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GFP : le Nobel de chimie 2008 pour une protéine fluorescente

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Deux Américains, Roger Tsien et Martin Chalfie, et un Japonais, Osamu Shimomura, sont récompensés par le prix Nobel de chimie 2008 pour la découverte de la protéine fluorescente GFP et la mise au point de son utilisation comme marqueur. Un honneur mérité pour un travail qui a fait progresser à pas de géant notre connaissance du vivant.

Une composition obtenue par Roger Tsien en colorant différemment des colonies bactériennes à l'aide de GFP mutées et de dsRed, obtenu chez le corail Discosoma. © R. Tsien

Depuis une dizaine d'années, biologistes et médecins ont une nouvelle arme pour étudier les cellules, les tissus, ou les fonctions vitales : la GFPGreen Fluorescent Protein. Devenue un outil banal, elle figure aujourd'hui parmi les accessoires d'innombrables laboratoires dans le monde. On peut la décrire comme un colorant d'un genre particulier, que l'on incorpore dans le génome pour mettre en évidence la production d'une certaine protéine. Les biologistes s'en servent désormais pour étudier les tumeurs, les neurones, l'activité d'enzymes, le mouvement des spermatozoïdes, le fonctionnement de capteurs biologiques ou encore pour mettre au point des moyens de lutte contre la malaria. On a même vu des souris et des porcs entièrement fluorescents...

Dès les débuts de la microscopie, les biologistes ont constaté l'importance de la coloration pour rendre visibles les structures cellulaires, qui, à l'état naturel, sont transparentes sous l'œil du microscope. Un homme de l'art sait utiliser les bonnes molécules pour colorer ce qu'il veut observer, membrane cellulaire, protéines, sucres, graisses, ADN, tumeurs, etc.

 L'idée d'utiliser des molécules fluorescentes est ancienne. Réémettant une lumière d'une certaine couleur lorsqu'ils sont éclairés, ces colorants originaux ont donné naissance à la microscopie par fluorescence, ensemble de techniques faisant appel à des microscopes spéciaux. Mais ces molécules lumineuses ont longtemps été toxiques, limitant leur usage.

Osamu Shimomura, l'homme qui a découvert la GFP. © Henriksson/Scanpix

Le cadeau de la méduse

Il y a bientôt un demi-siècle, au début des années 1960, un biologiste marin qui était aussi chimiste, le Japonais Osamu Shimomura, s'est intéressé à une méduse du Pacifique, Aequorea victoria, capable, comme d'autres organismes marins, d'émettre de la lumière par fluorescence. Ce cnidaire utilise deux molécules, l'une (baptisée aequorine) émettant une lumière bleue (395 nanomètres étant l'idéal) qui excite la seconde, la GFP, petite protéine de 238 acides aminés, laquelle réémet une lumière verte (508 nanomètres). Ses résultats sont publiés en 1962 mais la GFP n'éveille pas tout de suite l'intérêt des biologistes.

Dans les années 1980, un Américain, Douglas Prasher, émet une idée originale. Si l'on parvient à installer le gène de la GFP juste après un gène produisant une certaine protéine, celle-ci, lorsqu'elle sera fabriquée, portera une séquence supplémentaire, celle de la GFP. Elle deviendra ainsi visible pour peu qu'on l'éclaire avec une lumière bleue. Voilà un moyen d'étudier la production d'une protéine, dans des cellules en culture voire, pourquoi pas, chez un organisme vivant.

Martin Chalfie, celui qui a découvert comment intégrer le gène de la GFP à un endroit quelconque du génome. © M. Chalfie

C'est Martin Chalfie qui concrétisera cette brillante idée en 1994 en rendant fluorescentes deux vedettes des laboratoires, la bactérie Escherichia coli et le ver Caenorhabditis elegans (un nématode). L'année suivante, Roger Tsien réussit à mettre au point des variantes de GFP de couleurs différentes, obtenues par mutation de son gène.  Le bleu, le cyan et le jaune viennent ainsi compléter le vert naturel de la GFP de la méduse. Une autre protéine naturelle, DsRed, rougeâtre comme son nom l'indique, est ensuite découverte chez un organisme marin, un corail. Grâce à cette palette colorée, les chercheurs peuvent mettre en évidence simultanément plusieurs phénomènes.

Roger Tsien, qui apporta la couleur... © UCSD

Ces techniques n'ont depuis cessé de se diversifier pour ouvrir de nouvelles possibilités. Des animaux (souris, porcs, chats...) sont ainsi devenus entièrement ou partiellement fluorescents. Ils peuvent alors servir à suivre facilement le devenir ou l'activité de certains types de cellules, neurones, tumeurs, cellules souches...

Ce n'est pas la première fois qu'un prix Nobel vient récompenser non pas une découverte purement scientifique mais une technique. Ernst Ruska, par exemple, a obtenu le Nobel de physique en 1986 pour l'invention du microscope électronique. Mais dans tous les cas, il s'agit, comme ici, d'un moyen largement adopté par la communauté des chercheurs et qui a notablement fait progresser la science.

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