Qu’est-ce que c’est la biologie moléculaire?
Biologie moléculaire
La biologie moléculaire (parfois abrégée bio. mol.) est une discipline scientifique de la vie au croisement de la génétique, de la biochimie métabolique et de la physique, dont l'objet est la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau moléculaire. Le terme « biologie moléculaire », utilisé la première fois en 1938 par Warren Weaver, désigne également l'ensemble des techniques de manipulation d'acides nucléiques (ADN, ARN), appelées aussi techniques de génie génétique. Biologie moléculaire
La biologie moléculaire est apparue dans les années 1930, le terme n'ayant cependant été inventé qu'en 1938 par Warren Weaver. Warren Weaver était à l'époque directeur des Sciences Naturelles pour la Fondation Rockefeller et pensait que la biologie était sur le point de vivre une période de changements significatifs étant donné les avancées récentes dans les domaines tels que la diffractométrie de rayons X. Il a donc investi des sommes importantes provenant de l'Institut Rockefeller dans les domaines biologiques.Après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN en 1953 par James Watson (1928-), Francis Crick (1916-2004), Maurice Wilkins (1916-2004) et Rosalind Franklin (1920-1958), la biologie moléculaire a connu d'importants développements pour devenir un outil incontournable de la biologie moderne à partir des années 1970.
Biochimie
La biochimie est l'étude des réactions chimiques qui se déroulent au sein des êtres vivants, et notamment dans les cellules. La complexité des processus chimiques biologiques est contrôlée à travers la signalisation cellulaire et les transferts d'énergie au cours du métabolisme. Depuis un demi-siècle, la biochimie est parvenue à rendre compte d'un nombre considérable de processus biologiques, au point que pratiquement tous les domaines de la biologie, depuis la botanique jusqu'à la médecine, sont aujourd'hui engagés dans la recherche biochimique, voire biotechnologique. L'objectif principal de la biochimie de nos jours est de comprendre, en intégrant les données obtenues au niveau moléculaire, comment les biomolécules et leurs interactions génèrent les structures et les processus biologiques observés dans les cellules, ouvrant la voie à la compréhension des organismes dans leur ensemble. Dans ce cadre, la chimie supramoléculaire s'intéresse aux complexes moléculaires tels que les organites, qui constituent un niveau d'organisation de la matière vivante intermédiaire entre les molécules et les cellules. Révolution biologique
Ces découvertes, et bien d’autres encore ont donc marqué le point de départ de la biologie moderne. La découvert dans les années 1930 de la microscopie électronique qui permet d’observer des entités nanométriques a permis l’émergence de nouvelles disciplines, ou leur essor, comme la biologie moléculaire, la génétique ou encore la microbiologie. Laboratory of Molecular Biology
Vers la fin de la décennie des années 60, il semblait que de nouveaux problèmes en biologie pourraient être résolus en utilisant les approches qui se sont avérées si efficaces en biologie moléculaire. Théorie de l'orbitale moléculaire
Par exemple la mésomérie ou résonance était vue, à tort, comme le passage rapide d'une conformation à une autre (résonance de Kekulé), ce qui n'était pas vérifié ni dans le spectre infrarouge ni dans la réactivité de molécules comme le benzène. De plus, le paramagnétisme de certaines molécules et complexes, notamment le dioxygène est inexplicable sans l'idée d'orbitales moléculaires. Cette théorie réconcilie surtout la mécanique quantique et les autres branches de la chimie, en plus de permettre le développement de la chimie numérique. Révolution biologique
La biologie, qui est la « science du vivant », a connu des modifications conceptuelles profondes au cours des derniers siècles. Passant des théories fixistes de Cuvier aux théories transformistes de Lamarck, puis à la théorie de l'évolution de Darwin… et plus récemment, avec l’apport des connaissances actuelles toujours plus précises sur la structure cellulaire et sur les structures moléculaires. Omique
La nouvelle discipline s’articule alors autour de la biochimie et de la génétique, avec les apports de la physique, de la chimie et de la biologie. La bactérie Escherichia coli et ses virus, les coliphages, servirent alors de modèle de référence pour établir entre les années 1950 et 1960 la théorie fondamentale de la biologie moléculaire : la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule, protégée de l’extérieur grâce à ses membranes lipidiques, et du rôle des acides nucléiques -ADN et ARN pour la synthèse des protéines. Les bioinformaticiens et les biologistes moléculaires furent parmi les premiers scientifiques à appliquer largement les suffixes « -ome »/« omique » dans le quatrième quart du XXe siècle. Parmi les premiers utilisateurs de cette idée figuraient les bioinformaticiens de Cambridge (Royaume-Uni), où se trouvaient les premiers laboratoires de bioinformatique tels que le centre MRC, le centre Sanger et l'EBI (European Bioinformatics Institute). Le centre MRC réalisa les premiers projets sur le génome et le protéome. Idéologie et rationalité dans l'histoire des sciences de la vie
Selon Gérard Nissim Amzallag ("La raison malmenée, De l'origine des idées reçues en biologie moderne", CNRS Éditions, Paris, 2002) et André Pichot ("Éléments pour une théorie de la biologie", éd. Maloine, 1980), la biologie moderne, et notamment le darwinisme, la génétique et la biologie moléculaire, répondraient à la définition d'une idéologie scientifique. Le caractère idéologique de la biologie actuelle serait attesté par le fait qu'il n'existe pas à l'heure actuelle (même si ces dernières années de nombreux chercheurs commencent à percevoir l'importance du problème) de définition scientifique de la notion de vie qui fasse l'unanimité. Génétique moléculaire
La génétique moléculaire est une branche de la biologie et de la génétique, qui consiste en l'analyse de la structure et de la fonction des gènes, normaux ou mutants, au niveau moléculaire. Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire
L'Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (IPMC) est une unité mixte de recherche (UMR 7275) entre le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et l'université Côte d’Azur (UCA), située au cœur de la technopole de Sophia-Antipolis, proche de Nice. Les domaines scientifiques étudiés à l'IPMC sont la biologie et la santé dans les deux secteurs disciplinaires suivants : 1) Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie, 2) Biomolécules, pharmacologie, thérapeutique. Modularité biologique
La modularité biologique est un concept de la biologie évolutive du développement : de petits modules, sous-unités de l’organisme, qui fonctionnent indépendamment les uns des autres, permettent une structure et une logique chez l'organisme fonctionnel, par le biais de la communication intermodule. Ainsi ils interagissent pour former un tout fonctionnel qui peut évoluer et se développer. Ceci vaut aussi à l'échelle d'une métapopulation (constituée d'un réseau de sous-population pouvant être considérée chacune comme un module). Biologie de systèmes
Deux thèmes dominants de la biologie moderne sont enracinés dans cette nouvelle perspective: premièrement, l'idée que la biologie est fondamentalement une science informationnelle - les systèmes biologiques, les cellules et les organismes stockent et transfèrent des informations en tant que processus les plus fondamentaux - et deuxièmement, l'émergence de nouvelles technologies et approches pour étudier la complexité biologique.[0] « La biologie systémique a pour but de comprendre les interactions dynamiques entre composants d'un système vivant, et entre systèmes vivants en interaction avec l'environnement. La biologie systémique est une approche par laquelle des questions biologiques sont abordées en intégrant les expérimentations avec la modélisation, la simulation et la théorie dans des cycles itératifs. La modélisation n'est pas le but, mais un outil pour faire avancer la compréhension du système, développer des expérimentations plus ciblées et finalement aboutir à des prédictions. La biologie systémique est par nature intrinsèquement interdisciplinaire et a pour but commun avec les autres disciplines d'aboutir à une compréhension quantitative des processus biologiques dynamiques en se fondant sur des analyses mathématiques et statistiques pour intégrer les données biologiques et développer des modèles prédictifs du comportement biologique » [1] Au cours de la seconde moitié du , la biologie mathématique de systèmes existait en parallèle avec la Biologie moléculaire. Le terme biologie de systèmes a été introduit par Mihajlo Mesarovic en 1968 (Mesarovic, 1968, Mesarovic et al., 2004), mais il y a des opinions selon lesquelles le terme pourrait être introduit dans les années 1920 par Ludwig von Bertalanffy, le père de la théorie générale de systèmes (Drack , 2007). Cependant, Mesarovic a appliqué la théorie générale de systèmes afin de découvrir comment les entités biologiques sont liées, plutôt que de quoi elles sont composées (Mesarovic, 1968, Mesarovic et al., 2004). Avant les travaux pionniers de Mihajlo Mesarovic, la théorie générale de systèmes a été développée par Bertalanffy (Drack, 2009). Bertalanffy a développé ce qu'il a appelé une «system theory of life» contribuant au développement de la biologie théorique (Drack, 2009). Sa théorie était une tentative d'étudier scientifiquement l'organisme en tant que «wholeness». Insatisfait de la doctrine vitaliste qui implique la métaphysique, Bertalanffy a trouvé la solution dans la modélisation mathématique de l'organisme biologique (Drack, 2009). La théorie générale des systèmes qu'il a développée s'est concentrée sur des sujets tels que les systèmes autorégulants, c'est-à-dire les systèmes auto-corrigés par rétroaction, les concepts largement utilisés en physiologie et en sciences de l'ingénieur. Depuis son introduction, la théorie générale des systèmes a réussi à modéliser les réseaux de réactions biochimiques, l'homéostasie, la fonction des systèmes neuronaux, immunitaires, cardio et endocriniens (Ederer et al., 2003). La théorie du GSS a trouvé sa place importante dans la neurobiologie des systèmes modernes dans le cadre de la recherche et de la modélisation des réseaux de neurones. L'application de la théorie générale des systèmes en biologie a été la première étape dans la formation de la biologie mathématique des systèmes. L'étape suivante a été le développement et l'application de la dynamique non linéaire. Gastronomie moléculaire
La gastronomie moléculaire a de nombreuses applications, soit dans l'enseignement de la pratique culinaire, soit dans sa pratique. Notamment, la gastronomie moléculaire a modélisé les réactions chimiques spécifiques de la cuisine, ainsi d'ailleurs que divers phénomènes physiques qui interviennent dans l’émulsion, la floculation, la cuisson à cœur, la convection, les effets tensioactifs, etc. Biochimie
On prête à Carl Neuberg l'introduction de ce terme en 1903 à partir de racines grecques, mais ce terme circulait déjà en Europe depuis la fin du . Avec la biologie moléculaire et la biologie cellulaire, la biochimie est l'une des disciplines qui étudient le fonctionnement du vivant. Elle recouvre elle-même plusieurs branches, telles que la bioénergétique, qui étudie les transferts d'énergie chimique au sein des êtres vivants, l'enzymologie, qui étudie les enzymes et les réactions qu'elles catalysent, ou encore la biologie structurale, qui s'intéresse aux relations entre les fonctions biochimiques des molécules et leur structure tridimensionnelle. Biologie cellulaire
La biologie cellulaire (anciennement appelée cytologie) est une discipline scientifique qui étudie les cellules, du point de vue structural et fonctionnel, et les utilise pour des applications en biotechnologie. Enzyme de biologie moléculaire
En biologie moléculaire, les enzymes sont des protéines qui servent d'outils pour manipuler l'ADN. Elles sont très présentes lors de la réplication du matériel génétique, de la transcription, de la traduction et même de la réparation de l'ADN. Linus Pauling
Au milieu des années 1930, Pauling décide de s'intéresser à un nouveau domaine scientifique. Au début de sa carrière, il avait mentionné un manque d'intérêt pour l'étude des molécules biologiques. Mais le Caltech développant des compétences solides en biologie, Pauling a l'occasion d'y côtoyer des biologistes de renom comme Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges ou Alfred Sturtevant et commence à s'intéresser à l'étude des molécules biologiques, notamment grâce à une bourse de la fondation Rockefeller. Modularité biologique
La modularité se retrouve au niveau des gènes de régulation cis du développement, section de gène qui se retrouvent sur le même chromosome et qui entraîne le développement par cascade de molécules activatrices ou inhibitrices, qui entraîne la formation de protéine produite par une cellule. Ces protéines possèdent, elles aussi, un arrangement modulaire. Théorie fondamentale de la biologie moléculaire
Par théorie fondamentale de la biologie moléculaire, les biologistes représentent le modèle schématique de la conservation et de l'utilisation de l'information génétique. L'ADN est le support stable et transmissible de l'information génétique qui définit les fonctions biologiques d'un organisme (reproduction, nutrition, excrétion, action sur l'environnement, communication, etc.). Il est transcrit en ARN (un langage similaire) qui n'a qu'une vie temporaire, cet ARN assure soit une fonction structurale (squelette de complexes nucléo-protéiques, ribosomes), soit une fonction enzymatique (synthèse des protéines, exportation des protéines, épissage des ARNm eucaryotes, etc.), soit une fonction de transport de l'information génétique (hors du noyau chez les eucaryotes). L'ARN de type messager (ARNm) peut être traduit en protéines par le ribosome (complexe nucléo-protéique). On parle de traduction des ARNm en protéines car le langage change. La théorie fondamentale se résume ainsi : "L'ADN dirige sa propre réplication en ADN identique, ainsi que sa transcription en ARN, pouvant ou non être traduit en protéines." Séquence biologique
Une séquence biologique est la description de l'enchaînement des éléments (ou monomères) qui constituent une macromolécule biologique, acide nucléique ou protéine. Ces macromolécules sont en effet des polymères linéaires, constitués de nucléotides pour les premiers ou d'acides aminés pour les secondes. La séquence est généralement représentée sous forme d'une chaîne de caractère qui est stockée dans un fichier informatique au format texte. Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire
Les axes de recherches de l'IPMC s'articulent autour de champs thématiques variés incluant la biologie cellulaire, la biochimie, les neurosciences, la pharmacologie, la biologie structurale, la biologie intégrative, et la génomique fonctionnelle. Ainsi des cibles thérapeutiques associées à de nombreuses pathologies humaines des systèmes nerveux ou cardio-vasculaire, ou en lien avec des maladies inflammatoires ou certains cancers, sont étudiées. Évolution (biologie)
Dans les années 1940, la théorie synthétique de l'évolution, fondée entre autres par Theodosius Dobzhansky et Ernst Mayr, naît de l'articulation entre la théorie de la sélection naturelle darwinienne et celle de la génétique mendelienne. La découverte de l'ADN et la biologie moléculaire viennent parachever cet édifice scientifique. Depuis, la biologie de l'évolution est intégrée à toutes les et, en parallèle de son développement, contribue aussi bien à retracer l'histoire évolutive du vivant qu'à trouver des remèdes aux maladies les plus complexes telles que le SIDA ou le cancer. Plus récemment, l'étude de l'évolution profite du développement de l'informatique et des progrès de la biologie moléculaire, notamment du séquençage du génome qui permet le développement de la phylogénie par un apport très important de données. Séquence conservée
Une séquence fortement conservée est une séquence qui est restée relativement similaire le long de l'arbre phylogénétique, donc depuis assez longtemps dans le temps géologique. Les ARN ribosomaux, qui sont présents dans tous les domaines du vivant ; les séquences homéoboxes, qui sont répandues parmi les eucaryotes et l'ARNt chez les bactéries, sont des exemples de séquences fortement conservées. L'étude de la conservation des séquences est à cheval sur les domaines de la génomique, de la protéomique, de la biologie évolutive, de la phylogénétique, de la bioinformatique et des mathématiques . La découverte du rôle de l'ADN dans l'hérédité et les observations par Frederick Sanger de différences entre les gènes de l'insuline de différentes espèces animales en 1949 ont incité les premiers biologistes moléculaires à étudier la taxonomie d'un point de vue moléculaire . Des études dans les années 1960 ont utilisé des techniques d'hybridation de l'ADN et de réactivité croisée des protéines pour mesurer la similitude entre des protéines orthologues connues, comme l'hémoglobine ou le cytochrome C. En 1965, et Linus Pauling ont introduit le concept de l' horloge moléculaire , proposant que l'utilisation de taux constants de remplacement des acides aminés pourrait permettre d'estimer le temps écoulé depuis la de deux organismes. Alors que les phylogénies initiales correspondaient aux archives fossiles, les observations selon lesquelles certains gènes semblaient évoluer à des rythmes différents ont conduit au développement des théories de l'évolution moléculaire . La comparaison par Margaret Dayhoff en 1966 des séquences de ferrodoxine a montré que la sélection naturelle conserve et optimise des séquences protéique essentielles à la vie. Biologie moléculaire
Depuis la fin des années 1950 et le début des années 1960, les biologistes moléculaires ont appris à caractériser, isoler et manipuler les composants moléculaires des cellules et des organismes. Ces composants incluent l'ADN, support de l'information génétique, l'ARN, proche de l'ADN dont les fonctions vont de la copie provisoire d'ADN jusqu'aux réelles fonctions structurelles et enzymatiques et qui est une partie fonctionnelle et structurelle de l'appareil traductionnel, et les protéines, molécules structurelles et enzymatiques les plus importantes des cellules. Dynamique moléculaire
Issue de la physique du solide et de la chimie quantique, la dynamique moléculaire trouve désormais de nombreuses applications : biologie, biochimie, chimie organique, physique des particules, physique de la matière condensée, sciences des matériaux, mécanique... Si la modélisation de cas simples peut être relativement aisée (cf exemple ci-contre), certains phénomènes peuvent être particulièrement complexes à modéliser : les réactions nucléaires (fission nucléaire ou fusion nucléaire), des troupes d'atomes contenant des isotopes, sur les zones d'interfaces et/ou de corrosion (potentiel redox différent), etc. Institut Gregor-Mendel de biologie moléculaire des plantes
Des recherches sont menées au GMI sur de nombreux aspects de la biologie moléculaire. Il s'agit notamment des mécanismes fondamentaux de l'épigénétique, de la biologie cellulaire, des interactions entre les plantes et les pathogènes, de la biologie du développement et de la génétique des populations. Biologie
Depuis le développement de la biologie moléculaire et de la physiologie cellulaire dans la seconde partie du , les progrès de la biologie sont devenus quotidiens et ont un impact énorme sur la société : compréhension des mécanismes moléculaires de plusieurs centaines de maladies, amélioration des traitements contre le cancer, compréhension des mécanismes neurologiques, amélioration des traitements des maladies mentales et dépistage de tares génétiques "in utero". Une meilleure compréhension de l'évolution moléculaire, substrat physique à l'évolution des espèces, permet de transposer aux humains les découvertes faites sur les animaux, y compris des vers comme "C. elegans" ou la mouche drosophile, dont on a montré que les mécanismes moléculaires de segmentation du corps au cours de l'embryogenèse sont identiques à ceux de l'humain, et, de manière générale, à tout le vivant métazoaire. Dynamique moléculaire
La dynamique moléculaire est une technique de simulation numérique permettant de modéliser l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Elle est particulièrement utilisée en sciences des matériaux et pour l'étude des molécules organiques, des protéines, de la matière molle et des macromolécules. Histoire de la génétique et de la biologie moléculaire
La génétique classique, dite mendélienne, est apparue comme une science de l'hérédité. Elle a apporté des réponses sur la ressemblance géniteur-descendance. Cette science a mis en avant le concept de gène (un gène n'existe pas, c'est un concept ; dans la nature il n'y a que des molécules), ceci en utilisant la méthode de base de la génétique : le croisement. Cette technique n'est possible que chez les espèces possédant une sexualité et nécessitant des individus de phénotype différent. Cette méthode a été mise en place au début du par Gregor Mendel grâce à ses célèbres expériences sur les petits pois.La génétique est devenue une discipline qui s'intéresse aux mécanismes moléculaires de la transmission des caractères, c’est-à-dire la génétique moléculaire. Le aura vu apparaître la possibilité de séquencer des génomes entiers, avec par exemple les génomes des espèces modèles "Saccharomyces cerevisiae" en 1996, "Escherichia coli" en 1997 et "Arabidopsis thaliana" en 2000. Cette avancée technologique permet des études à l'échelle de tous les gènes d'une espèce. Quand l'échelle est changée la science change de nom : on parle actuellement de génomique. André Pichot
Il est surtout connu pour ses écrits très critiques sur l'histoire de la biologie, notamment sur le darwinisme, la génétique, et la biologie moléculaire, en particulier l'influence que la biologie moderne a eue sur des idéologies favorisant l'eugénisme et le racisme. Son analyse de l'histoire des idées qui ont mené à la biologie moderne a pour fil directeur la critique de l'être vivant comme machine. Selon lui, la biologie moderne s'enfonce dans une impasse en se voulant mécaniste alors qu'en fait, elle devrait être qualifiée plus justement de "machiniste", puisqu'elle ramène toutes les explications biologiques à la machine. Cette critique est sous-tendue par une conception originale du vivant, exposée dans ses "Éléments pour une théorie de la biologie" (1980). Biologie moléculaire
La biologie moléculaire est apparue au , à la suite de l'élaboration des lois de la génomique, transcriptomique, protéomique, métabolomique) de la biologie moléculaire pour étudier plus spécifiquement les cellules des micro-organismes. Science attoseconde
La science attoseconde, abrégé en l’attoseconde, est une science du comportement des molécules inventée par le professeur québécois André D. Bandrauk de l’université de Sherbrooke. Cette science est en quelque sorte une combinaison de chimie numérique, de physique quantique et de photonique moléculaire. Institut Cochin
En 1967, sous l'impulsion de Georges Schapira et de certains médecins-chercheurs biochimistes de son équipe, Jean-Claude Dreyfus et Jacques Kruh, est créé l'Institut de Pathologie Moléculaire, dont l'objectif est d'aborder les maladies génétiques humaines par une approche originale, car alors encore balbutiante, la biologie moléculaire. Cet institut se développe progressivement au sein de l'actuelle faculté de médecine de l'université Paris Descartes, grâce à de nombreuses personnalités issues de cette formation, telles que Jean Rosa, Dominique Labie, Jean-Claude Kaplan, Axel Kahn ou encore Jacques Hanoune et Jacques Jami. En 1984, Axel Kahn prendra la direction de l'unité INSERM intitulée Génétique et pathologie moléculaires. En parallèle s'est également développé sur le site de l'hôpital Cochin, depuis les années 1970, un laboratoire orienté vers la rétrovirologie murine, dirigé par Jean-Paul Lévy, qui développait des approches immunologiques et d'oncogenèse-leucémogenèse. Dans les années 1990, cette unité fut scindée en deux formations dirigées respectivement par Sylvie Gisselbrecht et Jean-Gérard Guillet. Institut de biologie moléculaire et cellulaire
L'Institut de biologie moléculaire et cellulaire (IBMC) est un institut de recherche spécialisé en biologie moléculaire et cellulaire. Fondé en 1973, il est situé sur le campus central de Strasbourg. C'est une unité mixte de recherche de l'université de Strasbourg et du CNRS. Jules Hoffmann, prix Nobel de physiologie ou de médecine en a été directeur de 1994 à 2005. Transport (biologie)
Le transport en biologie fait référence au mouvement d'une molécule à travers une barrière. Cette barrière est la membrane cellulaire dans la plupart des cas, on parle alors de transport membranaire, qui peut être actif, c'est-à-dire que les molécules sont transportées contre leur potentiel électrochimique, soit passif dans le cas inverse. Biologie moléculaire
Nommé ainsi d'après le nom de son inventeur, le biologiste Edwin Southern, le Southern blot est une méthode pour sonder la présence d'une séquence précise d'ADN à l'intérieur d'un échantillon d'ADN. Des échantillons d'ADN avant ou après digestion par une enzyme de restriction sont séparés par électrophorèse et transférés sur une membrane par marquage via action capillaire. La membrane peut alors être testée en utilisant une sonde ADN marquée avec un complément de la séquence en question. À l'origine, la plupart des protocoles utilisaient des marqueurs radioactifs ; cependant, maintenant, il existe des possibilités de marquages non radioactifs. Le Southern blot est utilisé moins souvent dans les laboratoires, du fait que la PCR permet déjà de détecter des séquences ADN spécifiques à partir d'échantillons d'ADN. Cependant, ces marquages sont encore utilisés pour certaines applications, telles que la mesure du nombre de copies transgéniques dans les souris transgéniques, ou dans l'ingénierie de lignes de cellules souches embryonnaires à gènes invalidés. Felix Hoppe-Seyler
Ernst Felix Immanuel Hoppe-Seyler, né le à Freyburg-an-der-Unstrut et mort le à Wasserburg (Bodensee), est un chimiste et physiologiste allemand. Il est l'un des fondateurs de la biochimie et le précurseur de la biologie moléculaire. Biologie des systèmes
La biologie moléculaire des systèmes commence avec l'étude des gènes et des protéines d'un organisme, en utilisant la technique HTS ("", criblage à haut débit) pour quantifier les changements dans le génome, le transcriptome, le protéome et le métabolome en réponse à une perturbation donnée. Cette technique consiste à effectuer de manière automatique des centaines de fois la même opération, en pharmacologie par exemple, pour trouver une molécule qui convient. L'analyse à haut débit du transcriptome s'effectue à l'aide de puces à ADN. Pour détecter les différentes protéines, on utilise par exemple la HTS avec la spectrométrie de masse. D'autres approches en biologie des systèmes ne privilégient pas le niveau moléculaire et cherchent au contraire à intégrer les niveaux d'organisation de manière plus large.De nouvelles technologies d'investigation moléculaire et subcellulaire systémique ont permis de faire évoluer grandement la recherche contre le cancer. Pour mieux comprendre le cycle de vie des cellules cancéreuses, des données spécifiques sont relevées (données à haut débit afin de caractériser particulièrement le génome des cellules tumorales sur des échantillons de patients cancéreux), ainsi que des outils (lignées de cellules cancéreuses immortelles, modèles de la tumorigenèse sur souris, modèles de xénogreffe, séquençage de nouvelle génération, siRNA, modélisation des conséquences de mutations somatiques et de l'instabilité du génome). Ces technologies créent des masses considérables de données, par exemple les puces à ADN ( de mesures par puce), le phénotypage cellulaire massif et par imagerie, ou le séquençage de nouvelle génération (une dizaine de Gigabases et quelques centaines de millions de séquences par expérience). Les modèles construits sont ensuite utilisés pour prédire l'évolution tumorale et mettre en évidence les perturbations appliquées (prise du traitement) au système pour lui faire adopter le comportement désiré (arrêter la prolifération cellulaire). Gastronomie moléculaire
En cuisine, la première application des résultats de la gastronomie moléculaire a été la "cuisine moléculaire", dont la définition est "cuisiner avec des ustensiles rénovés" : azote liquide, siphons, évaporateurs rotatifs, filtres à fritté, circulateurs, etc. Pour désigner la cuisine moléculaire, divers cuisiniers ont proposé d'autres appellations, sans changer le contenu de la chose : « cuisine technico-émotionnelle » selon les Espagnols, « cuisine technico-conceptuelle », « cuisine moderniste »… Dans tous les cas, il s'agit de cuisine, c'est-à-dire de production de mets, et l'originalité réside dans l'utilisation d'ustensiles issus des laboratoires : siphons, azote liquide, sondes à ultrasons, évaporateurs rotatifs, thermocirculateurs… Électronique moléculaire
L'électronique moléculaire (parfois appelée molectronique) est un thème interdisciplinaire qui couvre la physique, la chimie et la science des matériaux. L'élément unificateur est le recours à des « briques » moléculaires pour la fabrication de composants électroniques, qu'ils soient actifs ou passifs. Le concept de l'électronique moléculaire a suscité beaucoup d'enthousiasme parmi les scientifiques mais également parmi les aficionados de science-fiction, en raison de la perspective de réduction de la taille en électronique, grâce au contrôle des propriétés à l'échelle moléculaire. L'électronique moléculaire est à ce titre la brique qui permet d'étendre la loi de Moore au-delà de la limite prévue pour les circuits intégrés conventionnels en silicium. Sciences de la vie
Les sciences de la vie, ou les biosciences, ou, dans un sens élargi, la biologie (du grec "bios" « la vie » et "logos", « discours »), comprennent les domaines de la science qui impliquent l'étude des organismes vivants - tels que les micro-organismes, les plantes, les animaux et les êtres humains - ainsi que des considérations connexes comme la bioéthique. Alors que la biologie demeure la pièce maîtresse des sciences de la vie, les progrès technologiques de la biologie moléculaire et de la biotechnologie ont conduit à une éclosion de spécialisations et de domaines interdisciplinaires. Étiquette (biologie)
En biologie moléculaire, une étiquette, ou un "", est une courte séquence d'acides aminés, parfois d'acides nucléiques. Pour ajouter cette étiquette composée d'acides aminés ou nucléiques dans une protéine, on peut par exemple ajouter la séquence nucléotidique correspondante à la séquence d'acides aminés à l'extrémité de la séquence du gène permettant de produire une protéine d'intérêt. Ces séquences sont ajoutées grâce au génie génétique dans le but de détecter la présence de la protéine, ou encore de faciliter sa purification ou sa solubilisation. Lorsqu'il s'agit d'acides nucléiques, ce terme désigne de courtes séquences représentatives d'un gène ou d'un ARN messager, comme les EST, . Structure chimique
La géométrie moléculaire correspond à l'organisation spatiale des atomes dans le système. Elle peut être simple, comme pour les cristaux monoatomiques cubiques, ou les molécules diatomiques, ou au contraire très complexe, comme pour les protéines ou les macromolécules de type ADN. Dans le cas moléculaire, on peut représenter sommairement cette géométrie en utilisant des formules développées avec des conventions de représentation (par exemple les projections de Fisher ou de Newman pour des molécules organiques). Biomolécule
Une biomolécule est une molécule présente naturellement dans un organisme vivant et qui participe à son métabolisme et à son entretien, par exemple les glucides, les lipides, les protéines, et les acides nucléiques. On parle aussi de biomolécules pour des molécules identiques à celles trouvées dans le vivant, mais obtenues par d'autres moyens, par exemple dans les conditions qui prévalent dans l'espace (thème de l'exobiologie) ou dans des processus purement géophysiques. Biologie
En raison du caractère extrêmement vaste du sujet, l'étude de la biologie nécessite un morcellement en domaines d'études. Une approche un peu « réductrice » mais ayant l'avantage de clarifier les thèmes consiste à définir des niveaux d'organisation. Dans un souci de parvenir à une compréhension plus globale de la biologie, des ponts se sont naturellement créés entre les différentes disciplines. Permet l'exploration de différents sujets originaux comme la biologie moléculaire, la biotechnologie, la toxicologie, la science biomédicale, etc. Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
La physique moléculaire est l'étude des propriétés physiques des molécules et des liaisons chimiques entre atomes qui les lient.  Ses techniques expérimentales les plus importantes concernent les divers types de spectroscopie.  Ce champ est étroitement lié à la physique atomique et les chevauchements avec la chimie théorique et la chimie physique sont importants.  Outre l'excitation électronique des états des atomes qui sont connus, les molécules sont en mesure de tourner et de vibrer. Ces rotations et vibrations sont quantifiées, il y a différents niveaux d'énergie.  Dès la plus petite énergie rotationnelle il existe des différences entre les différents états, par conséquent certaines rotations sont dans l'extrême infrarouge (environ 30 - 150 µm onde) du spectre électromagnétique.  Certaines vibrations du spectre sont dans le proche infrarouge (environ 1 - 5 µm) et les spectres résultant de transitions électroniques sont principalement dans le visible et ultraviolet.  Certaines propriétés vibrationnelles du spectre de molécules comme la distance entre les noyaux peut être calculée.  La théorie orbitale dans le domaine de la physique atomique s'étend à celui de la physique moléculaire. Source : (site en anglais). Médecine orthomoléculaire
La vitamine C a été popularisée par Linus Pauling, célébré comme un des fondateurs de la biologie moléculaire et pour son engagement contre les armes atomiques (qui lui valurent deux prix Nobel, de chimie et de la paix). Il présenta au grand public les résultats des chercheurs tels qu'Irwin Stone et Abram Hoffer qui mettaient en évidence un décalage entre l'alimentation de l'humain et celle des autres animaux ne pouvant pas non plus synthétiser de la vitamine C. Par exemple, le gorille des montagnes (pesant de 120 à ) ingère quotidiennement entre et d'ascorbates (vitamine C) et parfois bien plus. L'humain occidental moyen ne prenant pas de suppléments en consomme quelques dizaines de milligrammes, et les apports journaliers recommandés de vitamine C sont de . Biologie cellulaire
La pratique de la biologie cellulaire implique aussi bien la mise en œuvre de techniques simples, artisanales, que de technologies complexes du point de vue des procédés et des équipements. Selon la nature de l'élément cellulaire étudié (par exemple : ADN, ARN, protéine, complexe protéique, métabolite, organite, membrane…) et selon les fonctions cellulaires analysées (déplacement, métabolisme, morphologie, activité enzymatique, voie de signalisation, santé cellulaire…) différentes technologies sont choisies. Gastronomie moléculaire
La gastronomie moléculaire est une branche particulière de la science des aliments. D’après Hervé This, il est légitime que le contribuable soutienne une telle activité, car son développement est important. La gastronomie moléculaire a un intérêt industriel vis-à-vis de la commercialisation des plats préparés et de l’agroalimentaire : prenons l’exemple de l’œuf qui est fréquemment utilisé dans l’industrie alimentaire. Chacun sait que l’œuf peut être à l’origine d’intoxications alimentaires à la Salmonella. L’OMS indique qu’en Europe, la consommation d’œufs infectés, crus ou mal cuits est responsable de 40 % des cas de salmonellose. Les risques de contaminations semblent donc assez importants. Dans ce cas, les études de la gastronomie moléculaire sont appliquées en mettant en jeu la chimie des aliments, la biochimie, la physique et la microbiologie alimentaire pour assurer la salubrité des produits de l’industrie agroalimentaire. Institut Max-Planck de biologie cellulaire moléculaire et génétique
La recherche à l'institut couvre de nombreux sujets en biologie moléculaire, biologie cellulaire, biologie du développement et également en biophysique. Le principe général de la recherche au MPI-CBG est de disséquer les fonctions cellulaires fondamentales de base et d'identifier où elles sont modifiées dans le développement et l' évolution. Le programme de recherche s'étend des molécules aux organismes et évolue continuellement, au fur et à mesure que les chefs de groupes de recherche changent. Parmi les thèmes de recherche, il y a les moteurs moléculaires, le neurodéveloppement, la division cellulaire, les rafts lipidique, l'endocytose, l'embryogenèse et la régénération. Assembleur moléculaire
Drexler remarque que certaines molécules biologiques telles que les ribosomes correspondent à cette définition, puisque lorsqu'elles sont actives à l'intérieur d'un environnement cellulaire, elles reçoivent des instructions venant des acides ribonucléiques messagers (ARN messagers) qui leur permettent d'assembler des séquences déterminées d'acides aminés pour construire des protéines. Cependant le terme d'« assembleur moléculaire » est en général réservé à des machines théoriques conçues par l'homme. Dans un ouvrage controversé, "Engines of Creation" (1986), Eric Drexler envisage un avenir où la technologie moléculaire sera capable de produire « potentiellement n'importe quoi à partir de matériaux ordinaires ; des machines seront capables d'effectuer des réparations dans les cellules vivantes endommagées, d'autres contribueront au développement de la recherche spatiale. Théorie de la liaison de valence
La théorie de la liaison de valence complète la théorie de l'orbitale moléculaire, qui ne souscrit pas à l'idée de la liaison de valence que les paires électroniques sont localisées entre deux atomes spécifiques dans une molécule mais qu'ils sont distribués en ensembles d'orbitales moléculaires qui peuvent être étendues sur toute la molécule. La théorie de l'orbitale moléculaire peut prédire les propriétés magnétiques d'une manière relativement directe, mais la théorie de la liaison de valence est plus compliquée bien que donnant des résultats similaires. La théorie de la liaison de valence considère les propriétés aromatiques des molécules comme conséquences de la résonance entre les structures de Kekule, de Dewar et probablement ioniques, alors que la théorie de l'orbitale moléculaire les perçoit comme dues à la délocalisation des électrons π. Les mathématiques sous-jacentes sont aussi plus compliquées, limitant le traitement en théorie de la liaison de valence à des molécules relativement petites. D'un autre côté, la théorie de la liaison de valence fournit une image bien plus précise de la réorganisation de la charge électronique qui se produit lorsque les liaisons sont détruites et formées durant une réaction chimique. En particulier, la théorie de la liaison de valence prédit correctement la dissociation de molécules diatomiques homonucléaires en atomes séparés, alors que la théorie de l'orbitale moléculaire prédit la dissociation en un mélange d'atomes et d'ions. Plus récemment, de nombreux groupes de recherche ont développé ce qui est parfois appelé la théorie de la liaison de valence moderne. Elle remplace les orbitales atomiques se recouvrant par des orbitales de liaison de valence se recouvrant qui sont développées sur toutes les fonctions de base de la molécule. Les énergies résultantes sont plus précises avec des énergies dans lesquelles la corrélation électronique est introduite en se basant une fonction d'onde Hartree-Fock de référence. Tectonique moléculaire
La tectonique moléculaire est une branche dérivée de la chimie supramoléculaire qui repose sur les interactions non-covalentes ou "faibles" entre atomes au sein d'une molécule ou entre molécules, au sein d'un ensemble moléculaire. Son principe repose sur l'auto-assemblage moléculaire de briques de base appelées « tectons » pour former des édifices supramoléculaires appelés « réseaux moléculaires ». Évolution moléculaire
Elle se concentre sur l'étude des modifications moléculaires apparaissant en particulier au niveau des nucléotides de l'ADN et de l'ARN, au travers de mutations ponctuelles ou d'autres modifications plus importantes du génome : duplications, délétions, réarrangements chromosomiques... L'évolution moléculaire s'intéresse à la fréquence de ces évènements, à leur impact en termes de phénotype, ainsi qu'aux processus et de sélection naturelle et de dérive génétique dans une population. De manière plus macroscopique, l'évolution moléculaire s'intéresse à l'impact de ces évènements moléculaires sur les processus de spéciation (apparition de nouvelles espèces) et la parenté évolutive des espèces, sur la base de l'analyse comparative des séquences de leurs génomes. Elle permet parfois de proposer des scénarios moléculaires expliquant l'apparition des espèces actuelles et la structure de leur génome. Biologie moléculaire
Les chercheurs en biologie moléculaire utilisent des techniques spécifiques pour la biologie moléculaire (voir plus loin "Techniques de biologie moléculaire"), mais les combinent de plus en plus avec les techniques et les idées provenant de la génétique et de la biochimie. Il n'y a pas de frontière bien définie entre ces disciplines, bien qu'il y en ait eu à une certaine époque. La figure ci-contre illustre une vue possible de la relation entre les domaines :L'essentiel du travail en biologie moléculaire est quantitatif, et récemment beaucoup de travaux ont été faits à l'intersection de la biologie moléculaire et de l'informatique, dans la bio-informatique et dans la biologie calculatoire. Depuis les années 2000, l'étude de la structure et de la fonction des gènes, la génétique moléculaire, fait partie des sous-domaines les plus saillants de la biologie moléculaire. De plus en plus d'autres domaines de la biologie se concentrent sur les molécules, soit directement, en étudiant leurs interactions propres comme en biologie cellulaire et en biologie du développement, soit indirectement, quand les techniques de la biologie moléculaire sont utilisées pour déduire les attributs historiques des populations ou des espèces, comme dans les domaines de la biologie de l'évolution telles que la génétique des populations et la phylogénie. Il y a également une longue tradition d'étude des biomolécules « à partir du bas » en biophysique. Histoire de la cuisine française
La gastronomie moléculaire apparaît, en 1988, comme discipline scientifique grâce à Nicholas Kurti et Hervé This. Une cuisine moléculaire s’inspirera de ses travaux. Déjà Lavoisier avait exploré les transformations culinaires. La gastronomie moléculaire étudie scientifiquement les phénomènes culinaires et non plus l’étude des aliments. Hervé This, à la mort de Nicholas Kurti, définira trois objectifs :De nombreux chefs s’inspirent de la gastronomie moléculaire : Pierre Gagnaire, Ferran Adria, Heston Blumenthal et Thierry Marx. Si Michel Roth est la perpétuation de l’art de Georges-Auguste Escoffier, et donc de la tradition française, un philosophe de l’art nouveau, Thierry Marx s’apparente à la cuisine des de l’alchimie moléculaire. Le concept de bœuf carottes ou de tarte au citron déstructurés évoque la déconstruction derriderienne ou heideggerienne qui, du néant, remonte à un nouveau savoir sur l'Être. C'est aussi le moyen de jouer avec les sensations et le « confort » de l'absorption d'un aliment, ou de chercher la température idéale de cuisson ou de refroidissement (cuisine à l'azote), mais aussi de dégustation. Biologie structurale
Un projet de RMN biologique structurale va utiliser un échantillon en solution de la macromolécule et enregistrer des spectres contenant des corrélations des deux types ci-dessus (scalaires et dipolaires). À partir de ces spectres, on va réaliser l'analyse des différents signaux, qui vont être individuellement attribués à chaque atome de la molécule. Cette phase s'appelle l'attribution spectrale. Ensuite, on va collecter un ensemble de données géométriques sur la molécule (distances inter-atomiques, angles dièdres...), appelées contraintes. À partir de ces informations géométriques locales, on va reconstruire par le calcul une structure 3D compatible avec ces contraintes : la structure RMN en solution. Pour cela, on part d'une conformation aléatoire de la molécule, à laquelle on ajoute progressivement les contraintes pour induire son repliement, à l'aide des contraintes. Ce processus est répété à partir de plusieurs conformations initiales différentes, afin de vérifier que le calcul converge vers une solution unique. Pour cette raison, les structures RMN de macromolécules sont en général constituées d'un ensemble de conformations proches. Anthropologie moléculaire
L'anthropologie moléculaire est un domaine de l'anthropologie dans lequel la biologie moléculaire est utilisée pour déterminer l'évolution des liens entre des populations humaines anciennes et modernes, ainsi qu'entre les espèces. En général, des comparaisons sont faites entre des séquences d'ADN ou de protéines. Les premières études ont utilisé également la sérologie comparative. Chimie supramoléculaire
La chimie supramoléculaire est une des branches de la chimie qui repose sur les interactions non-covalentes ou "faibles" entre atomes au sein d'une molécule ou entre molécules, au sein d'un ensemble moléculaire. Son objectif est de comprendre ou de construire des édifices de taille nanométrique. Le principe est d'utiliser des briques moléculaires qui, une fois mélangées en solution, dans des conditions contrôlées, s'autoassemblent pour donner des édifices plus complexes. L'étude des interactions non-covalentes et des relations entre fonction et structure sont à la base de la compréhension des systèmes biologiques. Le monde biologique est souvent une source d'inspiration dans la modélisation d'assemblages supramoléculaires. Téléologie
La biologie contemporaine se caractérise par l'omniprésence du vocabulaire fonctionnel. Toutes les branches de la biologie attribuent des fonctions à leurs objets d'étude. À titre d'illustration, en physiologie on attribue au cœur la fonction de pomper le sang, en biologie moléculaire on attribue à l'ADN la fonction de support de l'hérédité... Petite molécule
En biochimie, une petite molécule est un composé organique de faible masse moléculaire qui par définition n'est pas un polymère. En pharmacologie, ce terme est restreint aux molécules qui ont une forte affinité pour des biopolymères tels que des protéines, les acides nucléiques ou les polysaccharides et modifient leur fonction ou leur activité biologique en se liant à eux. On fixe à environ la borne supérieure de la masse d'une petite molécule, ce qui correspond à la limite en dessous de laquelle les molécules peuvent diffuser à travers la membrane cellulaire pour atteindre leur cible à l'intérieur de la cellule. Cette limite correspond également au maximum permettant la biodisponibilité orale. Microscope de fluorescence par réflexion totale interne
En biologie cellulaire, un grand nombre d'évènements moléculaires intervenant à la surface des cellules comme l'adhésion cellulaire, la fixation d'hormones sur des récepteurs de la membrane plasmique, la sécrétion de neurotransmetteurs ainsi que la dynamique membranaire (endocytose, exocytose) ont été étudiés en microscopie de fluorescence conventionnelle ou confocale. Cependant, il existe un état d'équilibre entre les molécules fluorescentes qui se lient à la surface du spécimen et celles présentes dans son environnement immédiat. Lorsque ces molécules sont excitées et leur fluorescence détectée par un microscope conventionnel, la fluorescence provenant des molécules liées est mélangée avec la fluorescence provenant des molécules libres qui sont généralement largement excédentaires. Surveillance de l'ARN messager
La traduction de l'ARN messager en protéines est une étape vitale de la théorie fondamentale de la biologie moléculaire. Les molécules d'ARNm peuvent cependant comporter des erreurs dues à des mutations dans le génomes, au manque de fidélité de l'ARN polymérase lors de la transcription, elles peuvent également subir des coupures nucléolytiques spontanées ou induites par des ribonucléases. Il peut en résulter des ARNm incorrects ou incomplets dont la traduction pourrait se répercuter sur la qualité des protéines correspondantes. Biomathématique
Ce domaine a reçu un important élan grâce au développement de la biologie moléculaire.La modélisation est normalement faite avec une ou plusieurs équations différentielles ordinaires (EDO). Dans la plupart des cas, de tels systèmes d'EDO peuvent être résolus, de manière analytique ou numérique. Une méthode populaire pour résoudre numériquement les EDO est l'algorithme Runge-Kutta. Agriculture moléculaire
L'agriculture moléculaire, ou moléculture végétale, désigne la culture de plantes génétiquement modifiées pour produire des biomolécules utiles à des fins industrielles ou pharmaceutiques. C'est une activité qui relève encore de la recherche en laboratoire mais qui semble prometteuse dans la mesure où cette technique de production permettrait d'abaisser les coûts de production par rapport aux techniques classiques et d'éliminer certains risques de contamination. Physique moléculaire
La physique moléculaire est l'étude des propriétés physiques des molécules, des liaisons chimiques entre atomes ainsi que de la dynamique moléculaire. Les techniques expérimentales les plus importantes en physique moléculaire sont les divers types de spectroscopie ; la diffusion y est également utilisée. Ce domaine de physique moléculaire est étroitement lié à celui de la physique atomique et recoupe largement ceux de la chimie théorique, la chimie physique et la physique chimique . Bio-informatique
Les macromolécules biologiques sont en général de dimensions trop petites pour être accessibles à des moyens d'observation directs tel que la microscopie. La biologie structurale est la discipline qui a pour objet de reconstruire des modèles moléculaires, par l'analyse de données indirectes ou composites. L'objectif est d'obtenir une reconstruction tridimensionnelle présentant la meilleure adéquation avec les résultats expérimentaux. Ces données sont issues principalement d'analyses cristallographiques (étude des figures de diffraction des rayons X par un cristal), de résonance magnétique nucléaire, de cryomicroscopie électronique ou de techniques de diffusion aux petits angles (diffusion des rayons X ou diffusion des neutrons). Les données issues de ces expériences constituent des données (ou contraintes) expérimentales qui sont utilisées pour calculer un modèle de la structure 3D. Techniques de biologie moléculaire
Principales techniques utilisées couramment en biologie moléculaire :En fonction de la quantité d'ADN souhaitée des midi-préparations ou des maxi-préparations sont également utilisées. Les différentes méthodes de séquençage : Géométrie moléculaire linéaire
En chimie, une géométrie moléculaire linéaire décrit un arrangement dans l'espace correspondant à un atome central lié à deux autres atomes, ou ligands, formant un angle de liaison de 180°. Les molécules organiques linéaires, comme l'acétylène HC≡CH, sont souvent décrites comme résultant d'une hybridation sp de leurs atomes de carbone. Phylogénétique moléculaire
Les cadres théoriques de la systématique moléculaire ont été posés dans les années 1960 dans les travaux de Emile Zuckerkandl, Emanuel Margoliash, Linus Pauling, et Walter M. Fitch. Les applications de la systématique moléculaire ont été mises au point par Charles G. Sibley (ornithologie), Herbert C. Dessauer (herpétologie), et Morris Goodman (primates), suivies par Allan Wilson, Robert K. Selander, et John C. Avise (qui a étudié divers groupes). Le travail avec l'électrophorèse des protéines a débuté vers 1956. Bien que les résultats ne soient pas quantitatifs et n'aient pas amélioré initialement la classification morphologique, ils ont fourni des indices alléchants selon lesquels les notions longuement retenues des classifications des oiseaux, par exemple, ont nécessité une révision substantielle. Dans la période 1974-1986, l'hybridation d'ADN-ADN était la technique dominante. Le Hasard et la Nécessité
Le projet de la biologie selon Monod, est très ancien mais s'est concrétisé que dans les années 1960, par la biologie moléculaire lors de la mise en évidence de la structure moléculaire de l'ADN. La logique de l'hérédité des caractères au sein des individus et la logique de l'individuation des espèces au sein du processus évolutif est le même : la mutation de l'ADN. Élie Wollman
Il participe à la création de l'Organisation européenne de biologie moléculaire (EMBO) destinée à promouvoir la biologie moléculaire en Europe, notamment grâce à la mise en place de cours (1964). Discipline scientifique
Les sciences de la vie, ou les biosciences, ou, dans un sens élargi, la biologie, comprennent les domaines de la science qui impliquent l'étude des organismes vivants ainsi que des considérations connexes comme la bioéthique. Alors que la biologie demeure la pièce maîtresse des sciences de la vie, les progrès technologiques de la biologie moléculaire et de la biotechnologie ont conduit à une éclosion de spécialisations et de domaines interdisciplinaires. La chimie est une science de la nature qui étudie la matière et ses transformations, et plus précisément : les éléments chimiques, les réactions chimiques, les mécanismes réactionnels et les phénomènes fondamentaux observables en rapport avec les forces de la nature qui jouent un rôle chimique. La taille des entités chimiques varie de simples atomes ou molécules nanométriques aux édifices moléculaires de plusieurs dizaines de milliers d'atomes dans les macromolécules, l'ADN ou protéine de la matière vivante ("infra")micrométrique, jusqu'à des dimensions parfois macroscopiques des cristaux. Les sciences de la Terre, ou géosciences, regroupent les sciences dont l'objet est l'étude de la Terre (lithosphère, hydrosphère, atmosphère et biosphère) et de son environnement spatial. La physique est la science qui essaie de comprendre, de modéliser et d'expliquer les phénomènes naturels de l'Univers. Elle correspond à l'étude du monde qui nous entoure sous toutes ses formes, des lois de sa variation et de son évolution. Les sciences de l'Univers étudient les phénomènes naturels extérieurs à la Terre. Maxine Singer
Singer a apporté d'importantes contributions aux domaines de la biochimie et de la biologie moléculaire. Ses recherches avec Leon Heppel sur le rôle des enzymes qui régulent la synthèse des acides nucléiques ont contribué à aider Marshall Nirenberg et Heinrick Matthaei à déchiffrer le code génétique. Ils ont étudié la polynucléotide phosphorylase, une enzyme qui peut rassembler des nucléotides individuels en séquences d'ARN aléatoires. Ils ont étudié les compositions de base de ces polynucléotides par électrophorèse et chromatographie sur papier, ce qui leur a permis de comprendre comment l'enzyme catalyse leur synthèse. Ces expériences leur ont également permis de créer une bibliothèque de brins d'ARN artificiels de séquences définies, comme une molécule composée uniquement de triplets d'uracile qui coderait pour la phénylalanine. Ces polynucléotides artificiels ont été utilisés par Nirenberg pour soutenir l'hypothèse que l'ARN joue un rôle clé dans la synthèse des protéines en utilisant les informations de l'ADN. Les séquences d'ARN spécifiques produites par Singer ont été utilisées pour faire correspondre chacun des vingt acides aminés à un triplet nucléotidique d'ARN spécifique. Biosignature
Le second groupe de biosignatures étudié en géomicrobiologie est les biosignatures moléculaires. Cette étude est très intéressante à cause de la redondance des molécules de base utilisées par la machinerie moléculaire de tous les êtres vivants terrestres. En effet, la plupart des molécules du vivant sont composées des 4 bases d’ADN, des 20 acides aminés ou de deux précurseurs lipides. Un des problèmes principaux auxquels fait face cette étude des marqueurs moléculaires est le fait que la plupart des molécules organiques finissent par être recyclées ou dégradées. Des études récentes suggèrent que les lipides seraient un candidat intéressant pour ces études, du fait qu'ils sont des composés essentiels présentant une grande variété, qui dans certains cas peuvent garder leur conformation stable pendant de très longues périodes . Grete Kellenberger-Gujer
Grete Kellenberger-Gujer, née Margaretha Gujer le à Rümlang et décédée le à Bülach, est une biologiste moléculaire suisse renommée pour ses découvertes sur la récombinaison génétique et la restriction-modification de l'ADN dans les années 50 et 60. Elle a été une pionnière de l'analyse génétique des bactériophages, et avec ses recherches elle a contribué à la naissance et au développement de la biologie moléculaire dans l'Université de Genève et dans le monde. Recombinaison génétique
Cependant le développement de la biologie moléculaire a mené vers une interprétation différente de cette définition par une partie de la communauté scientifique. En biologie moléculaire le terme recombinaison génétique est souvent utilisé comme synonyme de la recombinaison de l'ADN, c'est-à-dire les processus par lesquels une molécule d'ADN (ou d'ARN) est coupée, puis jointe à une autre. Les recombinaisons génétiques provoquées artificiellement sont également un outil essentiel en biologie moléculaire et génie génétique. En générant de nouvelles combinaisons génétiques, les recombinaisons naturelles sont un des mécanismes à l'origine de la diversité d'une population. Ce brassage génétique, facilité par la reproduction sexuée, est un des mécanismes essentiels de l'évolution des espèces. Biologie structurale
Les données issues de la biologie structurale sont fréquemment utilisées dans les projets de développement de médicaments. En effet, la compréhension moléculaire et structurale du mode d'action d'un médicament sur sa cible, visualisée par ces approches, permet de rationaliser la conception et l'amélioration de molécules actives. On utilise pour cela à la fois des méthodes expérimentales d'analyse structurale et des approches computationnelles pour prédire des candidats médicaments à partir de la structure. Sydney Brenner
Sydney Brenner, né le à Germiston en Afrique du Sud et mort le à Singapour, est un biologiste sud-africain, pionnier de la biologie moléculaire, qui a obtenu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2002. Jean-Marie Lehn
Les travaux de Jean-Marie Lehn avec son équipe ont mené progressivement à la définition d'un nouveau domaine de la chimie, qu'il a proposé d'appeler chimie supramoléculaire parce qu'elle s'intéresse aux entités complexes formées par l'association de deux ou plusieurs espèces chimiques liées entre elles par des forces intermoléculaires, alors que la chimie moléculaire étudie les propriétés des entités construites à partir d'atomes liés par des forces covalentes. À partir de la reconnaissance moléculaire, ses recherches se sont élargies en englobant la catalyse et les processus de transport supramoléculaires. Elles se sont aussi étendues à la conception de composants moléculaires comme bases de l'électronique et de la photonique moléculaires. Un autre axe de développement concerne la conception de systèmes « programmés » capables d'auto-organisation par assemblage spontané de composants adéquats en des architectures supra moléculaires bien déterminées. Biologie
Le domaine de la biologie moléculaire étudie les composés de bases du vivant, comme l'ADN et les protéines. Pendant longtemps, on a cru que les lois de la chimie régissant le vivant étaient différentes de celles pour la matière inanimée. Mais depuis la synthèse de nombreux composés organiques, il est clairement admis que les lois chimiques sont les mêmes que pour la matière inorganique. Aucune force vitale n'insuffle la vie à la matière comme on le pensait avant avec la théorie vitaliste. Mélanie Blokesch
Mélanie Blokesch étudie la biologie et la microbiologie à l'université Ludwig-Maximilian de Munich, où elle obtient son diplôme en 2000. Elle rejoint ensuite le laboratoire d'August Böck en tant que doctorante et, en 2004, elle obtient son doctorat avec la mention summa cum laude sur sa thèse intitulée "Hydrogénases d'Escherichia coli : Fonctions des protéines impliquées dans l'assemblage des centres métalliques". En 2005, elle travaille comme chercheur postdoctoral avec Gary K. Schoolnik dans la division des maladies infectieuses et de la médecine géographique de l'université de Stanford. En 2009, elle est devenue professeure assistant au Global Health Institute de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, où elle est promue professeure associée en 2016. Depuis 2009, elle est directrice du laboratoire de microbiologie moléculaire. Mélanie Blokesch est élue membre de l'Organisation européenne de biologie moléculaire (EMBO) en 2019 et de l'Académie européenne de microbiologie en 2018. En 2017, elle est sélectionnée, parmi ayant changé leur vie, par quatre organes de presse allemands (Edition F, ZEIT online, Handelsblatt et Gründerszene). Elle est rédactrice en chef de diverses revues scientifiques telles que eLife, PLoS Genetics, Molecular Microbiology et PLoS Biology. Depuis 2019, elle est membre du Conseil national suisse de la recherche, du Comité spécialisé Interdisciplinarité et du Comité d'évaluation Sinergia du Fonds national suisse de la recherche scientifique. André Pichot
Selon lui la biologie moderne est dans une impasse théorique qu'elle masque à l'aide d'opérations médiatiques et de débauche technologique (Téléthon, annonces fracassantes de thérapies miracles, séquençage du génome humain, etc). La domination du néo-darwinisme de la génétique et de la biologie moléculaire (constituée de « dogmes » selon certains biologistes, et notamment Francis Crick) aurait, selon Pichot, stérilisé presque toute tentative de penser le vivant autrement que comme une machine. L'analogie mécaniste remonte au et n'était alors qu'une métaphore commode, faite faute de mieux ; aujourd'hui selon lui la machine serait devenue le modèle exclusif par lequel les scientifiques tentent d'appréhender le vivant. Or une telle conception du vivant est très critiquable. Selon Pichot, tant que cette conception du vivant comme machine ne sera pas critiquée et tant qu'il n'y aura pas de théorie sur la nature des êtres vivants qui reconnaisse leur spécificité par rapport aux objets inanimés et aux machines, il ne sortira rien de la biologie moderne. Vladimir Engelgardt
Vladimir Engelgardt est considéré comme l'un des fondateurs de la biologie moléculaire en Union soviétique. Cultures épistémiques
La biologie moléculaire, quant à elle, soulève souvent dans ses revues le problème de l'attribution dans les articles scientifiques. Pour distinguer une contribution effective dans des publications qui sont élaborées par de nombreux chercheurs, les articles doivent mentionner qui fait quoi (contribution à l'écriture, travail empirique, spectroscopique...), en plus de définir le traditionnel "premier auteur" ou auteur correspondant, les sources de financement et les remerciements. Cette recherche de l'explicitation de la division du travail reflète le côté compétitif, individualisé et morcelé en petites unités de ce domaine scientifique. Glycobiologie
La glycobiologie est une nouvelle discipline scientifique, alliant les fondements de la biochimie et de la biologie moléculaire, pour étudier et comprendre la structure, la biosynthèse, et la fonction biologique des glycanes. Les glycanes, polymères composés de monosaccharides (ou oses) reliés entre eux par une liaison osidique, sont des composants essentiels du vivant, distribués largement dans la nature. Il existe 4 grandes classes de macromolécules en biologie : l’ADN, Les protéines, les lipides et les glycanes ou glucides. Les glycanes ont des caractéristiques spécifiques, ce sont des molécules d’une extrême variété moléculaire, oligomériques ou polymériques, linéaires ou très ramifiées, leurs monomères pouvant se connecter entre eux par différents types de liaisons. Histoire de la botanique
Les ont été particulièrement féconds pour la recherche botanique, conduisant à la création de nombreuses disciplines comme l'écologie, la géobotanique, la cytogénétique et la biologie moléculaire. Si ce domaine de recherche est quelque peu tombé en désuétude dans le courant du , il connaît un regain de vitalité depuis la fin de ce siècle, avec notamment les travaux de phylogénie et les analyses moléculaires de l'ADN marquées par la première publication de la séquence du génome d'une angiosperme, "Arabidopsis thaliana", en 2000. Orbitale moléculaire
. Lutte biologique
De plus, les technologies moléculaires étendent et diversifient la définition de la lutte biologique en intégrant des concepts de phylogéographie et de traçage des processus de bio-invasion. Désormais toute manipulation génétique ou d’amélioration du végétal, de l’antagoniste ou du mutualiste, vise à améliorer la gestion des ravageurs (notamment des organismes génétiquement modifiés). Ceci amène la lutte biologique à jouer un rôle clé dans la gestion des ravageurs à l’échelle du globe, alors même que les objectifs gouvernementaux et la tendance exprimée par l’opinion publique vont vers une diminution de l’usage des produits agro-pharmaceutiques dans l’environnement. Salvador Luria
Salvador Edward Luria (né le à Turin, Italie, décédé le à Lexington, États-Unis) est un microbiologiste italo-américain, dont les travaux pionniers sur les phages ont contribué à la naissance de la biologie moléculaire. Avec Max Delbrück et Alfred Hershey, Luria fut récompensé en 1969 par le prix Nobel de physiologie ou médecine. Gastronomie moléculaire
Il s'agit d'une discipline scientifique : son objet est de participer au progrès de la connaissance scientifique, avec des applications possibles aux "arts chimiques", notamment la cuisine et les activités de formulation. Le terme "gastronomie moléculaire et physique" ("molecular and physical gastronomy") a été proposé en 1988 par Nicholas Kurti, physicien d’Oxford, et Hervé This, physico-chimiste français, qui travaille aujourd’hui dans l’UMR 1145 de l’INRA à AgroParisTech. La première mention de ce terme apparaît sur les lettres envoyées lors de la préparation de l"'International Workshop on Molecular and Physical Gastronomy" à Erice (Sicile) en . Et la première mention officielle de la discipline apparaît dans le titre de la thèse de doctorat de Hervé This, à l'Université Paris VI : "La gastronomie moléculaire et physique". Soutenue à l'ESPCI ParisTech, cette soutenance avait pour jury : Jean-Marie Lehn, Pierre-Gilles de Gennes, Pierre Potier (qui avait accepté de figurer comme "directeur de thèse" pour des raisons simplement administratives), Nicholas Kurti, Georges Bram, M. Pétroff, C. Contincini. Modélisation moléculaire
La modélisation moléculaire est un ensemble de techniques pour modéliser ou simuler le comportement de molécules. Elle est utilisée pour reconstruire la structure tridimensionnelle de molécules, en particulier en biologie structurale, à partir de données expérimentales comme la cristallographie aux rayons X. Elle permet aussi de simuler le comportement dynamique des molécules et leur mouvements internes. On l'utilise enfin pour concevoir de nouveaux médicaments. Supercalculateur exaflopique
Dans la biologie, il sera possible de simuler dans le détail le fonctionnement des membranes des cellules vivantes pour mieux comprendre comment les médicaments pénètrent dans la cellule et agissent. Le séquençage du génome requiert aujourd’hui une exploitation et un stockage de quantités massives de données génétiques. L"'exascale computing" sera un développement nécessaire pour soutenir les efforts de recherche en cours des biologistes computationnels. De suivre le rythme de la génération de données expérimentales à permettre de nouveaux modèles multiphysiques multi-échelles de processus biologiques complexes. La science informatique continuera d'évoluer et, à terme, de transformer la biologie d'une science observationnelle à une science quantitative. Arlette Nougarède
Chaque époque a ses acquis. Au , l'histocytologie et l'examen ontogénique ont permis de comprendre comment les méristèmes des plantes forment régulièrement des cellules qui se différencient en tissus édifiants des organes. Ce sont des données indiscutables. Au , la biologie moléculaire et les mutants apportent des idées nouvelles qui pourront résoudre des problèmes encore sans réponse.A. Nougarède est Membre Correspondant de l'Académie des sciences, Membre élue, titulaire de Société américaine de botanique (1988) et inscrite parmi les femmes pionnières en sciences de la Vie, Biologie des plantes, par "l'American Society of Plant Biologists" (2005). Biologie moléculaire
Une des techniques les plus élémentaires en biologie moléculaire pour étudier le rôle des protéines est le clonage d'expressions. Dans cette technique, l'ADN codant la protéine qui nous intéresse est cloné en utilisant la réaction en chaîne par polymérase (PCR en anglais pour "Polymerase Chain Reaction") et/ou des enzymes de restriction dans un plasmide (qu'on appelle vecteur d'expression). Ce plasmide peut avoir des éléments de séquences promotrices spéciales pour diriger la production de la protéine en question et peut aussi avoir des marqueurs de résistance antibiotique pour aider à suivre le plasmide.Ce plasmide peut être inséré dans des cellules, soit de bactérie, soit d'animal. Introduire de l'ADN dans des cellules bactériennes est appelé transformation, et cela peut être complété de plusieurs manières : électroporation, micro-injection, consommation passive et conjugaison. Introduire de l'ADN dans des cellules d'eucaryotes, telles que des cellules animales, est appelé transfection. Plusieurs techniques différentes de transfection sont disponibles : transfection calcium phosphate, transfection de liposomes ou lipofection, électroporation ou encore par réactifs de transfection propriétaires tels que le Fugene ou le Genecellin. L'ADN peut alors être introduit dans les cellules en utilisant des virus ou des bactéries pathogènes comme transporteurs. Dans de tels cas, la technique est appelée transduction virale/bactérienne, et les cellules sont dites transduites. Phylogénétique moléculaire
La phylogénétique moléculaire est l'utilisation de séquences de macromolécules biologiques pour obtenir des informations sur l'histoire évolutive des organismes vivants, et notamment sur leurs liens de parenté (leur phylogénie). C'est un important outil d'étude parmi ceux de l'évolution moléculaire. Le produit d'une analyse de phylogénétique moléculaire est soit un arbre phylogénétique, soit un graphe du réseau phylogénétique. Prix Nobel
La biologie, qui au début du était pleinement associée à la physiologie ou à la médecine pour faire la distinction avec les sciences naturelles que sont la zoologie et la botanique qu'Alfred Nobel ne souhaitait pas récompenser explicitement, est le champ de recherche le plus concerné par la transdisciplinarité dans les attributions des prix depuis les années 1960 et tout particulièrement depuis les années 1990 avec le développement majeur de la biologie moléculaire et de la génétique. Ainsi, compte tenu du nombre de découvertes et travaux essentiels dans ce domaine publié en biologie moléculaire a été très souvent récompensée par le prix Nobel de chimie. Pour ce qui concerne les trente dernières années, ce fut le cas pour les prix de 1980 et 1989 puis de 1993 et 1997, mais surtout 2003, 2004, 2006, 2008 et 2009, soit 50 % des prix de la décennie 2000. Les chimistes non organiques en viennent à se plaindre d'être trop rarement récompensés. Institut de biologie moléculaire et cellulaire
L'Institut de biologie moléculaire et cellulaire a été fondé en 1973 par le biochimiste Jean-Pierre Ebel et le virologue Léon Hirth dans le but de réunir au sein d'un même laboratoire des scientifiques de disciplines complémentaires, biologie moléculaire et cellulaire, chimistes, biochimistes et structuralistes. En 1994, l'IBMC devient un Institut fédératif du CNRS, puis une Fédération de Recherche du CNRS (FRC 1589). Cette FRC a été renouvelée plusieurs fois, en 1998, en 2001, en 2006 et en 2009. Le regroupement au sein de l'IBMC de trois unités propres du CNRS, que sont : l’UPR 9002 (Architecture et réactivité des ARN), l’UPR 3572 (Immunologie et chimie thérapeutique) et l’UPR 9022 (Réponse immunitaire chez les insectes) a pour but d'apporter un soutien matériel aux recherches de ses trois laboratoires. Le but principal de ce regroupement est avant tout d'améliorer l'interaction entre les différents scientifiques des trois unités de recherche pour ainsi permettre l’émergence de nouveaux programmes de recherche communs. Cultures épistémiques
Par contraste, la biologie moléculaire est typique de l' "entrepreneurship science", typique de l'époque où les instituts de recherche ont été sommés de trouver des sources de financement ailleurs que dans le mécénat des états, et en particulier à fonder des "startups". À l'opposé de l'autre exemple, les laboratoires en biologie moléculaire sont donc des petites entités, flexibles, modulables et en compétition. Cette organisation proche d'un marché est liée à un régime de "promesse techno-scientifique" où le moteur des financements est la perspective de retombées pour la société ou l'industrie (particulièrement pharmaceutique ou médicale), ce qui donne parfois à ce domaine une image d'apprenti sorcier sujette aux controverses de société (comme dans le cas des OGMs). L'approche épistémique de la biologie moléculaire est d'un côté réductionniste, puisqu'elle essaye de traduire des phénomènes biologiques en un langage physico-chimique, mais en étant pragmatiquement ouvert à de nombreuses théories différentes et même à leur mélange, que ce soit à l'échelle de la molécule, du gène, de l'individu, de la population ou du milieu. Ce faisant, elle reconstitue la nature en la reconfigurant à l'intérieur du laboratoire (des boîtes de Pétri aux champs témoins en passant par la drosophile) et en faisant appel à de nombreuses et diverses techniques statistiques, spectroscopiques, enzymatiques... Cultures épistémiques
La biologie moléculaire, à l'inverse de la physique expérimentale des hautes énergies, se constitue comme système ouvert sur les objets naturels et quasi naturels. En d'autres termes, celle-ci est fondée sur un contact aussi important que possible avec le monde empirique. De plus, la biologie moléculaire entretient avec les objets qu'elle étudie un rapport bien particulier. Celle-ci se caractérise notamment par un contact étroit ainsi qu'une grande proximité entre les objets observés et les scientifiques observants. Catherine Dulac
Catherine Dulac rejoint la faculté de biologie moléculaire et cellulaire de l'université Harvard en 1996, lassée alors par qui la dit trop jeune pour avoir son propre laboratoire de recherches. Elle est actuellement chercheuse au Howard Hughes Medical Institute, où elle a été directrice du département de biologie moléculaire et cellulaire de Harvard jusqu'en 2013. Elle enseigne trois cours de niveau supérieur, sur les bases moléculaires du comportement, la biologie moléculaire et cellulaire des sens et leurs troubles et la biologie et neurobiologie moléculaires du développement.