Comme chaque année, les prix Nobel scientifiques sont tombés le mois dernier. Celui de biologie et de médecine a été attribué au trio de chercheurs ayant découvert le vaccin contre l’hépatite C, tandis que celui de chimie a été attribué pour la première fois à un duo féminin pour ses recherches sur la méthode Crispr de découpage de l’ADN. L’occasion, selon de nombreux observateurs, de saluer l’importance de la microbiologie dans le monde actuel. Pourtant, le grand public ignore qu’on doit beaucoup des plus grandes avancées de la génétique moderne à un insecte bien moins prestigieux et apparemment sans importance – la drosophile, ou drosophila melanogaster, qui pullule dans nos composts durant l’été. Retour sur l’année 1933 et le sacre de Thomas Hunt Morgan et son équipe pour leurs recherches sur le rôle des gènes dans l’hérédité.

La drosophile et l’être humain ont près de 75% de gènes en commun.

Génétique et drosophile

Tout commence dans la deuxième moitié du XIX^e siècle, à l’époque où «l’idée que le matériel héréditaire pouvait être isolé dans un tube à essai semblait inconcevable» à la majorité des biologistes, encore largement influencés par des concepts religieux et mystiques¹. C’est d’ailleurs dans un monastère allemand que le moine Gregor Mendel a l’idée de cultiver des pois pour modéliser les lois de l’hérédité, c’est-à-dire la manière dont les caractères physiques se transmettent d’une génération à une autre. Malgré leur aspect novateur, les travaux du moine botaniste mettent du temps à se propager dans les milieux universitaires. Toutefois, au tournant du XX^e siècle, l’intérêt pour la microbiologie grandit partout dans le monde, notamment suite aux travaux de Robert Koch en Allemagne ou de Louis Pasteur en France – auquel on doit notamment le procédé de «pasteurisation» pour se prémunir contre les bactéries.

Les mutantes apparaissent spontanément quand le matériel génétique se reproduit d’une génération à l’autre.

De l’autre côté de l’Atlantique, à la Columbia University de New York, le biologiste Thomas Hunt Morgan cherche à prouver et à expliquer les lois de Mendel. Il a l’intuition d’utiliser un sujet étonnant pour ses recherches – la drosophile, qui a pour avantage de posséder un cycle de reproduction extrêmement rapide. De l’éclosion des œufs à la métamorphose au stade adulte, en passant par le stade larvaire et le stade de pupe – soit le cocon –, sa durée est de dix jours en moyenne. Dans le laboratoire de Morgan, on trouve une quantité de fioles où se développent les mouches, dans de la chair de banane macérée et une atmosphère surchauffée pour optimiser le cycle de reproduction. Une impressionnante bibliothèque de données dans un espace restreint car, comme le rappelle Fabienne Lips-Dumas, «quelques étagères dans une pièce cagibi suffisent à concentrer des populations comparables aux villes de Lyon ou de Marseille»².

Les mutantes, ou l’exception qui confirme la règle

À cette époque, il n’y a aucune preuve que les gènes existent. Le seul élément microbiologique observable, ce sont les chromosomes – les brins d’ADN où s’alignent les gènes comme des perles sur un collier – de la drosophile, observables, au microscope des années 1920, sur les glandes salivaires. Afin de faire ressortir la règle générale, les scientifiques du groupe de Morgan s’attardent sur les exceptions, c’est-à-dire les mutantes qui apparaissent spontanément quand le matériel génétique se reproduit d’une génération à l’autre.

Chez la mouche, il s’agira notamment de mutantes aux yeux blancs – et non rouges –, aux ailes atrophiées ou porteuses du gène bithorax, qui leur confère une deuxième paire d’ailes qui les empêche de voler. Les scientifiques fondent donc leurs conclusions sur une étude de traits physiques observables pour révéler les traits biologiques cachés.

Tiré de l’ouvrage «Biologie: notions fondamentales», ce schéma illustre le phénotype des individus obtenus (génération F2) en croisant, à gauche, deux drosophiles présentant un phénotype normal et, à droite, deux individus présentant un phénotype normal et un phénotype mutant (génération F1). Les mâles sont plus petits que les femelles.

Pour déterminer où se trouvent les gènes sur les quatre chromosomes de la drosophile, le principe utilisé est simple: on croise des drosophiles présentant un phénotype normal – c’est-à-dire l’apparence de l’animal – et un phénotype mutant, et observe les résultats sur plusieurs générations. À chaque croisement, sous l’œil du microscope, les scientifiques comptent méticuleusement les mouches porteuses de tel ou tel trait physique. Progressivement, les différences de ratio (par exemple, 70% de drosophiles présentant un phénotype normal, 30% un phénotype mutant) leur permettent de positionner les gènes sur les chromosomes. Pour avoir définitivement prouvé le rôle des gènes dans l’hérédité, Morgan et son groupe reçoivent le prix Nobel de biologie et de médecine en 1933.

Le génome de la drosophile nous éclaire sur des traits humains tels que l’angoisse, la dépression ou l’agressivité.

Pour autant, la drosophile n’a pas dit son dernier mot en matière de génétique. Elle fait encore l’objet de nombreuses recherches. En effet, on sait désormais que la drosophile et l’être humain ont l’avantage d’avoir «près de 75% de gènes porteurs de maladies en commun, y compris le cancer ou les maladies orphelines»³. Son étude permet donc de déterminer d’où nous venons, ce que nous sommes et comment se construisent nos identités. Aujourd’hui, le génome de la drosophile est complètement décodé, et s’il servait autrefois à déterminer comment se transmettaient des caractéristiques physiques, il éclaire maintenant sur des traits humains comportementaux tels que l’angoisse, la dépression ou l’agressivité. Selon Fabienne Lips-Dumas, elle permettrait même de déterminer les mécanismes cognitifs de notre cerveau, soit «savoir comment ce qui pense pense biologiquement»⁴. Alors, la prochaine fois que vous la verrez se reproduire dans votre compost, faites preuve d’humilité, car vous serez en présence de la petite star méconnue de la biologie moderne!

¹ Walter J. Gehring, La drosophile aux yeux rouges, Odile Jacob, 1999.
² Fabienne Lips-Dumas, «Sa majesté la mouche» in revue XXI, numéro 44, automne 2018.
³ id.
⁴ id.

Pour aller plus loin

• Plus d’informations sur Biologie: notions fondamentales
• Plus d’informations sur La drosophile aux yeux rouges de Walter J. Gehring
• Le sommaire du numéro d’automne 2018 de la revue XXI, dans lequel est paru l’article «Sa majesté la mouche» de Fabienne Lips-Dumas

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