Au laboratoire BIOC, 50 ans de recherche en biologie moléculaire et cellulaire

Le 1er janvier 1975 était officiellement créé le BIOC, le laboratoire de biochimie, sur le site de l’Ecole polytechnique qui venait tout juste de s’installer à Palaiseau. Il s’agit alors du premier laboratoire de biologie de l’Ecole. « Il existait une volonté d’instaurer la recherche et l’enseignement en biologie, plus particulièrement dans ses aspects proches des disciplines déjà fortes de l’X comme la chimie, la physique et les mathématiques» explique Yves Mechulam, directeur de recherche CNRS au BIOC.

Jean-Pierre Waller, Sylvain Blanquet, Andrea Parmeggiani montent des équipes dans ce laboratoire autour d’un thème commun : les mécanismes de décodage des ARN messagers qui permettent la fabrication des protéines dans les organismes vivants. Il faut s’intéresser pour cela aux molécules à la base du déchiffrage du code génétique. La biologie moléculaire est alors toute récente car la structure en double hélice de l’ADN n’a été élucidée que dans les années 1950 et le code génétique lui-même n’a été décrypté que dans les années 1960.

Du code génétique aux protéines

« Dans toutes les cellules vivantes, dont celles de notre organisme, se déroule le processus de traduction de cette information génétique en protéines » explique Emmanuelle Schmitt, l’actuelle directrice du BIOC. Les protéines sont indispensables à la vie car elles remplissent la plupart des fonctions cellulaires, comme l’hémoglobine qui transporte l’oxygène dans le sang. La première étape de ce processus consiste en la copie de l’ADN en ARN messager, constitué d’une séquence de bases nucléotidiques (A, C, G et U). Ce message génétique est ensuite décodé au cours d’un mécanisme complexe par une véritable machine moléculaire, le ribosome, qui assemble les acides aminés afin de former les protéines. C’est le code génétique qui fournit la correspondance entre la séquence des bases de l’ARN et les acides aminés qui doivent être assemblés.

Les ribosomes sont à la fois des marqueurs de l’évolution, intéressants à étudier d’un point de vue fondamental du fait de leur présence dans tous les domaines du vivant (archées, bactéries et eucaryotes) et parce qu’ils sont impliqués dans de nombreuses maladies et dans des traitements antibiotiques ou anticancéreux.

De l’échelle moléculaire à l’échelle cellulaire

Dans les années 1990, le BIOC s’est engagé dans le développement de la biologie dite structurale. Celle-ci permet de révéler la structure atomique des molécules afin de comprendre leur mécanisme d’action. La cristallographie des protéines puis la cryo-microscopie électronique ont été développées. Une équipe de biologie computationnelle a également été créée.

Le BIOC a aussi intégré la biologie cellulaire à son champ de compétences. Ainsi, en plus des études d’organismes unicellulaires comme les bactéries et les archées, le laboratoire a commencé à étudier le phénomène de migration des cellules dans les organismes pluricellulaires (particulièrement important dans les cancers comme celui du sein) ou, plus récemment, les maladies neurodégénératives (Alzheimer, maladies à prions, etc.). 

Cet élargissement des thématiques a conduit le labo à devenir, en 2020, le Laboratoire de biologie structurale de la cellule. L’acronyme BIOC, devenu connu dans la communauté, reste inchangé. « En cinquante ans, l’évolution des techniques a été spectaculaire » souligne Emmanuelle Schmitt. Séquenceurs d’ADN, cryo-microscopie électronique, ciseaux moléculaires CRISPR/cas9 (qui permettent de modifier très précisément le génome), comptent parmi les avancées scientifiques et technologiques que le BIOC a rapidement intégrées. L’intelligence artificielle a aussi fait une entrée remarquable en fournissant un outil de prédiction de structures en trois dimensions qui s’appuie sur des décennies de biologie structurale expérimentale. 

Ces progrès n’ont cependant pas résolu toutes les questions fondamentales posées dès les origines du laboratoire, tant les mécanismes en jeu sont riches et complexes. Il reste beaucoup à découvrir dans les cinquante prochaines années. 

*BIOC : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France