Ouverture - Le commencement de la vie

Chapitre 1 Le problème unicellulaire : la plus ancienne question sur l’origine de la vie
Poupées russes | Cellules, sélection naturelle et biologie expérimentale | Moitiés d'embryons | Machines auto-régénératrices | Corps en formation, transformations qui changent le destin | Systèmes américain et européen

Chapitre 2 : Le langage des cellules : lire et écrire les gènes
Apprendre le langage des gènes┃Le chaînon manquant de Darwin, les éléments morphogéniques┃La mouche aux yeux blancs de la salle des mouches┃La première carte génétique┃Substances déficientes en soufre┃Substances transgéniques

Chapitre 3 La société cellulaire : Qu'est-ce qui détermine le destin cellulaire ?
Les membres d'une société cellulaire┃Compter les gènes┃Dans le laboratoire exigu des grenouilles┃Comment remonter le temps du développement┃Preuves de l'existence de cette grenouille┃Équivalence génétique et Dolly la brebis

Chapitre 4 : Activation et désactivation des gènes : l’expérience du pyjama et le code génétique
Un virus réveillé dans le grenier | Les bactéries choisissent l'ordre de leur alimentation | La découverte de l'ARNm | Inhibition de la régulation génique | Les principes de la transcription et de la traduction

Chapitre 5 : Gènes et développement : ce que les mouches et les vers nous apprennent
Tête, épaules, genoux et orteils | Étude de Heidelberg | Des mouches aux insectes | Généalogie et trajectoire du développement | De la mutation à la fonction

Chapitre 6 : Trouver son chemin : où, jusqu’où et comment aller
Étapes clés de la morphogenèse ┃Haut et bas, extérieur et intérieur ┃Comment changer de position ┃La force d'attraction mutuelle ┃Comment se forment les tubes ? ┃Le mystère du contrôle de la taille ┃L'embryon en mouvement

La biologie de la vie mûre

Chapitre 7 Cellules souches : une autre cellule
La grande expérience de la nature┃La bombe au cobalt qui traite le cancer┃La science de l'analyse┃La rate bosselée┃Une autre « cellule unique »┃Prolifération de 1 à 1 million

Chapitre 8 Alchimie cellulaire : le potentiel des cellules souches embryonnaires
Tumeurs atypiques | L'ère des cellules souches embryonnaires | Souris knock-out | De la souris à l'homme | La guerre contre les cellules souches | La pierre philosophale | Avatars cellulaires : cellules souches pluripotentes induites

Chapitre 9 : Une cellule se déchaîne : l’évolution des cellules cancéreuses
Les origines cellulaires du cancer | État actuel de la recherche sur le cancer | Les voisins des tumeurs | Le double maléfique des tissus embryonnaires

Chapitre 10 : Les yeux de l’éternité et les orteils de la grenouille : l’avenir de la médecine régénérative
Patients atteints de lésions médullaires | Insuffisance et régénération d'organes | Perdus dans l'espace | Reconstruire des organes à partir de rien ? | Thérapie cellulaire : un chemin semé d'embûches | Une lueur d'espoir

Chapitre 11 : La science le jour et la science la nuit : les défis qui restent à relever
La complexité de la mémoire cellulaire┃Reconstruction des gènes┃Manipulation humaine┃Culture biologique

Finale - Le retour de la question

Remerciements
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« D’une simple cellule à la création de son propre univers et à l’avènement de la vie. »
Conférence spéciale sur les sciences de la vie présentée par le professeur Ben Stanger, professeur de biologie cellulaire et du développement à l'Université de Pennsylvanie.

Une ère où les animaux de compagnie sont clonés, où naissent des bébés génétiquement modifiés et où sont créés des embryons hybrides homme-singe.
Malgré les critiques récentes selon lesquelles les sciences pures et fondamentales sont négligées en raison des coupes budgétaires gouvernementales dans la recherche et le développement, la recherche en sciences de la vie progresse à un rythme que nous ne pouvons même pas imaginer.
Le Dr Ben Stanger, chercheur en cancérologie et professeur de biologie cellulaire et du développement à l'Université de Pennsylvanie, affirme que pour comprendre les incroyables progrès de la médecine et des sciences de la vie, nous devons nous intéresser à la question qui a tout déclenché.
La question est : « Comment une cellule peut-elle devenir un être humain ? »


Nous connaissons de manière générale le processus complet au cours duquel un ovule et un spermatozoïde sont fécondés à l'intérieur du corps de la mère pour devenir un embryon (zygote), qui se divise ensuite en types 2, 4 et 8, puis se développe en un être humain par le processus de blastocyste.
Mais si on y réfléchit un peu plus profondément, cette question se pose naturellement.
Si un embryon n'a même pas d'âme, comment sait-il comment développer des membres, des organes, des os, des muscles et de la peau ? Le premier ouvrage de vulgarisation scientifique du Dr Ben Stanger, « From One Cell », s'ouvre précisément sur cette question.
C’est la plus ancienne question sur l’origine de la vie et le secret de la naissance que nous partageons tous.


L'auteur soutient que, tout comme une seule cellule se divise en des milliards de cellules pour donner naissance à des organismes complexes, notre compréhension du fonctionnement de la vie a elle aussi évolué, et que les mystères du développement recèlent un potentiel illimité pour résoudre des problèmes médicaux allant du cancer au déclin cognitif en passant par les maladies dégénératives.
Ce livre est un vaste récit sur la façon dont une seule cellule crée son propre univers et prend vie, et il retrace le remarquable parcours intellectuel d'innombrables scientifiques fascinés par les secrets du développement, le tout dans une prose exquise et élégante.

« Certaines cellules se transforment en cellules sanguines, musculaires ou en ongles, tandis que d'autres deviennent cancéreuses. »
Si les globules rouges et les cellules musculaires sont les ouvriers, alors les neurones et les hormones constituent la couche de gestion.

Dans le titre « À partir d’une seule cellule », l’expression « une seule cellule » fait référence à deux types de cellules au potentiel énorme : le zygote (le produit de la fécondation entre un ovule et un spermatozoïde) et les cellules souches embryonnaires.
Ce livre retrace le processus d’« embryogenèse », sous la forme d’un roman policier passionnant, dans lequel les embryons se différencient, coopèrent entre eux, créent forme et mouvement, et se développent en organismes vivants gigantesques.
Selon l'auteur, le processus d'émergence est « un voyage semé d'incertitudes et de dangers imprévisibles ».
À chaque division cellulaire, la cellule lit, copie et interprète des milliards de séquences d'ADN, répétant ce processus d'innombrables fois. La plupart des processus moléculaires qui se déroulent dans les cellules sont si précis que leur exactitude dépasse 99,9 %.
Ce qui est surprenant, c'est que toute vie sur Terre, des mammifères comme les humains et les souris aux mouches des fruits, aux nématodes, aux oursins et même aux virus et aux bactéries, partage un processus de développement qui commence dans une seule cellule.
L'émergence est le mécanisme évolutif ultime que la Terre a mis en place, créant et maintenant la vie depuis environ 4,6 milliards d'années.


Comment les cellules de notre corps « savent-elles » et entreprennent-elles leur voyage à la découverte de leur rôle ? Si le développement est un processus si complexe, pourquoi les maladies et les cancers apparaissent-ils ? L’auteur explique ces phénomènes en posant des questions constantes et en utilisant des métaphores simples et accessibles pour éviter que le lecteur ne se perde dans des textes scientifiques trop techniques.
On compare souvent notre organisme à une collectivité utopique, où chaque cellule fonctionne selon le rôle et la position qui lui sont assignés au sein d'un ordre social (chapitre 3). Tandis que les cellules qui accomplissent des tâches répétitives et productives, comme les globules rouges, les cellules musculaires et les kératinocytes, sont considérées comme des « ouvriers », les cellules endocrines qui synchronisent l'activité cellulaire avec les hormones et les neurones du cerveau appartiennent à la classe dirigeante, celle qui donne les ordres.
Ces cellules utilisent toutes les mêmes gènes comme langage pour communiquer entre elles et remplir leurs fonctions. Comme dans toute société, il existe des cellules anormales, telles que les cellules cancéreuses.


Contrairement à l'idée reçue selon laquelle les tumeurs sont des « agrégats de cellules cancéreuses », la compréhension moderne du cancer considère que les cellules cancéreuses possèdent des mécanismes similaires à ceux des embryons (chapitre 9). Même des cellules normales, si elles se trouvent au mauvais endroit au mauvais moment, peuvent devenir des « cellules incontrôlables » et évoluer en cellules cancéreuses. Par conséquent, il n'existe pas deux cancers identiques.
Les cellules cancéreuses sont comme des « doubles maléfiques des embryons », utilisant leurs génomes altérés pour « dominer » les cellules normales et remodeler leur environnement à leur avantage.
Parce que le cancer et le développement sont si profondément liés, explorer les mystères du développement revient à se rapprocher de la libération du cancer.


« La salle des mouches de Thomas Morgan, le clonage de grenouilles de John Gurdon, l’ARNm de Pajamo… »
Une histoire des sciences de la vie, retraçant les découvertes des gènes et du développement.

Ce livre peut être considéré comme une histoire des sciences de la vie, retraçant le parcours intellectuel d'innombrables scientifiques fascinés par les secrets du développement — le processus par lequel une cellule unique crée son propre univers et accède à la vie.
La première partie de cet ouvrage, divisée en deux grandes parties, retrace l'évolution de l'approche humaine en matière de compréhension de la différenciation cellulaire, des gènes et du développement d'un point de vue historico-intellectuel.
La croyance de la Grèce antique selon laquelle la forme corporelle d'un animal est complète dès un stade précoce (préformationnisme) a commencé à être réexaminée au milieu du XIXe siècle avec la découverte des cellules, « unités irréductibles », à l'aide de loupes.
Les scientifiques de l'époque manipulaient activement le vivant, par exemple en faisant éclater des cellules filles de grenouilles et en secouant des œufs d'oursins, et exploraient les mécanismes du développement (Chapitre 1). Après Johann Mendel, qui découvrit le modèle logarithmique des gènes par hybridation de pois à la fin du XIXe siècle, et Thomas Hunt Morgan, le « biologiste de la salle des mouches » qui hybrida des drosophiles pendant des générations, qui jetèrent les bases de la génétique (Chapitre 2), et grâce à la transplantation réussie d'embryons de grenouille par John Gurdon et aux expériences de Pazamo d'Art Pardee, François Jacob et Jacques Monod, qui découvrirent l'ARNm, intermédiaire dans la régulation des gènes par les phages viraux, nous avons enfin pu déchiffrer le langage des gènes (Chapitre 4).

La recherche sur le développement, qui s'était limitée à l'enregistrement des caractéristiques uniques des animaux, est passée des mutations aux gènes, puis des gènes aux séquences d'ADN, aux séquences protéiques et aux fonctions protéiques, se rapprochant ainsi de la réponse à la question : « Comment les choses se développent-elles ? »
Il s'agissait d'une réussite intellectuelle rendue possible par « l'esprit d'investigation de scientifiques plongés dans la mystérieuse force extérieure et la puissance de développement animée par la force invisible de l'embryon ».
En suivant le cheminement de pensée des scientifiques, des hypothèses et expériences aux échecs, coïncidences, découvertes et hypothèses encore plus précises, les lecteurs sont frappés par la volonté sublime de connaître et d'approcher la providence de la nature.


« À la découverte des secrets de la création de la vie par le clonage »
Les expériences sur la grenouille albinos et la brebis clonée Dolly inaugurent une ère de clonage d'embryons.

La quantité impressionnante de termes scientifiques qui apparaissent dans ce livre, tels que la différenciation cellulaire, la morphogenèse, la génétique et la biologie des cellules souches, pourrait submerger le lecteur, mais la raison pour laquelle on ne peut s'empêcher d'être captivé par ce livre est qu'il regorge d'histoires de « personnes » animées par le désir de révéler l'invisible.
En particulier, le chapitre 3, qui traite de l'expérience de clonage de la grenouille albinos menée par le lauréat du prix Nobel John Gurdon, est le point fort de ce livre.
Lorsque John Gurdon a réussi à transplanter des embryons de grenouille et à créer des cellules hybrides, il n'avait qu'un an de formation à la recherche après une série de revers mineurs dans sa vie, notamment au niveau de son travail et de ses études.
Ses résultats expérimentaux contredisaient ceux de Bob Griggs, un scientifique éminent de l'époque, qui avait constaté que la probabilité de naissance d'embryons hybrides diminuait fortement à mesure que les cellules embryonnaires se différenciaient.
Nullement intimidé par l'autorité de Griggs, il perfectionna sa théorie avec persévérance, habileté et une curiosité sans bornes, et réussit finalement à produire des dizaines de grenouilles albinos en transplantant des noyaux de grenouilles albinos (grenouilles blanches) dans les œufs de femelles à pigmentation normale.
Cela marqua le début de « l'ère de la réplication ».
Après John Gurdon, de nombreux scientifiques ont mené des expériences de transfert nucléaire sur d'autres mammifères, et en 1977, 40 ans plus tard, Keith Campbell et Ian Wilmut ont créé Dolly, la brebis clonée.
De cette manière, les humains se sont rapprochés un peu plus de l'image de Dieu, qui crée et reproduit la vie.


« L’état de la médecine moderne : vers le secret de la création de la vie »
De la découverte des cellules souches aux cellules souches pluripotentes induites, en passant par l'édition génique et la médecine régénérative.

La deuxième partie explore les défis de la médecine moderne alors que l'homme tente de reproduire et de manipuler la nature des embryons et d'imiter les mystères de la vie.
Le schéma de la vie que les scientifiques ont découvert en laboratoire, notamment la différenciation cellulaire, l'expression des gènes, la signalisation intercellulaire et la morphogenèse, est constamment appliqué comme une clé essentielle pour se libérer des maladies.
L'auteur décrit avec force détails les développements remarquables qui ont lieu aujourd'hui dans le domaine médical, notamment la dédifférenciation cellulaire, l'édition génique et la médecine régénérative, en s'appuyant sur sa propre expérience.


Après la Seconde Guerre mondiale, Ernest McCulloch et James Till, qui poursuivaient des expériences sur la létalité des radiations à l'aide de souris, ont découvert un nouveau type de cellule dans la rate qui se différencie selon diverses voies, appelées cellules souches, ce qui a constitué une révolution dans le domaine des sciences de la vie.
Plus tard, dans les années 1950, le généticien Roy Stevens a mené la découverte des cellules souches embryonnaires en créant des souris chimères grâce à la technologie de « suppression de gènes », une technologie qui transmet à la génération suivante le génome d'une seule cellule pluripotente responsable des tératomes.
En effet, cette technologie de suppression de gènes est en constante évolution et intervient activement dans le traitement de maladies humaines telles que les crises cardiaques, les accidents vasculaires cérébraux, l'insuffisance cardiaque et les maladies auto-immunes.

Face aux problèmes éthiques soulevés par les expériences sur les embryons humains, le chirurgien japonais Shinya Yamanaka a découvert en 2006 une méthode permettant de « reprogrammer » des cellules différenciées en cellules souches sans toucher à l'embryon, à savoir les cellules souches pluripotentes induites.
Cette technologie est activement développée et trouve des applications dans les domaines de la maladie de Lou Gehrig, des maladies du foie, des maladies cardiaques et des maladies infectieuses.
L'auteur décrit également avec force détails l'état actuel de la médecine de pointe, notamment la « thérapie cellulaire », qui utilise des cellules modifiées pour remplacer les tissus endommagés dans des maladies telles que la leucémie et le diabète, ainsi que les « animaux chimères », chez lesquels on cultive des organes humains dans d'autres primates pour les transplanter chez des patients.

« Le mystère de ses origines demeure un mystère, toujours une "science de la nuit". »
Des efforts visant à améliorer la culture biologique du public et la nécessité de la recherche scientifique fondamentale se font jour.

Les questions éthiques n'ont jamais été négligées dans l'histoire des sciences de la vie.
En 2018, le Dr He Jiankui, le premier scientifique à avoir modifié les gènes d'un fœtus, a finalement été arrêté et emprisonné, et en 2021, une controverse a éclaté lorsque des embryons chimériques singe-humain (embryons composés de cellules de deux espèces différentes) ont été créés à La Jolla, en Californie.
L'auteur a également travaillé comme chercheur postdoctoral dans le laboratoire du scientifique de Harvard spécialisé dans les cellules souches, Douglas Melton, de 2000 à 2006, constatant de visu comment leurs recherches ont été confrontées à des réactions politiques et éthiques négatives.
Aujourd'hui encore, les normes internationales en matière de recherche sur les embryons humains interdisent la culture d'embryons âgés de plus de deux semaines après la fécondation, mais il n'est pas difficile d'imaginer que l'avenir de l'humanité dépeint dans la science-fiction, comme les humains clonés, les enfants produits par édition génétique et les humains immortels, deviendra une réalité inéluctable.

Contrairement aux premières recherches en embryologie, qui se concentraient sur le « frisson » de la découverte scientifique, la recherche scientifique actuelle s'oriente vers la « grande science », la recherche appliquée où de grands groupes de recherche privilégient le potentiel médical et commercial.
L’auteur déplore que « les découvertes en matière de régulation épigénétique et d’édition de gènes progressent à un rythme que même les praticiens ont du mal à suivre » (p. 380), ce qui rend de plus en plus difficile pour notre société d’assimiler les nouvelles connaissances et de les appliquer à la vie quotidienne.
Pour utiliser cette technologie découverte par l'homme de manière éthique, un consensus social est nécessaire, et la culture biologique devient de plus en plus importante.
En définitive, ce livre est une tentative ambitieuse de l'auteur pour améliorer la culture biologique du public.


L'important est que, malgré les progrès remarquables réalisés dans le domaine des sciences de la vie au cours du siècle dernier, il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons sur le développement.
Les questions de ce qui contrôle la forme et la taille des organes, de ce qui détermine la durée de vie et de la formation de la conscience restent du domaine de la « science de la nuit », incapable de prévoir ne serait-ce qu'un pas à l'avance.
L'auteur souligne que la connaissance essentielle ne commence pas par la « science du jour », un projet aux résultats prévisibles, mais par l'errance dans les méandres de la « science de la nuit », où l'on ne peut même pas voir à un pouce devant soi.
Il serait merveilleux que, à l'instar des scientifiques qui parcourent les méandres de la science nocturne et explorent « la frontière entre l'ignorance et la compréhension, le domaine inexploré », les lecteurs puissent partager la joie de la recherche scientifique grâce à ce livre.