“ What I cannot create, I do not understand ”

Richard Feynman

« Ce que je ne peut pas créer, je ne le comprends pas »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" Ne sont-ils pas romantiques ces deux brins d’ADN qui, une fois formés, s’enlacent en double hélice dans ce baiser moléculaire qui ne cesse de donner naissance à la vie ? " 

 

Marc Fontecave, Leçon inaugurale au Collège de France : " Chimie des processus biologiques : Introduction "

 

 

Pour beaucoup de chimistes du vivant, aujourd’hui, la seule question qui vaille est :

«  Jusqu’où ? » 

  

Jusqu’où allons-nous reproduire les mécanismes de la vie ? Jusqu’à créer une vie artificielle ?

 

Se poser cette question, c’est sans doute aussi redéfinir la notion d’être vivant. Dans mon blog j’ai déjà évoqué ce flou du tracé de la frontière entre matière inerte et animée (Les virus sont-ils vivants ?).

 

A ce propos je dirai -dans un prochain épisode- un mot de la notion de cellule virale (virocell), proposée par le microbiologiste Patrick Forterre, qui s'appuie sur la phase intracellulaire du cycle viral.

Ce concept considère les virus comme des organismes cellulaires, donc vivant, et met en avant leur capacité de créer de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes biologiques

 

Pour certains éminents chercheurs, venus d’horizons divers (chimie et biologie moléculaire, microbiologie, biochimie…), le jusqu'où est déjà dépassé ; la vraie question est :  

 

" Comment ! " 

 

Comment passe-t-on de la matière d’abord divisée, puis organisée, à la matière vivante, puis pensante ? Jean-Marie Lehn 

 

Ces pionniers se retrouvent autour d’un concept, celui de «biologie synthétique», contranyme (auto-antonyme en français ?) qui désigne un nouveau champ scientifique pluridisciplinaire, qui au-delà des sciences dures, va interpeler philosophe, médecins, spécialistes de la bio éthique…

 

Pour évoquer cette nouvelle approche du vivant, je vais m’appuyer sur la Leçon inaugurale de Marc Fontecave, citée plus haut, et sur le passionnant séminaire :  

 

 « De la chimie de synthèse à la biologie de synthèse / From synthetic chemistry to synthetic biology »,

 

qui s’est tenu au Collège de France le 5 mai 2009 et réunissait les ténors de ce vaste domaine.

 

Les Actes de ces travaux sont publiés dans les Comptes Rendus Chimie ICI.

 

 

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Parmi toutes les définitions actuelles de la chimie, celle exprimée par Marc Fontecave me convient parfaitement :

 

« Au fond la chimie, c’est ce que nous avons de commun avec tous les êtres de l’univers, c’est ce qui nous rassemble : mêmes gènes, mêmes composants chimiques. C’est elle qui nous empêche de voir dans notre voisin, blanc, jaune ou noir, autre chose que nous-mêmes. Elle nous rattache à la Terre d’où nous venons tous, puisque nous ne sommes que le produit chimique des transformations que subissent les aliments que nous fournit cette Terre, et où nous finissons, lui redonnant pour un autre cycle de vie tout le carbone et autres éléments chimiques dont nous sommes faits. Dans ce retour, il n’y a plus ni vivant, ni complexité, ni diversité : il y a nos molécules, froides et éternelles, révélant enfin de façon si évidente notre profonde identité chimique, cette âme des choses visibles, immuable et éternelle.»

 

Marcelin Berthelot, Justus Von Liebig, que j’ai déjà beaucoup cités, sont les premiers réductionnistes naturalistes, qui ne voient  dans le vivant que l’expression des lois de la physique et de la chimie. J'ai parlé ici de l'affrontement entre le premier nommé et le vitaliste Pasteur.

 

Aujourd’hui le chimiste américain Georges Whitesides (médaille Priestley 2007), dit tout net :

« The nature of the cell is an entirely molecular problem. »

Nous voici au cœur d’une problématique pluri/multi/trans disciplinaire, qui au passage met en question nombre de nos formations universitaires beaucoup trop orientées vers une hyperspécialisation imbécile, dès le début des cursus.

 

Nous sommes toujours au temps de Montaigne, de cette tête que trop de pédagogues préfèrent bien pleine plutôt que bien faite.

 

 « Malheureusement, aujourd’hui en France, en raison d’une vision de plus en plus utilitariste de la science par les politiques, de l’archaïsme de nos enseignements universitaires, de la rigidité des structures de nos organismes de recherche, enfin du conservatisme de nos entreprises, malgré les discours (on n’a jamais autant parlé de l’importance de cette fameuse « interface chimie-biologie »), le fossé qui sépare la chimie et la biologie est, de mon point de vue, loin de se combler. Et pourtant quel bonheur, j’en suis témoin, pour un chimiste que ce questionnement sur le vivant et ce que cela implique de mondes à découvrir.» Marc Fontecave

 

 

Au fond, ce que les chimistes du XXème siècle ont fondamentalement révélé, c’est la formidable unité chimique du vivant. Ce sont les mêmes molécules et macromolécules, qui en nombre limité, constituent  les êtres vivants, des bactéries aux mammifères, en passant par les végétaux.

 

«  La diversité du vivant ne résulte pas tant d’une diversité chimique que d’une combinatoire complexe dans l’utilisation de cette collection finie de molécules. C’est justement cette finitude qui permet à la chimie de jouer un rôle majeur dans l’exploration du vivant. » Marc Fontecave

 

 

Depuis plus d'un siècle, la chimie possède une faculté créatrice. Aujourd'hui  elle a même la puissance de former une multitude d’êtres artificiels qui viendront s’insérer dans la nature, en sorte que la chimie peut prétendre, à l’horizon des temps, « à former de nouveau toutes les matières qui se sont développées depuis l’origine des choses, à les former dans les mêmes conditions, en vertu des mêmes lois, par les mêmes forces que la nature fait concourir à leur formation. »

 

Pour Marc Fontecave, « c’est bien parce que la chimie est à la fois une science de la matière « informée » et une science de la matière « transformée » que les chimistes ont toute légitimité pour participer à ce grand projet de l’homme : comprendre le monde vivant. »

 

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Dans ce feuilleton, j’ai abordé à plusieurs reprises le thème chimie et vivant, qui prend véritablement consistance avec la synthèse de l’urée, en 1828, par Friedrich Wöhler.

 

La chimie de synthèse a fait depuis des bonds prodigieux.

 

Il aura fallu près de cent cinquante années pour qu'en 1973, les efforts conjugués de deux équipes, celle de Robert B. Woodward à Harvard et celle d’Albert Eschenmoser à l’ETH de Zurich, aboutissent à l'époustouflante synthèse totale de la vitamine B12.

 

Que d’efforts, de temps, d’ingéniosité, de main d’œuvre… mis à contribution pour arriver à un tel résultat !

 

" ... L’équivalent de 150 années chercheurs et chercheuses sur une période d’environ une douzaine d’années, procédant par coups successifs, avec des techniques de joueurs d’échecs. On prépare une brique moléculaire, on en protège certaines positions, dans le but de les utiliser plusieurs étapes plus loin, on les libère au fur et à mesure afin de les mettre en réaction. Il s’agit d’une méthodologie extrêmement raffinée, très élégante, qui procède pas à pas...

 

...On peut dire qu’entre la synthèse de l’urée et celle de la vitamine B12, les chimistes organiciens ont appris leur métier. " Jean-Marie Lehn

 

On peut dire qu'avec la synthèse de la vitamine B12, une certaine approche de la chimie moléculaire avait déjà atteint son apogée.

Certes de nouvelles réactions furent découvertes, des technologies plus performantes mises en œuvre, qui ont permis une économie de temps et de coût pour ces synthèses totales, mais rien de fondamental ne vint bouleverser la synthèse chimique avant que quelques chimistes ne prennent pour modèle les constructions... du vivant !

 

Dans sa leçon inaugurale au Collège de France en 1980, Jean-Marie Lehn définit un nouveau concept, une nouvelle approche de la chimie :

 

" Au-delà de la chimie moléculaire fondée sur la liaison covalente [liaisons "fortes" entre atomes], s'étend aussi un domaine que l'on peut appeler supramoléculaire : la chimie des interactions moléculaires [liaisons "faibles"], des associations de deux ou plusieurs espèces chimiques... "

 

Mais que sont ces interactions moléculaires sinon le fondement même de ces processus hautement spécifiques, de reconnaissance, de transport, de régulation, de réaction...qui se produisent en biologie... !

 

Dès lors, cette nouvelle version de la chimie de coordination va connaître un développement foudroyant. Les termes de reconnaissance moléculaire, d'auto-organisation, d'auto-assemblage, de site d'interaction (de reconnaissance),... de clé et de serrure... vont venir irriguer la littérature chimique.

 

La chimie supramoléculaire, du fait de la réversibilité des interaction non-covalentes, est une chimie dynamique...  une chimie adaptative qui peut conduire à la diversité, à la sélection....

Nous voici à Darwin, à la chimie prébiotique que j'ai effleurée ICI.

 

Dans ce grand élan vers la biologie, la chimie devient biomimétique et même bio inspirée !

 

Regardons maintenant l'avancement des travaux des biologistes moléculaires au cours de ces années 70-80.

 

En 1970, le biologiste indien Har Gobind Khorana, deux ans après avoir reçu le prix Nobel de médecine pour ses travaux sur le décryptage du code génétique, synthétise un gène codant pour un ARN de transfert. Précurseur de la technique PCR (méthode d'amplification génique in vitro), c'est le pionnier de l’ingénierie génétique.

 

En 1972, Paul Berg, prix Nobel 1980, obtient la première  molécule d’ADN recombinant.

 

En 1984, le groupe de Steven Benner est le premier à rapporter la synthèse chimique d'un gène codant une enzyme.

 

En 1989, le laboratoire Benner introduit le premier alphabet d'ADN élargi puis développe des systèmes d'information génétique artificiellement élargis (AEGIS).

 

On peut dire qu'avec Benner émerge cette « biologie synthétique », qui vise à générer, par synthèse chimique, des molécules qui reproduisent le comportement complexe des systèmes vivants, y compris leur génétique, et leur évolution.

 

Dans son grand élan vers la chimie, la biologie devient... synthétique !

 

Dans les années 2000 tout s'accélère. J'ai déjà parlé ici des travaux du groupe de Craig Venter (dont Hamilton Smith, prix Nobel de médecine).

 

Le 8 octobre 2007, à San Diego, ce chercheur iconoclaste annonce la création en laboratoire d'un chromosome artificiel de synthèse qu'il nomme Mycoplasma laboratorium.  Ce chromosome, copie des parties substantielles de l'ADN de la bactérie Mycoplasma genitalium.

 

Désormais le groupe affiche pour objectif de construire une « cellule minimale » !

 

 La biologie synthétique n’a donc pas encore accouché d’un être vivant. Mais en visant la « cellule minimale », elle y prétend.

 Anne Fagot-Largeault et al

 

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Dans le prochain épisode, je parlerai de cette approche biomimétique de la chimie qui  commence avec les travaux du Français Jean-Marie Lehn, prix Nobel de chimie, dans le domaine de la chimie supramoléculaire.

 

 

From synthetic chemistry to synthetic biology, Anne Fagot-Largeault, Charles Galperin, François Gros, Jacques Livage, Comptes Rendus Chimie, Volume 14, Issue 4, April 2011,  

 

Lire :  François Gros, Les mondes nouveaux de la biologie, (Odile Jacob, 2012)