Expérience de Frederick Griffith (1928)
Les premières preuves irréfutables du rôle génétique de l'ADN ont été obtenues lors de l'étude de deux souches différentes de pneumocoques. Ces souches différaient par leur aspect et leur capacité à provoquer des pathologies graves :
- Souche S (de l'anglais Smooth — « lisse »). Elle était virulente (pathogène). Les bactéries de cette souche possédaient une capsule polysaccharidique protectrice qui les protégeait du système immunitaire de l'hôte.
- Souche R (de l'anglais Rough — « rugueuse »). Elle était avirulente (non pathogène). Les cellules étaient dépourvues de capsule et facilement détruites par le système immunitaire.
Griffith a réalisé une série d'essais successifs sur des souris de laboratoire afin de suivre la pathogénicité de chaque variante.
- L'administration de la souche R vivante ne nuisait en rien aux souris, qui restaient en vie.
- L'administration de la souche S vivante entraînait sans surprise le développement d'une infection, et les souris mouraient.
- L'administration de bactéries S tuées par la chaleur montrait que les pathogènes morts étaient inoffensifs : les souris survivaient.
- Étape décisive : on a injecté aux souris un mélange composé de bactéries R vivantes (totalement inoffensives) et de bactéries S tuées par la chaleur.
Le résultat de cette dernière injection s'est avéré frappant : le mélange était mortel et les animaux de laboratoire ont péri. Lors de l'autopsie des tissus des souris mortes, les chercheurs ont isolé des bactéries vivantes de la souche S.
Conclusion de Griffith : un transfert de propriétés héréditaires s'est produit des cellules virulentes tuées vers les cellules vivantes avirulentes. Les bactéries vivantes de type « rugueux » se sont transformées en forme « lisse », recouvrant la capacité de synthétiser la capsule protectrice. Ce processus de transmission de traits a été nommé transformation. Le caractère acquis (la présence d'une capsule) a été transmis de manière stable à toute la descendance ultérieure.
Démonstration de la nature du facteur transformant (1944)
Quelques années plus tard, Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty se sont fixés pour objectif de déterminer la nature chimique exacte du mystérieux facteur responsable de la transformation bactérienne. Pour ce faire, ils ont appliqué une méthode de traitement enzymatique sur des extraits de cellules tuées, en détruisant sélectivement différentes classes de molécules.
Les chercheurs ont évalué l'impact de ce traitement sur le processus de transmission des caractères héréditaires :
- Sous l'effet d'enzymes protéolytiques (trypsine et chymotrypsine), qui clivent spécifiquement les protéines, la capacité à induire la transformation était totalement préservée.
- Lors du traitement de la culture par la désoxyribonucléase — une enzyme qui détruit spécifiquement la structure de l'ADN —, le processus de transformation cessait et perdait son activité.
Ces résultats ont permis de tirer une conclusion cruciale : l'agent transformant est un ADN de haut poids moléculaire. Les scientifiques ont ainsi prouvé que ce sont les acides nucléiques qui assurent la transmission des caractères, et que les protéines ne sont pas les supports de l'information héréditaire dans ce processus, contrairement aux hypothèses populaires de l'époque.
Rôle de l'ARN et universalité du code génétique
Au fur et à mesure de l'avancée de la science, de nouvelles données se sont accumulées. Dans le cadre de recherches ultérieures menées sur des bactériophages et le virus de la mosaïque du tabac (VMT), les scientifiques ont établi que l'appareil génétique pouvait avoir une autre structure. Il a été démontré que chez toute une série de virus, le support de l'information génétique est l'ARN (acide ribonucléique).
En s'appuyant sur les expériences menées sur les pneumocoques, les phages et les virus végétaux, les biologistes ont formulé une conclusion fondamentale : les acides nucléiques (ADN et ARN) sont les supports uniques et universels de l'information héréditaire chez tous les organismes vivants connus, y compris les bactéries, les plantes, les animaux et les formes de vie acellulaires.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Chez quels objets biologiques l'ARN est-il le support de l'information héréditaire ?
L'ARN sert de support à l'information héréditaire au sein d'un groupe particulier d'entités biologiques : les virus à ARN. Chez ces structures, l'ARN assure la fonction de stockage de l'information génétique. Les objets présentant ce type de génome sont notamment :
- Le virus de la mosaïque du tabac — un virus à simple brin d'acide nucléique, qui a servi de modèle pour prouver le rôle génétique de l'ARN.
- Le virus de la grippe — possède un ARN simple brin qui fait office d'appareil génétique viral.
- Le virus de la rage — un virus contenant un seul brin d'ARN.
- Les entérovirus — des virus à ARN simple brin.
- Le virus de l'hépatite A (Hepatovirus) — un virus de structure simple dont le génome est constitué d'ARN.
- Les virus oncogènes — contiennent deux brins d'acide nucléique.
- Le VIH — représentant de la famille des rétrovirus à ARN, dont la capside renferme deux copies d'ARN.
Pour ne pas confondre les souches de pneumocoques : la souche S (Smooth / lisse) est « fatale » (provoque la mort à cause de la capsule). La souche R (Rough / rugueuse) est « inoffensive » ou sans danger (pas de capsule, la souris survit).
Questions des cours et des examens
Qu'est-ce que la transformation bactérienne ?
C'est le processus de transfert de propriétés héréditaires de certaines cellules (même mortes) à d'autres. Au cours de la transformation, des cellules vivantes absorbent un matériel exogène et acquièrent de nouveaux traits génétiques qui ne leur appartenaient pas auparavant et qui sont transmis à leur descendance.
Pourquoi les bactéries de la souche S entraînaient-elles la mort des souris, contrairement à la souche R ?
Les cellules de la souche S possèdent une capsule polysaccharidique protectrice qui bloque l'action du système immunitaire de l'hôte, les rendant pathogènes (virulentes). Les bactéries de la souche R sont dépourvues de cette enveloppe, ce qui permet au système immunitaire de les identifier et de les éliminer aisément.
Comment les expériences d'Avery ont-elles exclu les protéines de la liste des supports de l'hérédité ?
Les chercheurs ont traité l'extrait bactérien avec des enzymes protéolytiques (trypsine et chymotrypsine) qui détruisent toutes les protéines. Malgré l'absence de molécules protéiques intactes, la transmission des caractères héréditaires (la transformation) s'est poursuivie avec succès, démontrant ainsi que les protéines ne participent pas à ce processus.
À étudier également sur le sujet
- Structure et fonctions de la capsule polysaccharidique chez les pneumocoques
- Mécanisme de pénétration de l'ADN libre dans une cellule bactérienne vivante
- Caractéristiques de l'action de l'enzyme désoxyribonucléase
- Organisation de l'appareil héréditaire chez le virus de la mosaïque du tabac (VMT)
- Différences de structure du matériel génétique entre eucaryotes et prokaryotes
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