L’ADN en double hélice
1953 Cambridge et Londres, Angleterre
En bref
L’ADN est la molécule qui contient les instructions pour construire et faire fonctionner chaque être vivant. En 1953, à Cambridge, en Angleterre, James Watson et Francis Crick ont compris qu’elle a la forme d’un escalier en colimaçon, la double hélice. Pour y arriver, une photographie aux rayons X obtenue à Londres dans le laboratoire de Rosalind Franklin a été décisive, et sa contribution n’a été pleinement reconnue que bien plus tard. Les deux brins peuvent se séparer et se copier : c’est ainsi que les informations passent d’une cellule à l’autre.
Pourquoi c’est important Comprendre l’ADN a ouvert la voie à la génétique moderne, aux tests médicaux et à de nouveaux traitements.
Source : Encyclopaedia Britannica, « DNA »

Fiche pour étudier environ 6 minutes de lecture
Le récit
Le petit livre d’instructions de la vie
Chaque être vivant, de la bactérie à la baleine, naît d’un petit livre d’instructions écrit à l’intérieur de ses cellules. Au début du XXe siècle, les scientifiques savaient que ce livre existait : ils l’appelaient « hérédité », parce qu’il expliquait pourquoi les enfants ressemblent à leurs parents. Mais ils ne savaient pas de quoi il était fait, ni comment il pouvait se recopier de génération en génération.
Un indice important arriva en 1944, quand un groupe de chercheurs de New York dirigé par Oswald Avery montra que c’était une molécule appelée ADN, acide désoxyribonucléique, qui transmettait les caractères. On connaissait cette substance depuis 1869 : un médecin suisse, Friedrich Miescher, l’avait trouvée dans le pus des pansements utilisés à l’hôpital. Beaucoup de scientifiques n’y croyaient pourtant pas : une molécule aussi simple, avec seulement quatre sortes de petites briques, semblait trop pauvre pour contenir toutes les instructions de la vie. En 1950, le chimiste Erwin Chargaff remarqua une règle curieuse : dans n’importe quel ADN, la quantité de la brique A était toujours égale à celle de T, et la quantité de G égale à celle de C.
Une course entre Londres et Cambridge
Au début des années 1950, trouver la forme de l’ADN était devenu une vraie course. À Londres, au King’s College, travaillaient Maurice Wilkins et la chimiste Rosalind Franklin, experte en cristaux. Ils utilisaient les rayons X : on envoie un faisceau de rayons à travers une fibre d’ADN, et la tache de petits points qui se forme sur une plaque photographique permet de comprendre comment les atomes sont disposés. En mai 1952, Franklin et son étudiant Raymond Gosling obtinrent une image très nette, connue sous le nom de « cliché 51 ». Elle montrait un grand « X » de points : le signe typique d’une spirale.
À Cambridge, dans le laboratoire Cavendish, deux autres chercheurs poursuivaient la même réponse avec une méthode différente : construire des modèles. C’étaient l’Américain James Watson, qui avait tout juste 25 ans, et le Britannique Francis Crick, 36 ans, qui n’avait pas encore son doctorat. Ils ne faisaient pas d’expériences avec les rayons X : ils essayaient d’assembler les données des autres, avec des morceaux de métal et du carton découpé, jusqu’à ce que tout colle. Leur premier modèle, en 1951, était faux et fit sourire Franklin. Même le célèbre chimiste américain Linus Pauling, qui obtiendrait ensuite un prix Nobel (en 1954), proposa une structure à trois filaments : fausse, elle aussi.
Au début de 1953, Watson et Crick purent voir les résultats de Franklin : Wilkins leur montra le cliché 51, et un rapport du Medical Research Council leur parvint par un collègue. Franklin ne le savait pas, et ce n’est que bien des années plus tard qu’on comprit à quel point ces données avaient été décisives. Avec ces informations et la règle de Chargaff, les deux hommes construisirent le bon modèle.
L’escalier en colimaçon
L’ADN est fait de deux très longs filaments enroulés l’un autour de l’autre, comme un escalier en colimaçon. Les côtés de l’escalier sont des chaînes de sucres et de phosphates ; les marches sont des paires de petites briques, que nous appelons aujourd’hui des bases : A (adénine) se lie toujours avec T (thymine), et G (guanine) toujours avec C (cytosine). C’est pour cela que les quantités de A et de T sont égales, comme Chargaff l’avait vu. Mais surtout, cette forme expliquait comment le livre se recopie : il suffit d’ouvrir l’escalier en son milieu, comme une fermeture éclair, et chacune des deux moitiés devient le moule pour reconstruire l’autre. Deux copies identiques, à partir d’une seule.
Le 25 avril 1953, la revue Nature publia l’article de Watson et Crick, long d’à peine plus d’une page. Dans le même numéro parurent aussi les études de Wilkins et celles de Franklin avec Gosling, qui confirmaient la structure. En 1958, deux chercheurs américains, Matthew Meselson et Franklin Stahl, montrèrent par une expérience que l’ADN se copie bien de cette façon.
Les Nobel et un nom oublié
En 1962, le prix Nobel de médecine fut attribué à Watson, Crick et Wilkins. Rosalind Franklin était morte en 1958, à 37 ans seulement, d’un cancer : les Nobel ne sont pas décernés aux personnes disparues. Pendant de nombreuses années, sa contribution resta peu connue ; aujourd’hui, on se souvient d’elle comme d’une scientifique essentielle pour cette découverte, même si les historiens discutent encore pour savoir si la façon dont ses données ont été utilisées était juste.
Pourquoi c’est arrivé
L’ADN fut découvert bien avant 1953, mais personne ne savait comment il était fait. Trois choses rendirent la solution possible : les expériences de 1944 qui désignaient l’ADN comme la molécule de l’hérédité, la technique des rayons X appliquée aux cristaux, déjà utilisée pour étudier des molécules comme l’insuline, et la règle de Chargaff sur les quantités de bases.
L’ambiance de l’époque compta beaucoup aussi. Après la Seconde Guerre mondiale, la biologie attirait des physiciens et des chimistes qui apportaient des idées nouvelles : Crick lui-même était un physicien passé à la biologie. En outre, plusieurs équipes, en Angleterre et aux États-Unis, travaillaient sur le même problème, et la concurrence rendit tout le monde plus rapide.
Ce qui a changé
La structure en double hélice ouvrit la voie à la biologie moléculaire. Dans les années 1960, les scientifiques déchiffrèrent le code génétique : trois bases à la suite, comme trois lettres, indiquent quelle brique placer dans les protéines, les molécules qui font fonctionner le corps. On comprit ainsi comment le livre d’instructions est lu et traduit en un organisme.
De 1990 à 2003, un grand projet international, le Projet génome humain, lut les quelque 3 milliards de paires de bases de l’ADN humain. Aujourd’hui, on peut comparer l’ADN de personnes, d’animaux et de plantes, découvrir des maladies héréditaires, reconnaître un coupable grâce à une petite trace de sang ou reconstituer la parenté entre des espèces.
Ces dernières années, de nouvelles techniques, comme CRISPR, permettent même de « corriger » l’ADN en laboratoire : Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna ont reçu pour cela le prix Nobel de chimie en 2020. Ce sont des possibilités extraordinaires, qui font aussi débat sur le plan éthique : jusqu’où est-il juste d’intervenir sur le livre de la vie ? Aujourd’hui, ce ne sont pas seulement les scientifiques qui doivent répondre à cette question, mais tous les citoyens.
Personnes et lieux clés
Personnes
- James Watson
- Biologiste américain (né en 1928) : il avait 25 ans quand il construisit avec Crick le modèle de l’ADN ; prix Nobel en 1962.
- Francis Crick
- Physicien et biologiste britannique (1916-2004) : avec Watson, il proposa la structure en double hélice ; prix Nobel en 1962.
- Rosalind Franklin
- Chimiste anglaise (1920-1958) : son « cliché 51 » de l’ADN fut une donnée décisive pour le modèle.
- Maurice Wilkins
- Physicien et biologiste né en Nouvelle-Zélande (1916-2004) : il étudia l’ADN avec les rayons X au King’s College de Londres ; prix Nobel en 1962.
- Erwin Chargaff
- Biochimiste autrichien (1905-2002) : il découvrit que dans l’ADN, A et T, G et C sont présents en quantités égales.
Lieux
- Laboratoire Cavendish, Cambridge
- Le laboratoire de physique de l’université de Cambridge où Watson et Crick construisirent le modèle.
- King’s College, Londres
- C’est ici que Franklin et Wilkins étudièrent l’ADN avec les rayons X et que fut pris le cliché 51.
À savoir
- Le célèbre article de Watson et Crick sur l’ADN ne faisait qu’un peu plus d’une page et fut publié en 1953 dans la revue Nature.
- Le premier modèle de Watson et Crick était faux ; quand ils le montrèrent à Rosalind Franklin, elle repéra tout de suite les erreurs.
- Si on déroulait tout l’ADN contenu dans une seule cellule humaine, il mesurerait environ deux mètres.
- Une personne a presque le même ADN qu’une autre : la différence entre deux personnes est d’environ une lettre sur mille.
- L’ADN fut découvert dès 1869 par Friedrich Miescher, qui le trouva dans des cellules de pus.
Pour aller plus loin
- Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962, official site (en anglais) nobelprize.org
- Wikipédia, article « Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Rosalind Franklin » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Acide désoxyribonucléique » fr.wikipedia.org
- National Human Genome Research Institute, « Human Genome Project » (en anglais) genome.gov
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- La découverte de la pénicilline1928 · XXe siècle (1900-1950)La structure de la pénicilline fut elle aussi découverte grâce aux rayons X, par Dorothy Hodgkin.
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