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Événements
Histoire et avenir de la chimie

De la chimie de synthèse à la biologie de synthèse

Anne Fagot-Largeault
p. 33-36

Résumé

Journée d’étude conçue par Charles Galperin et Anne Fagot-Largeault, et organisée conjointement par les chaires de Philosophie des sciences biologiques et médicales – PrA. Fagot-Largeault, et de Chimie de la matière condensée – Pr J. Livage, avec le concours du PrFrançois Gros (Académie des sciences). Elle faisait suite à la journée sur l’histoire de la chimie au Collège de France.

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Mots-clés :

chimie
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Texte intégral

1Le rêve de synthétiser la vie est ancien. Il est mis en scène par Goethe à l’acte 2 du second Faust, lorsque Méphistophélès surprend Wagner au laboratoire, penché sur une cornue qui fume : « Que se passe-t-il ici ? » – « Chut ! Une œuvre merveilleuse est prête à s’accomplir : il se fabrique un homme ». [« Was gibt es denn ? – Es wird ein Mensch gemacht ! »] La première synthèse organique (de l’urée, à partir du cyanate d’ammonium) fut obtenue accidentellement par le chimiste allemand Friedrich Wöhler (1828). Marcelin Berthelot, dans son cours du Collège de France (1864), promeut la synthèse comme méthode de recherche en chimie organique, ouvrant la voie à une industrie chimique qui mettra sur le marché près d’un million de composés, dont la plupart n’existaient pas dans la nature. La première mention en français de la « biologie synthétique » apparaît sous la plume du chimiste Stéphane Leduc (1912). En 1965, Robert Burns Woodward reçoit un prix Nobel pour ses travaux sur la synthèse de molécules organiques complexes (quinine, cholestérol, cortisone, strychnine, réserpine, chlorophylle, céphalosporine, colchicine...). En 1970, le biologiste indien Har Gobind Khorana synthétise un gène codant pour un ARN de transfert. C’est le début de l’ingénierie génétique. En 1972, Paul Berg construit une molécule d’ADN hybride (recombinée). En 1973, Woodward et Eschenmoser synthétisent la vitamine B12. En 1984 le laboratoire de Steven Benner synthétise un gène codant pour une protéine. Le premier congrès mondial de biologie synthétique se tient à Boston, au MIT, en 2004. L’année suivante des chercheurs du Center for Disease Control d’Atlanta reconstruisent le virus grippal responsable de la pandémie de 1918 (grippe espagnole) afin d’identifier les facteurs associés à sa virulence. En 2008, le groupe de Craig Venter annonce la synthèse complète d’un génome bactérien (mycoplasma genitalium) et affiche son objectif de construire une « cellule minimale ».

  • 1  Pour un état des lieux, voir le rapport européen : « Synbiology. An Analysis of Synthetic Biology (...)

2La biologie synthétique, c’est à la fois l’ingénierie biologique, et l’étude de la vie par la voie de la synthèse. C’est un domaine pluridisciplinaire, où biologistes, chimistes, physiciens, informaticiens, conjuguent leurs créativités pour concevoir et construire des systèmes biologiques standardisés (bioblocks), reproductibles, doués de fonctions spécifiques (photosynthèse, phagocytose, reconnaissance d’un signal), éventuellement des organismes entiers. La biologie de synthèse n’est plus le pré carré des auteurs de science fiction. Elle est aujourd’hui au programme des grandes institutions de recherche1. L’objectif de la journée d’étude était d’instituer un dialogue entre les acteurs de ce domaine de recherche encore relativement dispersé, et de discerner les questions (épistémologiques, métaphysiques ?) que ce champ d’investigation pose à la philosophie, et à nos sociétés. De la vie nous n’avons jusqu’ici qu’un seul modèle (le monde vivant qui s’est développé sur la planète Terre), d’autres modèles sont possibles, d’autres types de vie existent probablement sur de lointaines exoplanètes...

3François Gros ouvre la première session en disant que nous entrons dans une nouvelle ère de créativité scientifique. En façonnant des structures moléculaires douées de propriétés stéréochimiques leur permettant de se reconnaître, des assemblages moléculaires capables d’autoréplication et/ou d’évolution, des systèmes possédant des caractéristiques qui évoquent celles du vivant, les chercheurs aux frontières de la chimie et de la biologie renouvellent les hypothèses sur l’origine de la vie, ainsi que sur les diverses formes que peut prendre la vie. Le premier exemple est celui de la « chimie bio-inspirée », présentée par Marc Fontecave (Grenoble, CDF). Il rappelle comment les protéines qu’on appelle « enzymes » catalysent dans les systèmes vivants des réactions d’une rare précision et sélectivité. Là est l’avenir de la « chimie verte » : en s’inspirant de modèles naturels, on peut inventer de nouveaux catalyseurs (métallo-enzymes), et des stratégies performantes, économiques en énergie, pour produire, par exemple, de l’hydrogène, l’énergie de demain. Steven Benner (FfAME, Florida), à la fin des années 1960, a inventé un nouvel alphabet de la vie, à six lettres (au lieu de 4), et développé un système d’information génétique étendu (AEGIS) qui permet d’imaginer ce que pourrait être une autre forme de vie que celle qui s’est développée sur la Terre. Il explique ici ce qu’est le support chimique d’une évolution darwinienne. Jacques Reisse (Bruxelles, ULB) réfléchit à la difficulté, en l’absence d’une définition claire de ce qu’est un « système vivant », de faire des hypothèses sur l’origine abiotique de la vie sur Terre, c’est à dire sur la transition du non-vivant au vivant, il y a quelque 4 milliards d’années. Il faut que l’eau liquide ait joué un rôle déterminant dans cette « montée en complexité ».

4Sous la présidence de Jean Gayon (UP1), la seconde session entre dans le secret de la cellule vivante. Antoine Danchin (Institut Pasteur) s’interroge sur les processus ubiquitaires par lesquels l’usine cellulaire accumule de l’information, en même temps que la machine qui s’use est périodiquement reconstruite, et que la réplication de son programme l’expose au risque d’erreur. Patrick Forterre (Institut Pasteur), qui travaille sur le rôle des virus dans l’évolution génétique, argumente que la synthèse d’une particule virale seule, actuellement envisageable, ne serait pas encore la synthèse d’un organisme vivant, car le génie des virus est d’utiliser la machinerie de synthèse protéique des cellules qu’ils infectent pour fabriquer des virions, le véritable organisme viral étant la cellule infectée.

5Claude Debru (ENS) préside la troisième session, ouverte par une forte intervention de Jean-Marie Lehn (CDF), qui invite à concevoir l’après-synthèse. Au-delà de la simple synthèse de molécules stables, la chimie supramoléculaire s’oriente vers la construction de systèmes dynamiques capables, en stockant et utilisant de l’information, d’exercer des fonctions de reconnaissance et d’adaptation, c’est-à-dire d’évoluer par eux-mêmes, et de s’auto-organiser. L’horizon de la chimie de synthèse, c’est l’auto-organisation de molécules complexes qui par variation et sélection spontanées dessinent sous les yeux des chercheurs les processus ontogénétiques inhérents à l’histoire de la matière. Bernard Meunier (PALUMED) entre dans le concret des stratégies de fabrication de molécules hybrides, qui pour vaincre la résistance aux médicaments d’agents pathogènes comme celui du paludisme, font jouer à la fois éléments chimiques et organiques. François Képès (Génopole) montre comment la biotechnologie, inaugurée il y a des milliers d’années avec la sélection par l’homme des levures permettant de faire du vin, de la bière et du pain, prolonge la domestication des microbes, plantes et animaux, par l’espèce humaine ; devenue biologie synthétique et intégrative, grâce au couplage avec la modélisation mathématique, elle peut aujourd’hui (en accord avec le principe de précaution) concevoir, dessiner et tester des systèmes biologiques innovants en amont de leur réalisation concrète.

6Bernadette Bensaude-Vincent (UPX) préside la dernière session, que Drew Endy (Stanford, California) lance sur le chemin de l’ingénierie biologique. Son laboratoire, transféré du MIT à Stanford, est connu pour avoir rendu populaire dans le monde entier un concours ouvert aux étudiants et élèves des lycées, qui a encouragé l’invention de modules biologiques fonctionnels. Il est également à l’origine du Registry of Standard Biological Parts. Le but est de faire naître une génération d’ingénieurs biologistes, qui après s’être amusés à construire des bactéries qui sentent la banane, ou qui détectent l’arsenic dans des eaux polluées, sauront trouver des solutions intelligentes pour la production d’énergie ou l’agriculture verte. Maureen O’Malley (Exeter University) livre enfin une analyse fine et pénétrante des stratégies épistémologiques rencontrées dans les divers secteurs de la biologie synthétique, de leurs présupposés et de leurs attendus philosophiques. Son exposé est suivi d’une discussion générale animée, entre les intervenants et avec l’auditoire. L’ensemble de cette journée a fait l’objet d’un enregistrement vidéo, en vue de la mise en ligne sur le site du Collège de France.

7L’organisation de cette conférence internationale a été rendue possible par l’ingéniosité de Vincent Guillin, Jean-Claude K. Dupont et Stéphane Soltani, et grâce à l’aide financière du groupe Solvay et de la Fondation Hugot du Collège de France. Ils sont ici chaleureusement remerciés.

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Notes

1  Pour un état des lieux, voir le rapport européen : « Synbiology. An Analysis of Synthetic Biology Research in Europe and North America », European Commission, Sixth Framework Programme, oct. 2005, en ligne.

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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France, Collège de France, Paris, juin 2008, p. 20-21. ISSN 1628-2329

Référence électronique

Anne Fagot-Largeault, « De la chimie de synthèse à la biologie de synthèse », La lettre du Collège de France [En ligne], 26 | juin 2009, mis en ligne le 24 juin 2010, consulté le 29 mai 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/158

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Auteur

Anne Fagot-Largeault

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Droits d’auteur

© Collège de France

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