Séance Science: Prix Nobel de Chimie 2020

Journal nº3 - 02/12/2020 Prix Nobel de Chimie 2020 Le 7 octobre 2020, l’académie royale des sciences de Suède a décidé de donner le prix Nobel de chimie à la française Emmanuelle Charpentier de l’institut Max-Planck de biologie des infections à Berlin et à l’américaine Jennifer A. Doudna de l’université de Californie à Berkeley pour leur travail sur le développement d’une méthode d’édition de génome. C’est la cinquième fois que ce prix est donné à des scientifiques femmes, la première étant Marie Curie en 1911 pour la découverte des éléments radium et polonium et la dernière en 2018 à Frances Arnold pour l’évolution directe des enzymes. C’est aussi la 10ᵉ fois que le prix est donné à un Français. Quelles sont les avancées scientifiques du dernier prix nobel? De quoi sagit-il? et quelle est son importance dans le monde scientifique et dans notre quotidien? Dans cet article nous essayerons de répondre partiellement à ces questions pour mieux comprendre la biochimie, les sciences modernes et le monde. Emmanuelle Marie Charpentier Emmanuelle Marie Charpentier est née le 11 décembre 1968 à Juvisy-sur-Orge, commune proche de Paris. Elle étudie biochimie, microbiologie et génétique à l’ancienne université Pierre et Marie Curie aujourd’hui université de Sorbonne et reçoit un doctorat à l'institut Pasteur qu'elle se trouvait entre 1992 et 1995. À l'année 1995, elle travaille comme professeur assistante à l’université à laquelle elle a participé. Elle réalise un Ph.D. entre 1996 et 1997 à l’université Rockefeller à New York avec sa thèse sur la résistance des antibiotiques. Elle travaille au EUA jusqu’en 2002 quand elle revient en Europe à Vienne. Elle a habité dans plusieurs villes en Europe. En 2011 elle a connu Doudna et commence ensemble leurs travaux sur le développement d’une méthode d’édition de génome. En 2017 elle déménage à Berlin à la société Max-Planck où elle travaille encore comme chef d’un laboratoire. Jennifer Anne Doudna Jennifer Anne Doudna est née le 19 février 1964 à Washington D.C. fille de Dorothy Jane et Martin Kirk Doudna, Ph.D. en littérature anglaise par l’université de Michigan. À l'âge de 7 ans, les Doudna se sont déménagés à Hilo à Hawaï, où elle la petite fille a grandi. C’est à cette époque que Doudna commence son intérêt pour la nature et la faune et flore de l’île se rapprochant aux sciences. Au début des années 1970, Doudna lue “The Double Helix” de James Watson de 1968, scientifique qui a non seulement découvert la double hélice de l’ADN mais aussi vainqueur du prix Nobel de Médecine. Aussi, sa professeur de chimie, Jeanette Wong, a été une grande influence pour son intérêt chimique. Avec la fin de ses études à l’école, Doudna rentre au collège Pomona à Claremont en Californie ou elle réalise son cours de biochimie. En 1985, elle obtient une licence en chimie et poursuit ses études en réalisant un doctorat et un Ph.D. à Harvard au Massachusetts en biologie chimique et pharmacologie moléculaire. Sa thèse portait sur un système d’augmentation de la prolifération catalytique du RNA (moi aussi je n’ai pas compris totalement ça). Au début de sa carrière scientifique formée, au début des années 1990, Doudna poursuit sa recherche sur le RNA et à l’université de Yale elle arrive à trouver la structure d’un ribozyme à l’aide de rayons X. En 2002, elle déménage à l’université de Californie à Berkeley où elle commence en 2009 sa recherche qui donnera lieu à son prix Nobel. Pour comprendre le travail de ces scientifiques, il faut se rappeler de nos cours de SVT sur les cellules. Je vous rappelle que notre corps comme le corps de tous les êtres vivants est formé de plusieurs cellules. Chaque cellule a dans son noyau des paires de chromosomes. Chaque chromosome est formé par l’ADN, une molécule qui est formée par une double hélice. Une partie de l’ADN qui a un rôle spécifique est nommée gène. Aussi, l’ADN est formé par des briques élémentaires nommées bases; elles se trouvent au nombre de 4 (A, C,T et G). En 1987, des chercheurs japonais trouvent dans l’ADN d’une bactérie un gène spécifique, un gène palindrome, un gène qui se lit également de droite à gauche et de gauche à droite. Ce type de gène a reçu le nom de CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Par la suite, d'autres scientifiques ont repéré que dans ce CRISPR il y a de l’ADN de virus dans l’ADN de bactérie! Cette ADN du virus sert à la bactérie pour mieux identifier un virus pathogène et quand elle l'identifie, elle produit à partir du RNA l’enzyme CAS qui néglige l’effet pathogène du virus. Alors, c’est maintenant que nos scientifiques entrent en action. Les vainqueurs du prix Nobel, ont repéré un type spécifique de l’enzyme CAS qui lutte contre le virus, la CAS 9. Elles ont réussi a programmé cette enzyme pour repérer et casser un gène d’une ADN ciblée d’une espèce quelconque et pas seulement celle d’un virus: ce sont les ciseaux génétiques. Couper c’est bien mais remplacer c’est mieux! Nos scientifiques ont rapidement repéré que si on coordonne le système de recoupage CRISPR/CAS9 avec la recombinaison homologue (technique qui répare des cellules affectées) nous pouvons changer la suite de l’ADN que l’on veut. Pourtant, la technique de remplacement d’ADN existait déjà, cependant, c’était assez compliqué et cher. La méthode de Doudna-Charpentier simplifie énormément cette réalisation et utilise seulement une enzyme. Il faut seulement payer la partie du RNA spécifique de votre gène qui coûte pas plus de 65 $. Avec la facilité de l'exercice de cette méthode des expériences commencent à avoir lieu pour tout type d’êtres vivants et ça fonctionne. Tout cela est important, mais quel est l’impact de cette recherche dans nos vies? Avec cette méthode nous pouvons facilement savoir à quoi sert chaque gène. Avant, cette méthodologie était seulement pour l’identifier. Il existe même une recherche qui essaye de changer des gènes des moustiques pour arrêter la prolifération de la malaria, une des maladies les plus mortelles au monde. Aussi, cette méthode a peu de risques secondaires car elle agit spécifiquement sur le gène programmé. En 2020, Douda est responsable d’un centre de test de COVID-19 qui utilise sa méthode qui la récompense du prix Nobel pour mieux détecter et de manière plus rapide le virus que des tests traditionnels. Des scientifiques chinois, qui connaissent cette technique, ont réalisé l’édition d’un gène de la cellule-œuf (première cellule qui se multipliera en toutes les autres) d’un singe qui est né en 2005 sans aucun problème de santé. Aussi en Chine, la méthode a été utilisée sur une cellule-œuf humaine défectueuse qui ne pouvait pas se multiplier pour qu'un être humain devienne adulte. Ils ont aussi fait cette expérience pour essayer de guérir la maladie de la thalassémie. Pourtant, faire des tests sur des gènes humains pose plusieurs questions éthiques et morales par rapport à l’utilisation de cette méthode. Globalement, la méthode est un succès et une révolution scientifique. Pour ses travaux sur plusieurs thèmes importants de la biologie chimique, Doudna et Charpentier ont reçu plusieurs prix et honneurs et elles sont la personnification de la biologie chimique moderne. L’exemple de ses scientifiques peut attirer plus l’attention des filles pour les domaines scientifiques qui sont encore majoritairement composés par des hommes. La recherche ne termine jamais et de nouvelles techniques comme celle que nous décrivons peuvent faire avancer la science et changer définitivement notre vie. C’est pas par hasard que vous êtes en train de lire ce texte sur un support résultant de la science: l’ordinateur ou la smartphone. Bernardo Rollemberg, 2nde2

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