans le mouvement intellectuel qui a permis le développement de la biologie depuis le xviiie siècle.

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  • : chercheur en histoire des sciences, université Paris-VII-Denis-Diderot, ancien chef de service à l'Institut Pasteur

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Pour citer l’article

Gabriel GACHELIN, « BIOLOGIE - La biologie moléculaire », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/biologie-la-biologie-moleculaire/