Qu’est-ce que biotechnologie ? – Définition d’ADN
À l’automne 1969, pour la première fois, un groupe de chercheurs a isolé un seul gène d’un organisme vivant, la bactérie E. coli. L’accomplissement, à peine 25 ans après la découverte de l’ADN, était révolutionnaire. Les scientifiques disposaient désormais des outils nécessaires pour manipuler les gènes et améliorer les modèles de vie. Les domaines de la biotechnologie et de la bioingénierie étaient nés.
« Malheureusement, dans cette société, ceux qui prennent les décisions concernant les récompenses assimilent le service de la » société « au service des intérêts de ce petit nombre de personnes qui dirigent notre gouvernement et nos industries », a-t-il déclaré au Harvard Crimson. « Dans une société juste, ceux qui reçoivent les récompenses devraient être ceux qui contribuent de manière significative au bien-être de tous. » Beckwith, alors âgé de 33 ans, venait d’être nommé professeur de microbiologie à la Harvard Medical School. Quarante-quatre ans plus tard, maintenant un HMS émérite, le calme Beckwith dément le rebelle fougueux qu’il était dans les années 60 et 70. Des bouteilles vides de Calvados tapissent le dessus des armoires et des tables de son bureau. Les livres, les revues et les manuels de référence couvrent le reste de l’espace de stockage – les anciens numéros des manuels de nature et de microbiologie aux côtés de The Making of the Atomic Bomb, Mapping Fate et Society’s Choices. Un tableau blanc porte des dessins de l’intérieur des cellules bactériennes, tandis qu’une fenêtre offre une vue sur les fenêtres en verre bleu acier d’autres bâtiments de laboratoire de Harvard. Son vélo bleu électrique Cannondale Silk path 500 repose contre la fenêtre, avec des vêtements de rechange suspendus derrière la porte et deux casques sur son bureau. Beckwith est issu d’une longue lignée de motards. Son grand-père a ouvert le premier magasin de vélos, Hub Cycles, à Boston à la fin des années 1890, et son père a quitté l’université pour poursuivre l’entreprise familiale. Beckwith, ses deux fils, Ben et Anthony, et sa femme, Barbara, une écrivaine, sont également des motards passionnés. Originaire de Newton, dans le Massachusetts, Beckwith se rend chaque jour à vélo dans la région de Longwood depuis sa résidence de Cambridge.
Lorsque l’on entre dans la maison à deux familles que lui et sa femme Barbara possèdent, une large bande de peinture bleue longe l’escalier d’entrée menant à leur appartement au deuxième étage. A mi-hauteur de l’escalier, de cette bande bleue émerge un poing d’environ quatre pieds de haut, signal intimidant de la politique de la maison. Pas un symbole d’anarchie, insiste Beckwith, mais de résistance. « Il était à l’origine rouge », a déclaré Beckwith. « Lorsqu’il avait besoin d’une réparation de peinture, nous l’avons juste peint en bleu. » A l’intérieur, un vieux tourne-disque, une sono, plusieurs disques, mixtapes et CD ornent tout un mur du salon. Sur le mur opposé se trouve une étagère remplie de livres français jaunis. Des taches de rouge apparaissent partout, du tapis à imprimé africain à l’ampoule d’une lampe de table d’appoint. Des artefacts mondiaux, des sculptures en fil de fer aux masques en bois, décorent les pièces de la maison. Le seul meuble de la salle à manger est un piano droit en bois, illuminé par une petite boule disco. Des images de Wire Canyon dans l’Utah sont accrochées aux murs. « Il n’en a peut-être pas l’air, mais il est très aventureux lors de nos randonnées », déclare Barbara Beckwith. Aussi preneur de risques et non traditionaliste que Beckwith puisse paraître, il a plusieurs constantes dans sa vie. Il est marié à Barbara depuis plus de 50 ans, ils partagent le même appartement depuis près de 50 ans et Beckwith occupe son poste actuel depuis tout aussi longtemps.
À la suite de cette longue carrière, Beckwith a plus de 300 publications scientifiques à son actif, et 80 autres articles « science et société ». Ses articles de recherche sont largement axés sur la formation de liaisons disulfure, la fonction de l’opéron lac et d’autres qualités structurelles d’E. coli. L’isolement du gène lac z a permis à d’autres chercheurs d’être en mesure d’extraire des gènes uniques de séquences génomiques massives. « Je suppose que la recherche sur le VIH-SIDA a bénéficié de la technologie de l’ADN recombinant, qui a remplacé la nôtre », concède modestement Beckwith lorsqu’on lui a demandé d’examiner les implications de son travail d’isolement de gènes. En tant que jeune homme, Beckwith n’était pas sûr d’être un scientifique. « Je pensais que les scientifiques étaient ennuyeux », écrit Beckwith dans ses mémoires, « mais j’aimais faire de la science. En même temps, j’adorais lire la littérature française et j’appréciais la compagnie de mes pairs artistes. S’engager dans une carrière scientifique n’a pas été facile. 
La nouveauté de la génétique a également attiré Beckwith. Il admire le travail des microbiologistes de l’Institut Pasteur de Paris et, dans le laboratoire de François Jacob, apprend les bases de la génétique qui soutiendront sa carrière. Le climat culturel à Paris a nourri ses opinions sociopolitiques, en particulier le rôle de la science et des scientifiques. « J’ai été vraiment séduit par la mesure dans laquelle les scientifiques français parlaient de politique, contrairement à ce que j’avais vécu dans des laboratoires aux États-Unis. » Une fois qu’il s’est établi comme microbiologiste, il a ramené sa politique européenne et ses vues sur la science, dénonçant les études controversées menées à Harvard. Il a été l’un des premiers membres de Science for the People, avec ses collègues de Harvard Richard Lewontin et Stephen Jay Gould.
Le groupe s’est réuni pour discuter des problèmes scientifiques contemporains et a agi comme un groupe de travail contre l’utilisation abusive de la science. Le cas le plus célèbre était la controverse entourant le supposé syndrome XYY. À une époque où la psychologie évolutionniste, la sociobiologie et la génétique comportementale ont été étudiées pour la première fois, les scientifiques ont étudié la condition XYY chez les hommes dans l’espoir d’identifier les liens entre le fait d’avoir un chromosome Y supplémentaire et le comportement social. Le lien largement rapporté et largement contesté était que les hommes atteints de la condition XYY étaient susceptibles d’être des criminels. 
« C’était juste de la mauvaise science », dit Beckwith en secouant la tête et en soupirant. « Ils testaient des nouveau-nés pour cette condition et c’était inacceptable. » Beckwith a co-écrit un article avec le biologiste du MIT Jonathan King dans The New Scientist, dans lequel ils ont cité des méthodes erronées et l’erreur d’assimiler la corrélation à la causalité. Ils ont souligné que l’étude a également négligé les procédures de consentement éclairé. Au cours des années 70 et 80, Beckwith s’est disputé avec d’autres membres de la communauté de Harvard qui étudiaient la sociobiologie, la psychologie et la génétique. Beckwith se souvient avoir été particulièrement consterné par le travail du biologiste E.O. Wilson et le psychologue Richard Herrnstein. Beckwith a estimé que Wilson a fourni des justifications génétiques et évolutives pour des concepts aussi complexes que le racisme ainsi que la domination des hommes sur les femmes. « Mais il n’y avait pas d’études réalisées à l’époque qui fournissaient réellement des preuves de ces différences génétiques proposées entre les hommes et les femmes humains », a déclaré Beckwith. « Traduire les études animales aux humains est tout simplement faux. »
Beckwith s’est également opposé avec véhémence aux idées présentées dans The Bell Curve de Herrnstein. Herrnstein, psychologue à Harvard, est co-auteur du livre sur l’intelligence dans la société avec Charles Murray de l’American Enterprise Institute. Son principal argument était que les résultats des tests d’intelligence chez les Américains reflétaient les capacités génétiques et étaient un bon prédicteur des résultats socio-économiques, y compris le succès financier, le risque de grossesse non désirée et d’autres facteurs liés au mode de vie. Beckwith a commencé à ressentir la pression de ses collègues pour reconsidérer ses opinions, ou du moins ne pas en parler. À la fin des années 70, un groupe de professeurs a présenté ses griefs contre Beckwith au doyen de la Harvard Medical School, demandant à l’administration de réprimander Beckwith. Bien qu’aucune mesure formelle n’ait été prise, Beckwith a déclaré : « Le vote contre moi était si fort que je pense qu’ils espéraient que ce serait un message suffisant pour que je parte de moi-même. » Mais Beckwith n’a pas reconsidéré ses vues. Depuis 1989, il enseigne à Harvard un cours intitulé « Social Issues in Biology ». L’objectif est d’amener les scientifiques et médecins en herbe à explorer le monde en dehors de la science, à être plus ouverts à communiquer leurs travaux au public et, surtout, à réfléchir aux conséquences de leurs travaux. Beckwith encourage la discussion sur des sujets tels que les limites de la recherche sur les cellules souches, la promesse d’une médecine personnalisée ainsi que le rôle des femmes dans la science.
Aujourd’hui, Beckwith fait toujours partie d’un groupe qui aborde bon nombre des mêmes problèmes – le groupe de travail sur la génétique et la société. Ils se réunissent toutes les deux semaines, planifient leur participation à des festivals scientifiques locaux et discutent d’articles scientifiques contemporains dans le domaine de la génétique. Dans le propre laboratoire de Beckwith, un bain-marie claque bruyamment, secouant les béchers et aérant la culture bactérienne qui s’y développe. Beckwith se promène lentement, essayant de comprendre les différentes machines disponibles pour l’analyse génomique mais admettant franchement qu’il ne connaît pas vraiment bien la technologie. « Je suis content que nous ayons tout cela à disposition », dit-il, « mais parfois cela signifie que les gens s’enfuient avec des idées simplement parce qu’il existe une technologie disponible pour le faire. La raison et la base scientifique pour mener certaines expériences sont perdues. Beckwith est actuellement en train de fermer son laboratoire, de transférer des projets à des étudiants postdoctoraux de son laboratoire et de se concentrer plutôt sur son cours «Social Issues in Biology» ainsi que sur le groupe de travail Génétique et société. Et une soirée dansante annuelle.
La 47e soirée dansante annuelle de Beckwith a présenté un cocktail intéressant d’invités, dont beaucoup ont affirmé avoir assisté à ces soirées depuis les années 60. Beaucoup d’autres ont exprimé leur déception que le nombre de fêtes organisées par les Beckwith soit tombé à une seule par an. Près de 50 personnes, post-doctorants, journalistes, collègues membres de Science for the People et amis de l’université, ont envahi le petit appartement, sirotant du pinot noir et du merlot et mangeant du brie et des pistaches. Beckwith a tiré une chaise pour effleurer la boule disco, a pointé un projecteur rouge d’une table voisine sur la boule et a allumé l’interrupteur. Des points rouges scintillants inondaient la salle à manger et de la musique techno retentissait d’une paire de haut-parleurs d’un mètre à l’entrée de la piste de danse.
Beckwith, vêtu d’une chemise prune et d’un jean noir, a marché sur le sol en traînant lentement ses pieds et en se balançant au rythme, inconscient des spectateurs amusés. « Tout le monde a dansé dans les années 60 », rit Beckwith, « et nous venons de poursuivre cette tradition. » Et bien qu’il ait peut-être plus de temps pour faire la fête et poursuivre ses intérêts, Beckwith est préoccupé par l’avenir de la science. « Ma génération a eu un privilège incroyable d’avoir de l’argent investi dans les sciences, en particulier les sciences fondamentales », a déclaré Beckwith. Il dit que de nombreux collègues et collaborateurs le poussent à maintenir son laboratoire en activité, mais il a d’autres plans. Comme de nombreux retraités, il veut passer du temps avec sa famille, voyager, faire du vélo et écrire « tout sauf des subventions ».
L’équipe de Harvard isole le gène
Une équipe de scientifiques de la Harvard Medical School a réussi à isoler un seul gène, l’unité de base de l’hérédité. Cette nouvelle technique permettra aux généticiens d’étudier le fonctionnement détaillé d’un seul gène sans interférence chimique des gènes voisins. Cela peut également encourager le développement du génie génétique – le contrôle artificiel des caractéristiques animales et végétales en manipulant les gènes. Les trois chercheurs, dirigés par Jonathan Beckwith, professeur agrégé de bactériologie et d’immunologie, ont exprimé de fortes réserves quant aux utilisations potentielles de leur réalisation.
Valeur négative 
« La seule raison pour laquelle la nouvelle a été communiquée à la presse était de souligner ses aspects négatifs », a déclaré Lawrence Eron, étudiant en troisième année de médecine. Eron, Beckwith et James Shapiro, un post-doctorant à la faculté de médecine, ont mené l’expérience pendant deux mois l’été dernier. « Nous avons fait ce travail pour des raisons scientifiques », a déclaré Eron hier. « C’était amusant de faire des trucs mignons et tout ça. Mais plus on y pense, les conséquences de notre travail semblent effrayantes plutôt que bénéfiques. »
« Vous pourriez sûrement injecter des gènes de stérilité pour éliminer les indésirables comme les Noirs et les snobs obsolètes. Cela pourrait être fait simplement en injectant des virus contenant un gène de stérilité dans les approvisionnements en eau de Roxbury ou de Cambridge », a-t-il ajouté. «Il pourrait également être possible pour des personnes comme notre administration actuelle d’utiliser cette technique dans un avenir lointain pour éliminer la dissidence en injectant des gènes pour un comportement plus placide. Cela serait analogue aux actions d’Hitler, même si cela pourrait être qualifié de » manière plus humaine». Les chercheurs ont isolé l’un des 3000 gènes qui contrôlent une bactérie commune appelée Escherichia coli (E. coli). Un grand nombre de ces bactéries vivent dans les intestins des humains et d’autres animaux et facilitent la digestion. « Il y a encore beaucoup d’étapes entre l’isolement d’un gène bactérien et le génie génétique » dans un organisme complexe, a déclaré Beck-with hier. « Mais c’est beaucoup plus proche que beaucoup de gens ne le pensent. »
ADN isolé
L’information génétique est contenue dans les longs brins d’une molécule appelée acide désoxyribonucléique (ADN). Les trois chercheurs de l’école de médecine ont isolé une petite section d’ADN d’ E. Coli qui contrôle la capacité de la bactérie à utiliser un sucre appelé lactose.
Pour extraire ce gène, les scientifiques ont profité du fait que lorsqu’un virus infecte une bactérie, il enlève parfois un morceau de l’ADN de la bactérie. Ils ont infecté E. coli avec deux types de virus spécialement sélectionnés pour éliminer le gène lactose d’E. Coli. L’ADN de ces virus est organisé en deux brins faiblement liés, un brin moléculaire contenant le complément chimique de l’autre. Ces longues molécules sont généralement enroulées les unes autour des autres dans la tête d’une particule virale une fois qu’elle quitte la cellule hôte.
Après l’isolement 
Après avoir isolé les virus d’E. coli, les scientifiques ont séparé chimiquement chacun des brins d’ADN des deux souches virales. Ils ont ensuite combiné un seul morceau d’ADN d’un virus avec un autre brin de l’autre type de virus. Les segments du gène lactose de l’ADN étaient chimiquement complémentaires et se combinaient facilement en un double brin. Mais comme les deux types d’ADN viral n’étaient pas orientés en paires complémentaires, l’ADN viral est resté sous forme de brins simples lâches. En traitant l’ADN avec une enzyme spéciale qui dissout l’ADN simple brin mais n’affecte pas les doubles brins, les trois chercheurs ont pu séparer le gène lactose de la bactérie du virus.
Les virus bactériens sont bien mieux compris que les virus animaux plus complexes, mais cette même technique de base consistant à utiliser des virus comme récupérateurs de gènes peut éventuellement être utilisée chez les animaux supérieurs, a déclaré Beckwith.
Qu’est-ce que biotechnologie ? – Définition d’ADN
L’ADN est une molécule complexe à longue chaîne qui contient le modèle génétique pour la construction et le maintien de tous les organismes vivants. Présent dans presque toutes les cellules, l’ADN porte les instructions nécessaires à la création de protéines, molécules spécifiques essentielles au développement et au fonctionnement de l’organisme. Il transfère également des informations héréditaires entre les générations. Ce flacon contient une partie du premier ADN de Friedrich Miescher isolé à partir de sperme de saumon. Il appartient à l’Université de Turbingen, en Allemagne.
Importance
L’ADN est au cœur de la biotechnologie et de la médecine en raison du fait qu’il fournit non seulement le modèle de base pour toute vie, mais qu’il est un déterminant fondamental du fonctionnement du corps et du processus de la maladie. La compréhension de la structure et de la fonction de l’ADN a contribué à révolutionner l’étude des voies pathologiques, à évaluer la susceptibilité génétique d’un individu à des maladies spécifiques, à diagnostiquer des troubles génétiques et à formuler de nouveaux médicaments. Il est également essentiel à l’identification des agents pathogènes. Outre ses utilisations médicales, le fait que l’ADN soit unique à chaque individu en fait un outil médico-légal essentiel pour identifier les criminels, les restes d’une personne disparue et déterminer le parent biologique d’un enfant. Dans l’agriculture, l’ADN est également utilisé pour aider à améliorer le bétail et les plantes.
Découverte
La découverte de l’ADN remonte à 1869, lorsque Friedrich Miescher, médecin et biologiste suisse, a commencé à examiner les leucocytes, un type de globule blanc, qu’il avait obtenu à partir de pus prélevé sur des bandages chirurgicaux frais. C’est ce qu’il a fait alors qu’il travaillait dans le laboratoire de Felix Hoppe-Seyler à Tubingen, en Allemagne, dans le cadre d’un projet visant à déterminer les éléments chimiques constitutifs des cellules. En regardant à travers le microscope, il a observé qu’une substance se séparait de la solution des cellules chaque fois qu’il ajoutait un acide, puis se dissolvait à nouveau une fois l’alcali ajouté. Le composé ne ressemblait à aucune protéine connue. Croyant que la substance provenait du noyau de la cellule, Miescher l’a surnommée « nucléine ». En approfondissant ses recherches, il a découvert que la nucléine était présente dans de nombreux autres tissus. Tout en ne possédant que des outils et des méthodes simples, en 1874, Miescher était sur le point de comprendre le rôle génétique de la nucléine. Cependant, il manquait de compétences en communication suffisantes pour transmettre l’importance de ce qu’il avait découvert au monde scientifique au sens large.
En 1881, Albrecht Kossel, un biochimiste allemand, a renommé l’acide désoxyribonucléique (ADN) composé de Miescher en se basant sur le fait qu’il avait découvert qu’il s’agissait d’un acide nucléique. Suite à cela, il a commencé à travailler sur sa composition chimique. En 1901, il a déterminé qu’il était composé de cinq bases azotées : l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G), la thymine (T) et l’uracile (U). Pendant de nombreuses décennies, l’ADN est resté peu étudié car il était supposé être une substance inerte incapable de transporter du matériel génétique en raison de sa structure simple. On pensait plutôt que les protéines étaient les transporteurs du matériel génétique. C’était en partie parce qu’ils avaient une structure plus complexe, étant constitués de 20 acides aminés différents.
Ce n’est qu’au milieu du XXe siècle que les attitudes envers l’ADN ont commencé à changer. Cela a été motivé par les travaux d’Oswald Avery au Rockefeller Institute de New York. À partir du début des années 1930, Avery a commencé à étudier comment un type de bactérie non infectieuse associée à la pneumonie pouvait se transformer en formes virulentes dangereuses s’il était mélangé à des cellules mortes de la souche virulente et transmettre ce trait à sa progéniture. Le phénomène avait été observé pour la première fois par Fred Griffith, un médecin britannique, en 1928. En 1944, Avery avait démontré avec l’aide de ses collègues Colin MacLeod et Maclyn McCarty, que la transformation de la bactérie était liée à une substance blanche filandreuse – l’ADN. Bien qu’elle ne soit pas universellement acceptée à l’époque, la découverte d’Avery a contribué à susciter un nouvel intérêt pour l’ADN. Il faudra encore quelques années avant que les scientifiques acceptent enfin que c’est l’ADN, et non les protéines, qui transporte l’ADN. Il a finalement été convenu à la suite d’expériences menées par Alfred Hershey et Martha Hershey à Cold Spring Harbor en 1952.
Dans les années 1950, un certain nombre de chercheurs avaient commencé à étudier la structure de l’ADN dans l’espoir que cela révélerait le fonctionnement de la molécule. Sa structure a finalement été dévoilée en 1953 grâce aux efforts combinés des biophysiciens Rosalind Franklin et Maurice Wilkins, basés au King’s College de Londres, et de Francis Crick et James Watson, basés au Cavendish Laboratory de l’Université de Cambridge. Leurs travaux ont déterminé que l’ADN était une longue molécule linéaire composée de deux brins enroulés l’un autour de l’autre dans une configuration en spirale connue plus tard sous le nom de « double hélice ». Chaque brin était composé de quatre nucléotides complémentaires, sous-unités chimiques : adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine (T). Les deux brins étaient orientés dans des directions opposées de sorte que l’adénine rejoignait toujours les thymines (AT) et les cytosines étaient liées aux guanines (CG).
Application
L’analyse de l’ADN est essentielle pour comprendre à la fois les mécanismes biologiques de la vie et les maladies qui surviennent lorsque ce processus tourne mal. De nombreuses applications différentes ont été développées pour comprendre ce processus. Aujourd’hui, les scientifiques peuvent analyser la molécule grâce à une gamme de techniques, y compris le séquençage de l’ADN qui aide à déterminer sa structure, jusqu’à la PCR, qui amplifie rapidement de minuscules quantités d’ADN en milliards de copies. Ces techniques sous-tendent tous les tests effectués aujourd’hui pour, par exemple, identifier une mutation génétique qui cause le cancer, ou pour déterminer si une personne est porteuse d’un gène d’une maladie héréditaire qui peut être transmise à sa progéniture. De plus, les scientifiques ont trouvé des moyens de manipuler et de construire de nouvelles formes d’ADN, connues sous le nom d’ADN recombinant ou de clonage de gènes.
https://www.thecrimson.com/article/1969/11/24/harvard-team-isolates-the-gene-pa/
https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/science/summary/dna/