Les idées phares de Watson et Crick se sont largement appuyées sur les travaux d’autres scientifiques. Qu’est-ce que le duo a réellement découvert ? Beaucoup de gens pensent que le biologiste américain James Watson et le physicien anglais Francis Crick ont découvert l’ADN dans les années 1950. En réalité, ce n’est pas le cas. L’ADN a été identifié pour la première fois à la fin des années 1860, c’est le chimiste suisse Friedrich Miescher qui a decouvert l adn. Puis, dans les décennies qui ont suivi la découverte de Miescher, d’autres scientifiques – notamment Phoebus Levene et Erwin Chargaff – ont mené une série de recherches qui ont révélé des détails supplémentaires sur la molécule d’ADN, notamment ses principaux composants chimiques et la manière dont ils s’assemblent les uns aux autres. Sans les bases scientifiques fournies par ces pionniers, Watson et Crick ne seraient peut-être jamais parvenus à leur conclusion révolutionnaire de 1953 : la molécule d’ADN existe sous la forme d’une double hélice tridimensionnelle.
La première pièce du puzzle : Miescher découvre l’ADN
Bien que peu de gens le réalisent, 1869 a été une année charnière dans la recherche génétique, car c’est l’année où le chimiste physiologiste suisse Friedrich Miescher a identifié pour la première fois ce qu’il appelait la « nucléine » à l’intérieur des noyaux des globules blancs humains. Plus de 50 ans se sont écoulés avant que l’importance de la découverte des acides nucléiques par Miescher soit largement appréciée par la communauté scientifique. Par exemple, dans un essai de 1971 sur l’histoire de la recherche sur les acides nucléiques, Erwin Chargaff a noté que dans un récit historique de 1961 sur la science du XIXe siècle, Charles Darwin était mentionné 31 fois, Thomas Huxley 14 fois, mais Miescher pas une seule fois. Cette omission est d’autant plus remarquable que, comme Chargaff l’a également noté, la découverte des acides nucléiques par Miescher était unique parmi les découvertes des quatre composants cellulaires majeurs (c’est-à-dire les protéines, les lipides, les polysaccharides et les acides nucléiques).
Laying the Groundwork : Levene étudie la structure de l’ADN
Pendant ce temps, alors même que le nom de Miescher tombait dans l’oubli au vingtième siècle, d’autres scientifiques continuaient à étudier la nature chimique de la molécule autrefois connue sous le nom de nucléine. L’un de ces autres scientifiques était le biochimiste russe Phoebus Levene. Médecin devenu chimiste, Levene était un chercheur prolifique, publiant plus de 700 articles sur la chimie des molécules biologiques au cours de sa carrière. On attribue à Levene de nombreuses premières. Par exemple, il a été le premier à découvrir l’ordre des trois principaux composants d’un seul nucléotide (phosphate-sucre-base) ; le premier à découvrir le composant glucidique de l’ARN (ribose), le premier à découvrir le composant glucidique de l’ADN (désoxyribose) ; et le premier à identifier correctement la façon dont les molécules d’ARN et d’ADN sont assemblées.
Pendant les premières années de la carrière de Levene, ni ce dernier ni aucun autre scientifique de l’époque ne savait comment les différents composants nucléotidiques de l’ADN étaient disposés dans l’espace ; la découverte du squelette sucre-phosphate de la molécule d’ADN se faisait encore attendre des années. Le grand nombre de groupes moléculaires disponibles pour la liaison de chaque composant nucléotidique signifiait que les composants pouvaient se combiner de nombreuses manières différentes. Plusieurs scientifiques ont suggéré comment cela pouvait se produire, mais c’est le modèle du « polynucléotide » de Levene qui s’est avéré être le bon. S’appuyant sur des années de travail utilisant l’hydrolyse pour décomposer et analyser les acides nucléiques de levure, Levene a proposé que les acides nucléiques soient composés d’une série de nucléotides, et que chaque nucléotide soit à son tour composé d’une seule des quatre bases azotées, d’une molécule de sucre et d’un groupe phosphate. Levene a fait sa proposition initiale en 1919, discréditant les autres suggestions qui avaient été faites sur la structure des acides nucléiques. Selon les propres mots de Levene, « De nouveaux faits et de nouvelles preuves peuvent entraîner sa modification, mais il n’y a aucun doute sur la structure polynucléotidique de l’acide nucléique de la levure » (1919).
Renforcer le fondement : Chargaff formule ses « règles »
Erwin Chargaff faisait partie de la poignée de scientifiques qui ont approfondi les travaux de Levene en découvrant des détails supplémentaires sur la structure de l’ADN, ouvrant ainsi davantage la voie à Watson et Crick. Chargaff, biochimiste autrichien, avait lu en 1944 le célèbre article d’Oswald Avery et de ses collègues de l’université Rockefeller, qui démontrait que les unités héréditaires ou gènes, sont composées d’ADN. Cet article a eu un impact profond sur Chargaff, l’incitant à lancer un programme de recherche sur la chimie des acides nucléiques. Pour commencer cette recherche, Chargaff entreprit de voir s’il existait des différences d’ADN entre les différentes espèces. Après avoir mis au point une nouvelle méthode de chromatographie sur papier pour séparer et identifier de petites quantités de matière organique, Chargaff est parvenu à deux conclusions majeures (Chargaff, 1950). Premièrement, il a constaté que la composition nucléotidique de l’ADN varie selon les espèces. Chargaff a conclu que presque tout l’ADN quel que soit l’organisme ou le type de tissu dont il provient conserve certaines propriétés, même si sa composition varie. En particulier, la quantité d’adénine (A) est généralement similaire à la quantité de thymine (T), et la quantité de guanine (G) est généralement proche de la quantité de cytosine (C). En d’autres termes, la quantité totale de purines (A + G) et la quantité totale de pyrimidines (C + T) sont généralement presque égales. (Cette deuxième grande conclusion est aujourd’hui connue sous le nom de » règle de Chargaff « ) Les recherches de Chargaff ont été vitales pour les travaux ultérieurs de Watson et Crick, mais Chargaff lui-même ne pouvait pas imaginer l’explication de ces relations – plus précisément, que A se lie à T et C à G dans la structure moléculaire de l’ADN.
Mise en commun des preuves : Watson et Crick proposent la double hélice
La prise de conscience par Chargaff que A = T et C = G, associée à certains travaux de cristallographie aux rayons X d’une importance cruciale réalisés par les chercheurs anglais Rosalind Franklin et Maurice Wilkins, a contribué à la dérivation par Watson et Crick du modèle tridimensionnel à double hélice de la structure de l’ADN. La découverte de Watson et Crick a également été rendue possible par les récentes avancées dans la construction de modèles, ou l’assemblage de structures tridimensionnelles possibles sur la base de distances moléculaires et d’angles de liaison connus, une technique avancée par le biochimiste américain Linus Pauling. En fait, Watson et Crick craignaient d’être « devancés » par Pauling, qui avait proposé un modèle différent pour la structure tridimensionnelle de l’ADN quelques mois avant eux. En fin de compte, cependant, la prédiction de Pauling était incorrecte. Utilisant des découpes de carton représentant les composants chimiques individuels des quatre bases et des autres sous-unités de nucléotides, Watson et Crick ont déplacé les molécules sur leur bureau, comme s’ils reconstituaient un puzzle. Pendant un certain temps, ils ont été induits en erreur par une compréhension erronée de la configuration des différents éléments de la thymine et de la guanine (plus précisément, les anneaux de carbone, d’azote, d’hydrogène et d’oxygène). Ce n’est que sur la suggestion du scientifique américain Jerry Donohue que Watson a décidé de faire de nouvelles découpes en carton des deux bases, pour voir si une configuration atomique différente pouvait faire la différence. Ce fut le cas. Non seulement les bases complémentaires s’emboîtaient désormais parfaitement (c’est-à-dire A avec T et C avec G), chaque paire étant maintenue par des liaisons hydrogène, mais la structure reflétait également la règle de Chargaff.
