Le hasard au coeur de la cellule

[Jeff Hawke]

 

 

 

Dans ce petit bouquin récent (2009) consacré aux derniers développements en biologie moléculaire, pas de grande théorie triomphante qui explique tout, ni de trompettes de la satisfaction renommée, mais des éléments expérimentaux et un questionnement épistémologique pour tenter de préciser comment le hasard intervient dans le processus de la vie, en modifiant la perspective par rapport à celle qui a prévalu pendant cinquante ans (depuis Schrödinger en fait, avec son livre « Qu’est ce que la vie ? », en 44, et Crick-Watson en 53, avec l’ADN) et qui était fondée sur une conception déterministe centrée sur le rôle des gènes.

 

 

L’introduction, par Marc Silberstein, Jean-Jacques Kuipec et Olivier Gandrillon, subtilement intitulée « De la nécessité du hasard en biologie », présente chacun des articles composant les 7 chapitres, et expose en conclusion (ce qui est pratique dans une introduction) l’état des lieux sur le sujet, que je résume ici :

 

• Le débat déterminisme/indéterminisme en biologie n’est pas clos.
  

• Il y a quand même nécessité d’utiliser les concepts probabilistes en biologie.
  

• Il y a encore une forte résistance des biologistes moléculaires, qui se traduit par une sous–estimation des faits expérimentaux montrant le rôle du hasard au niveau cellulaire. Paradoxalement, cela montre le maintien « d’une pensée programmiste conduisant à l’essentialisme », alors que ce type de conception est rejeté dans d’autres domaines scientifiques, et notamment en biologie évolutive.
  

• On doit s’attendre à voir apparaitre l’ESG (Expression Stochastique des Gènes) comme théorie standard en biologie moléculaire.
  

• Cette montée de l’ESG va réduire de façon importante les prétentions de la BMP (Biologie Moléculaire Programmiste) à avoir déchiffré « le livre de la vie »…(Cela rappelle un peu ce qui s’est passé en physique au début du XXème siècle…Remarque perso ).
  

• L’ESG est une théorie plus parcimonieuse que la théorie du programme génétique.
  

Le chapitre 1, Expression stochastique des gènes et différenciation cellulaire, traite des faits expérimentaux sur l’ESG.

 

Le chapitre 2, De la diversité des probabilités, est un rappel sur ce que recouvre une approche probabiliste, selon que l’on considère le degré de connaissance que l’on peut avoir d’un phénomène (probabilité épistémique) ou le caractère intrinsèquement probabiliste d’un phénomène (probabilité objective).

 

Le chapitre 3, Mécanismes moléculaires et fonction biologique de la variabilité de l’expression génique à l’échelle de la cellule unique : Une approche systémique. Travail d’un groupe pluridisciplinaire – biologistes moléculaires et cellulaires, spécialistes des nanobiotechnologies, informaticiens modélisateurs, dont le point de vue est centré, « non plus sur le niveau d’expression des gènes, mais sur les variations de ce niveau. »

 

Chapitre 4, Déterminisme génétique, déterminisme bernardien, déterminisme laplacien, quelques rappels et précisions indispensables quand on parle de déterminisme ou d’indéterminisme dans les sciences du vivant.

 

Chapitre 5, Simulation informatique du modèle darwinien de la différentiation cellulaire. Il y a toujours des informaticiens qui trainent là où il se passe quelque chose.

 

Le chapitre 6, Le rôle de l’expression aléatoire des gènes dans la cancérogenèse, présente comment le changement de perspective qu’apporte l’ESG pourrait modifier notre compréhension du cancer.

 

Enfin, le chapitre 7, Pour une interprétation objective des probabilités dans les modèles stochastiques de l’expression génétique, traite de la proposition d’interprétation objective, et non épistémique, de l’ESG. (« Migration » vers la biologie du vieux débat des physiciens des années 20-30 - Le principe d’indétermination de Werner Heisenberg ne révèle pas une connaissance insuffisante des phénomènes quantiques, mais une impossibilité, intrinsèque au réel, d’en savoir plus sur lui que ces équations ne le permettent).

[Snark]

Beaucoup de blabla pour pas grand chose me semble-t-il.

 

Il y a bien un déterminisme génétique avec des tas de systèmes de régulation qui surveillent le bon déroulement du processus, mais des accidents ainsi que des influences extérieures sont toujours possibles ce qui entraine des modifications dues au hasard, pas de quoi remettre tout en question à mon modeste avis.

[Jeff Hawke]

mais des accidents ainsi que des influences extérieures sont toujours possibles ce qui entraine des modifications dues au hasard, pas de quoi remettre tout en question à mon modeste avis.

 

Les auteurs de ce livre visent précisément à montrer l'inverse (*), avec des faits expérimentaux à l'appui.

 

 

 

(*) C'est à dire à réfuter la conception selon laquelle les "accidents" et "influences extérieures" dont tu parles ne seraient qu'un bruit dans l'expression déterministe des gènes. D'où la mise en avant de la formulation "expression stochastique des gènes".

[ecliptic]

Jeff Hawke,

 

peux-tu nous donner quelques uns de ces faits expérimentaux montrant le rôle du hasard au niveau cellulaire?

[Jeff Hawke]

Par exemple : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC19596/pdf/pq000814.pdf

 

 

ABSTRACT In cellular regulatory networks, genetic activity is controlled by molecular signals that determine when and how often a given gene is transcribed. In genetically controlled pathways, the protein product encoded by one gene often regulates expression of other genes. The time delay, after activation of the first promoter, to reach an effective level to control the next promoter depends on the rate of protein accumulation. We have analyzed the chemical reactions controlling transcript initiation and translation termination in a single such ‘‘genetically coupled’’ link as a precursor to modeling networks constructed from many such links.

 

Simulation of the processes of gene expression shows that proteins are produced from an activated promoter in short bursts of variable numbers of proteins that occur at random time intervals. As a result, there can be large differences in the time between successive events in regulatory cascades across a cell population. In addition, the random pattern of expression of competitive effectors can produce probabilistic outcomes in switching mechanisms that select between alternative regulatory paths. The result can be a partitioning of the cell population into different phenotypes as the cells follow different paths. There are numerous unexplained examples of phenotypic variations in isogenic populations of both prokaryotic and eukaryotic cells that may be the result of these stochastic gene expression mechanisms.

 

Et aussi (sur les ailes de papillons) : http://www.biology.duke.edu/nijhout/images/Veitia(Nijhout).pdf

[ecliptic]

Jeff Hawke,

c'est très intéressant de comprendre les réseaux d'interactions qui interviennent dans le fonctionnement des cellules, des organes et des organismes et d'évaluer la part du hasard dans l'expression des gènes.