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Marshall Nirenberg – Rupture du code

 Marshall Nirenberg

Marshall Nirenberg.

Institut d’Histoire des Sciences

Marshall Nirenberg voulait juste s’amuser au travail. Comme il me l’a dit en 2009, « Par plaisir, je veux dire que je voulais explorer un problème important, et je voulais découvrir des choses. »

Cinq décennies plus tôt, Nirenberg, lauréat du prix Nobel de physiologie ou médecine en 1968, était confronté à un dilemme : que devrait-il étudier? On lui avait proposé un poste de biochimiste de recherche aux National Institutes of Health et après réflexion, il a décidé d’étudier la relation entre l’acide désoxyribonucléique (ADN), l’acide ribonucléique (ARN) et la production de protéines.

« Les meilleurs biochimistes du monde travaillaient sur le mécanisme de la synthèse des protéines et les meilleurs biologistes moléculaires du monde travaillaient sur la régulation des gènes chez E. coli », a-t-il déclaré.

Le jeune impétueux Nirenberg n’avait aucune expérience dans aucun des deux domaines. Son doctorat a porté sur le mécanisme d’absorption du sucre dans les cellules tumorales. Mais en 1959, seulement deux ans après avoir obtenu son doctorat et sans formation de biologiste moléculaire, il propose de sonder le code génétique.

La première question de Nirenberg s’est avérée cruciale : existe—t-il de l’ARN messager – c’est-à-dire que l’ARN pourrait-il servir de médiateur dans la synthèse des protéines?

L’intérêt pour le code génétique était en ébullition au cours de ces années, après que James Watson et Francis Crick eurent électrisé le monde en révélant leur modèle à double hélice de la structure de l’ADN dans leur article de Nature de 1953. Les deux ont reconnu que la structure à double brin pouvait permettre la réplication. Mais comment l’ADN, composé de seulement quatre nucléotides différents, pourrait-il déterminer la composition des nombreuses protéines des organismes vivants? Cette question a alimenté la course à la découverte du code génétique, à travers lequel les informations codées dans l’ADN sont traduites en protéines.

L’objectif initial de Nirenberg était de déterminer le modèle de synthèse des protéines. Sans formation formelle, sans personnel et sans expérience dans le domaine, il s’est lancé dans une course où les enjeux professionnels étaient importants.

Nirenberg a fait équipe avec Heinrich Matthaei, un chercheur postdoctoral allemand. Dans une série d’expériences, le contenu cellulaire d’E. coli a été ajouté à des éprouvettes. « J’ai demandé à Heinrich de fabriquer 20 solutions différentes d’acides aminés, chacune avec 19 acides aminés « froids » et un acide aminé radioactif, et de tester le poly U », a déclaré Nirenberg. Toute réaction médiée par l’ARN impliquant un acide aminé « chaud » produirait une protéine « chaude ».

Le succès est venu à trois heures du matin le 27 mai 1961, lorsque Matthaei a ajouté de l’ARN synthétique (UUU ou poly U) constitué d’une seule des quatre bases — l’uracile (U) — à chacun des 20 tubes à essai et a trouvé une activité inhabituelle dans l’un des tubes contenant l’acide aminé « chaud » phénylalanine. L’uracile avait donné les instructions de la phénylalanine. Nirenberg, alors à l’Université de Californie à Berkeley, se précipita à Bethesda. Les deux avaient montré que l’ARN messager transcrit l’information génétique de l’ADN, dirigeant l’assemblage des acides aminés en protéines complexes. Une clé pour briser le code génétique — la pierre de Rosette de la biologie moléculaire — avait été découverte.

En août 1961, Nirenberg se rendit à Moscou pour présenter ses résultats au Congrès International de biochimie. En tant qu’inconnu, seules 35 personnes ont assisté à son discours. Mais dans l’un de ces événements fortuits qui changent tout, Nirenberg avait rencontré Watson la veille et lui avait parlé de ses résultats. Bien que sceptique, Watson consulta un collègue, qui rapporta que les conclusions de Nirenberg étaient réelles. Watson le transmit à Crick, qui s’arrangea pour que Nirenberg présente à nouveau son article. Cette fois, il a reçu une ovation debout. « Pendant les cinq années suivantes, je suis devenu comme une rock star scientifique », a-t-il déclaré.

Mais même les rock stars doivent produire ou risquer de tomber sous les projecteurs. Peu de temps après le succès de Nirenberg à Moscou, des chercheurs du laboratoire de Severo Ochoa à l’Université de New York ont montré que d’autres polynucléotides, ou combinaisons des quatre bases, dirigent l’incorporation d’acides aminés dans les protéines. Le laboratoire d’Ochoa était maintenant loin devant dans la course pour déchiffrer le code génétique. Nirenberg se demandait comment il pouvait rivaliser avec le groupe de 20 scientifiques d’Ochoa.

Le lendemain de l’annonce du succès d’Ochoa, Nirenberg rencontre un collègue, Robert Martin, qui lui promet de  » donner un coup de main  » et arrête ses propres travaux pendant des mois pour synthétiser des polynucléotides pour Nirenberg.

Ce que Nirenberg a appelé « une collaboration assez étrange 24 heures sur 24 » a commencé. Maxine Singer, une autre collègue des NIH, a fourni des enzymes; Martin a travaillé du milieu de l’après-midi à 1h00 du matin; Matthaei a travaillé pendant la nuit à tester la synthèse des protéines (lorsque les compteurs de radioactivité étaient plus susceptibles d’être disponibles). Nirenberg a travaillé le quart de jour en analysant les données générées par le cycle de 24 heures. À la fin de 1961, ils étaient provisoirement arrivés à un grand nombre de mots de code.

Nirenberg s’est basé sur l’expérience poly-U originale dans laquelle lui et Matthaei avaient craqué le premier « mot » (UUU pour phénylalanine) du code génétique. En 1966, Nirenberg et son équipe avaient déchiffré les 64 mots de code à trois lettres de l’ARN (codons) pour diriger les 20 acides aminés.

Deux ans plus tard, Nirenberg remporta le prix Nobel, qu’il partagea avec Har Gobind Khorana, qui maîtrisait la synthèse des acides nucléiques, et Robert Holley, qui découvrit la structure chimique de l’ARN de transfert.

En tant que lauréat du prix Nobel, Nirenberg a reçu de nombreuses offres d’emploi universitaires. Il les a tous refusés. « Je me suis dit que si j’allais à l’université, j’utiliserais un tiers de mon temps pour rédiger des bourses », a-t-il déclaré. « Je pensais pouvoir utiliser ce temps de manière plus productive en faisant des expériences. »Nirenberg est décédé le 15 janvier 2010, après une vie de plaisir qu’il aimait.

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