354 trOiSiÈMe partie La génétique
des résultats inattendus. La découverte de l’identité du matériel génétique a été déterminée dans une large mesure par
le choix d’organismes expérimentaux appropriés, comme elle
l’a été pour Mendel et pour Morgan. Dans ce cas, ce sont les
Bactéries et les Virus, beaucoup plus simples que le pois, la
drosophile ou l’être humain, qui ont permis de comprendre
le rôle de l’ADN dans l’hérédité. Dans la présente section,
nous décrirons de façon assez détaillée les recherches qui
ont mené à l’identification du matériel génétique. Cette démarche constituera également une étude de cas portant sur la
recherche scientifique.
La preuve de la transformation
de bactéries par l’ADN
La découverte du rôle génétique de l’ADN remonte à 1928.
Un officier britannique du nom de Frederick Griffith, à la fois
médecin et microbiologiste, étudiait Streptococcus pneumoniae,
une bactérie qui cause la pneumonie ainsi que plusieurs
autres maladies chez les Mammifères. Il tentait de mettre au
point un vaccin contre la pneumonie en travaillant sur deux
souches (variétés) : une variété pathogène (qui peut causer la
maladie) et une variété non pathogène (inoffensive). Même
si son travail n’a pas donné le vaccin qu’il espérait, il a quand
même fait une découverte très importante. En effet, il a eu la
surprise de constater que, lorsqu’il tuait des bactéries pathogènes par l’action de la chaleur et qu’il mélangeait leurs résidus avec des bactéries vivantes de la souche non pathogène,
certaines de cellesci devenaient pathogènes et provoquaient
la pneumonie quand on les inoculait à des souris (figure 16.2).
De plus, ce caractère nouvellement acquis était transmis héréditairement à tous les descendants des bactéries transformées.
Cette modification héréditaire était donc certainement causée
par une substance chimique provenant des bactéries pathogènes mortes et lysées. On a montré, quelques années plus
tard, que cette modification ne dépendait pas des souris, car
on obtenait le même phénomène in vitro. Cependant, la nature
de la substance responsable était encore inconnue. Griffith a
donné à ce phénomène le nom de transformation, que
l’on définit actuellement comme une modification du génotype et du phénotype à l’issue de l’assimilation par une cellule
d’un ADN qui lui est étranger. On sait aujourd’hui que la
transformation en ce qui concerne le phénotype était, dans
ce casci, l’apparition d’une capsule de polysaccharides autour
des bactéries de la souche non pathogène, ce qui les protégeait
contre les attaques des cellules immunitaires de la souris. (Il ne
faut pas confondre le sens du mot transformation employé ici
avec la conversion d’une cellule animale normale en une cellule cancéreuse, déjà traitée vers la fin du concept 12.3, p. 274.)
Les travaux de Griffith ont ouvert la voie à de nouvelles
études. Ainsi, le microbiologiste américain Oswald Avery a
cherché pendant 14 ans la nature de la substance causant cette
transformation. Avery a porté son attention sur trois molécules : l’ADN, l’ARN (l’autre acide nucléique dans les cellules)
et les protéines. Après avoir broyé des bactéries pathogènes
tuées par la chaleur, il en a extrait le contenu cellulaire. Il a
traité chacun des trois échantillons avec un agent qui inactivait un type de molécules, puis il les a testés pour déterminer leur capacité à transformer des bactéries vivantes non
pathogènes. La transformation ne se produisait que lorsque
. Figure 16.2
Un caractère génétique peut-il se transmettre
héréditairement entre différentes souches
de bactéries ?
eXpérIenCe Frederick Griffith a étudié deux souches de la bactérie
Streptococcus pneumoniae. Les bactéries de la souche « S » (pour smooth
ou lisses) causent la pneumonie chez les souris ; elles sont pathogènes
parce qu’une capsule les protège contre le système immunitaire des
Animaux. Les bactéries de la souche « R » (pour rough ou rugueuses)
sont dépourvues de capsule et ne sont pas pathogènes. Afin de vérifier le
pouvoir pathogène de ces deux souches, Frederick Griffith les a inoculées
à des souris :
résultAts
ConClusIon Griffith en a conclu que les bactéries vivantes de la
souche R ont été transformées en bactéries pathogènes de la souche S
par une substance inconnue provenant des cellules mortes de la souche S.
Cette substance a permis aux cellules de la souche R de fabriquer des
capsules.
sourCe F. Griffith, The significance of pneumococcal types, Journal of
Hygiene 27 : 113-159 (1928).
et sI ?
Comment cette expérience exclut-elle la possibilité que les
cellules de la souche R puissent avoir simplement utilisé les capsules des
cellules mortes de la souche S pour devenir pathogènes ?
Cellules S
vivantes
(témoins
pathogènes)
Cellules R
vivantes
(témoins
non pathogènes)
Cellules S tuées
et lysées par
l’action de
la chaleur
(témoins
non pathogènes)
Cellules R
vivantes
mélangées à
des cellules S
tuées et lysées
par l’action
de la chaleur
Dans un échantillon
de sang de la souris
morte, on trouve
des cellules S vivantes
(avec une capsule)
pouvant se reproduire
pour donner plus
de cellules S.
La souris
meurt.
La souris
meurt.
La souris est
en bonne santé.
La souris est
en bonne santé.
iNveStigatiON
des résultats inattendus. La découverte de l’identité du matériel génétique a été déterminée dans une large mesure par
le choix d’organismes expérimentaux appropriés, comme elle
l’a été pour Mendel et pour Morgan. Dans ce cas, ce sont les
Bactéries et les Virus, beaucoup plus simples que le pois, la
drosophile ou l’être humain, qui ont permis de comprendre
le rôle de l’ADN dans l’hérédité. Dans la présente section,
nous décrirons de façon assez détaillée les recherches qui
ont mené à l’identification du matériel génétique. Cette démarche constituera également une étude de cas portant sur la
recherche scientifique.
La preuve de la transformation
de bactéries par l’ADN
La découverte du rôle génétique de l’ADN remonte à 1928.
Un officier britannique du nom de Frederick Griffith, à la fois
médecin et microbiologiste, étudiait Streptococcus pneumoniae,
une bactérie qui cause la pneumonie ainsi que plusieurs
autres maladies chez les Mammifères. Il tentait de mettre au
point un vaccin contre la pneumonie en travaillant sur deux
souches (variétés) : une variété pathogène (qui peut causer la
maladie) et une variété non pathogène (inoffensive). Même
si son travail n’a pas donné le vaccin qu’il espérait, il a quand
même fait une découverte très importante. En effet, il a eu la
surprise de constater que, lorsqu’il tuait des bactéries pathogènes par l’action de la chaleur et qu’il mélangeait leurs résidus avec des bactéries vivantes de la souche non pathogène,
certaines de cellesci devenaient pathogènes et provoquaient
la pneumonie quand on les inoculait à des souris (figure 16.2).
De plus, ce caractère nouvellement acquis était transmis héréditairement à tous les descendants des bactéries transformées.
Cette modification héréditaire était donc certainement causée
par une substance chimique provenant des bactéries pathogènes mortes et lysées. On a montré, quelques années plus
tard, que cette modification ne dépendait pas des souris, car
on obtenait le même phénomène in vitro. Cependant, la nature
de la substance responsable était encore inconnue. Griffith a
donné à ce phénomène le nom de transformation, que
l’on définit actuellement comme une modification du génotype et du phénotype à l’issue de l’assimilation par une cellule
d’un ADN qui lui est étranger. On sait aujourd’hui que la
transformation en ce qui concerne le phénotype était, dans
ce casci, l’apparition d’une capsule de polysaccharides autour
des bactéries de la souche non pathogène, ce qui les protégeait
contre les attaques des cellules immunitaires de la souris. (Il ne
faut pas confondre le sens du mot transformation employé ici
avec la conversion d’une cellule animale normale en une cellule cancéreuse, déjà traitée vers la fin du concept 12.3, p. 274.)
Les travaux de Griffith ont ouvert la voie à de nouvelles
études. Ainsi, le microbiologiste américain Oswald Avery a
cherché pendant 14 ans la nature de la substance causant cette
transformation. Avery a porté son attention sur trois molécules : l’ADN, l’ARN (l’autre acide nucléique dans les cellules)
et les protéines. Après avoir broyé des bactéries pathogènes
tuées par la chaleur, il en a extrait le contenu cellulaire. Il a
traité chacun des trois échantillons avec un agent qui inactivait un type de molécules, puis il les a testés pour déterminer leur capacité à transformer des bactéries vivantes non
pathogènes. La transformation ne se produisait que lorsque
. Figure 16.2
Un caractère génétique peut-il se transmettre
héréditairement entre différentes souches
de bactéries ?
eXpérIenCe Frederick Griffith a étudié deux souches de la bactérie
Streptococcus pneumoniae. Les bactéries de la souche « S » (pour smooth
ou lisses) causent la pneumonie chez les souris ; elles sont pathogènes
parce qu’une capsule les protège contre le système immunitaire des
Animaux. Les bactéries de la souche « R » (pour rough ou rugueuses)
sont dépourvues de capsule et ne sont pas pathogènes. Afin de vérifier le
pouvoir pathogène de ces deux souches, Frederick Griffith les a inoculées
à des souris :
résultAts
ConClusIon Griffith en a conclu que les bactéries vivantes de la
souche R ont été transformées en bactéries pathogènes de la souche S
par une substance inconnue provenant des cellules mortes de la souche S.
Cette substance a permis aux cellules de la souche R de fabriquer des
capsules.
sourCe F. Griffith, The significance of pneumococcal types, Journal of
Hygiene 27 : 113-159 (1928).
et sI ?
Comment cette expérience exclut-elle la possibilité que les
cellules de la souche R puissent avoir simplement utilisé les capsules des
cellules mortes de la souche S pour devenir pathogènes ?
Cellules S
vivantes
(témoins
pathogènes)
Cellules R
vivantes
(témoins
non pathogènes)
Cellules S tuées
et lysées par
l’action de
la chaleur
(témoins
non pathogènes)
Cellules R
vivantes
mélangées à
des cellules S
tuées et lysées
par l’action
de la chaleur
Dans un échantillon
de sang de la souris
morte, on trouve
des cellules S vivantes
(avec une capsule)
pouvant se reproduire
pour donner plus
de cellules S.
La souris
meurt.
La souris
meurt.
La souris est
en bonne santé.
La souris est
en bonne santé.
iNveStigatiON