Le biologiste moléculaire français

FranÇois Jacob a apporté plusieurs contributions majeures au domaine de la génétique grâce à des collaborations fructueuses avec d’autres scientifiques du célèbre Institut Pasteur en France. Son travail le plus remarqué a impliqué la formulation du modèle d’opéron de Jacob-Monod, qui aide à expliquer comment les gènes sont régulés. Jacob a également étudié l’acide ribonucléique messager (ARNm), qui sert d’intermédiaire entre l’acide désoxyribonucléique (ADN), qui porte le code génétique, et les ribosomes, où les protéines sont synthétisées. Il a également démontré que les bactéries suivent les mêmes règles générales de sélection naturelle et d’évolution que les organismes supérieurs. En reconnaissance de leurs travaux sur le contrôle génétique et les virus, Jacob et deux autres scientifiques de l’Institut Pasteur, Jacques Lucien Monod et André Lwoff, se sont partagé le Prix Nobel de Physiologie ou Médecine en 1965.

Jacob est né à Nancy, France, de Simon Jacob, marchand, et de l’ancienne Thérèse Franck. Jacob a fait ses études au Lycée Carnot à Paris avant de commencer ses études collégiales. Il a commencé ses études en vue d’un diplôme de médecine à l’Université de Paris (Sorbonne), mais a été contraint de couper court à ses études lorsque l’Armée allemande a envahi la France pendant la Seconde Guerre mondiale en 1940. Il s’enfuit sur l’un des derniers bateaux vers l’Angleterre et rejoint les forces françaises libres à Londres, servant comme officier et combattant avec les Alliés en Afrique du Nord. Pendant la guerre, Jacob a été grièvement blessé. Ses blessures ont altéré ses mains et mis fin brutalement à ses espoirs de devenir chirurgien. Pour ses services rendus à son pays, il reçoit la Croix de Guerre et le Compagnon de la Libération, deux des plus hautes distinctions militaires françaises.

Malgré ce revers physique, Jacob poursuit ses études à l’Université de Paris. Dans son autobiographie, The Statue Within, Jacob a déclaré qu’il avait eu l’idée de sa thèse de son lieu de travail, le Centre national de pénicilline, où un antibiotique mineur appelé tyrothricine était fabriqué et commercialisé. Pour sa thèse, Jacob a fabriqué et évalué le médicament. Presque âgé de trente ans, il obtient son doctorat en 1947, la même année où il épouse Lysiane  » Lise  » Bloch, pianiste. Ils auront finalement quatre enfants.

Son avenir professionnel étant incertain, Jacob a continué à travailler pendant un certain temps au Centre national de pénicilline. La marée a tourné lorsque lui et sa femme ont dîné avec ses cousins, dont Herbert Marcovich, un biologiste travaillant dans un laboratoire de génétique. Jacob se rappela :  » Pendant qu’Herbert parlait, j’ai senti une excitation monter comme une tempête. Si un homme de ma génération pouvait encore se lancer dans la recherche sans se rendre ridicule, alors pourquoi pas moi? »Il a décidé de devenir biologiste le lendemain.

Jacob entre à l’Institut Pasteur en 1950 comme assistant d’André Lwoff. L’emplacement du laboratoire de Lwoff et ses quartiers exigus lui ont valu le nom de « grenier. »L’année 1950 a été passionnante dans le laboratoire de Lwoff. Lwoff avait travaillé avec des bactéries lysogènes, qui sont détruites (lysées) lorsqu’elles sont attaquées par des particules virales infectant des bactéries appelées bactériophages. Les bactériophages envahissent la cellule bactérienne, puis se multiplient en son sein, finissant par éclater la cellule et libérant de nouveaux bactériophages. Selon les recherches de Lwoff, le bactériophage existe d’abord dans la cellule bactérienne dans une phase non infectieuse appelée prophage. Il pourrait stimuler le prophage pour qu’il commence à produire un virus infectieux en ajoutant de la lumière ultraviolette. Ces nouvelles découvertes ont contribué à donner à Jacob le contexte dont il aurait besoin pour ses futures recherches.

Jacob a poursuivi ses études à l’Université de Paris pendant ses premières années à l’Institut Pasteur, obtenant sa licence of sciences en 1951 et étudiant en vue de son doctorat science sciences, qu’il a obtenu en 1954. Pour sa thèse de doctorat, Jacob a examiné la capacité de certains rayonnements ou composés chimiques à induire le prophage et a proposé des mécanismes possibles d’immunité.

Une fois dans le personnel du laboratoire, Jacob forma bientôt ce qui allait devenir une collaboration fructueuse avec Élie Wollman, également en poste dans le laboratoire de Lwoff. À l’été 1954, lui et Wollman ont découvert ce qu’ils ont appelé l’induction érotique dans la bactérie Escherichia coli. Ils ont ensuite changé le nom du phénomène en induction zygotique. Dans l’induction zygotique, le chromosome d’une cellule bactérienne mâle portant un prophagepourrait être transféré à une cellule femelle qui ne portait pas le prophage, mais pas l’inverse. L’induction zygotique a montré que l’expression du prophage et l’immunité étaient bloquées dans ce dernier cas par une variable présente dans le cytoplasme qui entoure le noyau de la cellule.

Dans une autre expérience, lui et Wollman ont accouplé des cellules bactériennes mâles et femelles, les séparant avant qu’elles ne puissent terminer la conjugaison. Cela a également coupé le chromosome alors qu’il passait du mâle à la femelle. Ils ont constaté que la femelle acceptait le chromosome petit à petit, dans un certain ordre et à une vitesse constante, plutôt similaire à aspirer un morceau de spaghetti. Leur étude est devenue connue sous le nom d' »expérience spaghetti », au grand dam de Wollman.

Dans le livre Phage and the Origins of Molecular Biology, Wollman a expliqué qu’en suivant différents marqueurs génétiques chez le mâle, ils pouvaient déterminer le moment d’entrée de chaque gène dans le zygote et déduire correctement sa position sur l’ADN. Jacob et Wollman ont également utilisé un microscope électronique pour photographier les bactéries conjuguées et chronométrer la transmission des gènes.  » Avec Élie Wollman, nous avions développé un outil qui permettait l’analyse génétique de n’importe quelle fonction, de n’importe quel  » système « , a déclaré Jacob dans son autobiographie. Les deux scientifiques ont également découvert et défini des épisomes, des souches génétiques qui se répliquent automatiquement dans le cadre du développement des chromosomes.

Jacob et Wollman ont également démontré que les bactéries pouvaient muter et s’adapter en réponse à des médicaments ou à des bactériophages. L’évolution et la sélection naturelle ont fonctionné chez les bactéries ainsi que dans les formes de vie supérieures. Jacob et Wollman ont résumé leurs recherches dans le numéro de juillet 1956 de Scientific American: « Il ne fait guère de doute que les caractéristiques de base de la recombinaison génétique doivent être similaires, qu’elles se produisent chez les bactéries ou chez l’homme. Il serait plutôt surprenant que l’étude de la reproduction sexuée chez les bactéries ne conduise pas à une compréhension plus approfondie du processus de recombinaison génétique, si vital pour la survie et l’évolution des organismes supérieurs. »

En 1956, Jacob accepte le titre de directeur de laboratoire à l’Institut Pasteur. En deux ans, Jacob commença à travailler avec Jacques Monod, qui avait quitté le laboratoire de Lwoff plusieurs années auparavant pour diriger le département de biochimie cellulaire de l’Institut Pasteur. Arthur Pardée s’est également souvent joint à la recherche. Jacob et Monod ont étudié comment une enzyme intestinale appelée galactosidase est activée pour digérer le lactose ou le sucre du lait. La galactosidase est une enzyme inductible, c’est—à—dire qu’elle ne se forme que si un certain substrat – dans ce cas du lactose – est présent. Les enzymes inductibles diffèrent des enzymes constitutives qui sont produites en continu, que l’inducteur soit présent ou non. En appariant une bactérie mâle inductible normale avec une femelle constitutive, ils ont montré que les processus enzymatiques inductibles priment sur la synthèse enzymatique constitutive. Dans les expériences menées par Jacob et Monod, l’inducteur, le lactose, a servi à inhiber le gène qui régulait la synthèse de la galactosidase.

Par la suite, Jacob réalisa que son travail avec Monod et son travail antérieur avec Wollman sur l’induction zygotique étaient liés. Dans La Statue à l’intérieur, dit-il, « Dans les deux cas, un gène régit la formation d’un produit cytoplasmique, d’un répresseur bloquant l’expression d’autres gènes et empêchant ainsi soit la synthèse de la galactosidase, soit la multiplication du virus. »Leur tâche consistait alors à déterminer l’emplacement du répresseur, qui semblait être sur l’ADN.

À la fin de la décennie, Jacob et Monod avaient découvert l’ARN messager, l’un des trois types d’acide ribonucléique. (Les deux autres sont l’ARN ribosomique et l’ARN de transfert.) Chaque type d’ARN a une fonction spécifique. L’ARNM est le médiateur entre l’ADN et les ribosomes, transmettant des informations sur la séquence correcte des acides aminés nécessaires à la constitution des protéines. Pendant que leurs travaux se poursuivaient, Jacob accepta un poste de chef du Département de Génétique cellulaire à l’Institut Pasteur.

En 1961, ils ont expliqué les résultats de leurs recherches impliquant l’ARNm et le désormais célèbre modèle d’opéron de Jacob-Monod dans l’article « Genetic Regulatory Mechanisms in the Synthesis of Proteins », paru dans le Journal of Molecular Biology Le biologiste moléculaire Gunther S. Stent in Science a décrit l’article « l’un des monuments de la littérature de biologie moléculaire. »

Selon le modèle d’opéron de Jacob-Monod, un ensemble de gènes structuraux sur l’ADN portent le code que l’ARN messager délivre aux ribosomes, qui fabriquent les protéines. Chaque ensemble de gènes structurels a son propre gène opérateur situé à côté. Ce gène opérateur est l’interrupteur qui active ou désactive son ensemble de gènes structurels et supervise ainsi la synthèse de leurs protéines. Jacob et Monod ont appelé chaque groupement d’un opérateur et de ses gènes structurels un opéron. Outre le gène opérateur, un gène régulateur est situé sur le même chromosome que les gènes structurels. Dans un système inductible, comme le lactoséopéron (ou opéron lac comme on l’appelle), ce gène régulateur code pour une protéine répresseur. La protéine répresseur fait l’une des deux choses suivantes. Lorsqu’il n’y a pas de lactose, la protéine répresseur se fixe à l’opérateur et l’inactive, ce qui stoppe l’activité des gènes structurels et la synthèse des protéines. Cependant, lorsque le lactose est présent, la protéine répresseur se lie au gène régulateur au lieu de l’opérateur. Ce faisant, il libère l’opérateur et permet la synthèse des protéines. Avec un tel système, une cellule peut s’adapter aux conditions environnementales changeantes et produire les protéines dont elle a besoin quand elle en a besoin.

Un an après la publication de cet article, Jacob remporte le Prix Charles Léopold Mayer de l’Académie des Sciences. En 1964, le Collège de France a également reconnu ses réalisations en créant une chaire spéciale en son honneur. Son plus grand honneur, cependant, est venu en 1965 quand lui, Lwoff et Monod ont partagé le prix Nobel de physiologie ou Médecine. Le prix a récompensé leurs contributions « à notre connaissance des processus fondamentaux de la matière vivante qui forment les bases de phénomènes tels que l’adaptation, la reproduction et l’évolution. »

Au cours de sa carrière, Jacob a écrit de nombreuses publications scientifiques, y compris les livres The Logic of Life: A History of Hereditary and The Possible and the Actual. Ce dernier, publié en 1982, se penche sur la théorie de l’évolution et la ligne qui, selon lui, doit être tracée entre l’utilisation de l’évolution en tant que théorie scientifique et en tant que mythe.

Voir aussi Typage bactériophage et bactériophage; Évolution et mécanismes évolutifs; Origine évolutive des bactéries et des virus; Régulation génétique des cellules eucaryotes; Régulation génétique des cellules procaryotes; Immunogénétique; Biologie moléculaire et génétique moléculaire; Biologie moléculaire, dogme central de; Génétique virale

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