mercredi 22 décembre 2010

L'homme diffère du singe de 1.3% mais chaque humain diffère de 12% ?!

L'homme diffère du "singe" de 1.3% alors que chaque humain diffère de 12% !? 

De nombreux chiffres sur la différence entre les humains et le chimpanzé circulent mais paraissent contradictoires.  Calculés par des méthodes différentes, ils n'ont de sens qu'en connaissance de la manière dont ils sont établis. On a utilisé dans le passé la similitude immunologique, l'hybridation de molécules d'ADN, plus récemment l'identité des séquences particulières (SNP) et la comparaison base à base de séquences, voire de génomes entiers. Et la  liste n'est sûrement pas complète. Évidemment ces méthodes donnent chaque fois des résultats différents. On compte parfois un gène entier comme différent dès qu'une seule base diffère, alors que d'autres methodes comparent une à une les 3 milliards de bases de notre génome aux 3 milliards du chimpanzé. Certaines comptabilisent un déplacement d'une séquence comme autant de différences, d'autres ne détectent pas ce type de changement. Donner un chiffre isolé est donc peu scientifique, et équivoque. C'est déstabilisant pour les élèves qui comparent à d'autres chiffres dans la presse, la télé et internet. Cela risque de décrédibiliser l'enseignant s'il donne un chiffre comme absolu et simplement vrai. C'est aussi prêter le flanc aux critiques de ceux qui veulent croire une vérité unique et simple : ils se font un plaisir de faire apparaître des chiffres différents comme des incohérences.

Pourquoi tant d'intérêt pour cette différence ?

Depuis longtemps l'homme s'interroge sur les similitudes troublantes avec "le singe" (je m'interroge sur l'opportunité d'un terme qui inclut des animaux très différents allant de la taille d'un chat à celle du gorille)  notamment les autres primates, surtout les hominidés (UniProt) (grands singes sans queue) et en particulier le chimpanzé (Pan troglodytes). On ne peut s'empêcher de voir dans ses mimiques, son apparence, ses comportements sociaux des similitudes touchantes. [img] Source:Gould, J., et al (1994)
  • Dossier "grands singes" sur hominidés.com
Chacun a pu observer des réactions fortes de rejet et un besoin de marquer la distance avec ce cousin gênant."Mon Dieu ! Ainsi, l’homme descendrait du singe. Pourvu que cela ne soit pas vrai ! Mais si cela l’était, prions pour que cela ne se sache pas ! " aurait dit Lady Worcester en prenant connaissance des travaux de Darwin. (Cette citation apparait sous différentes formes, je tire cette citation de Pascal Picq ici)
Au détour de la conversation sur ces similitudes et différences, revient souvent le proverbe "Chassez le naturel il revient au galop"  en référence aux comportements de certains, socialement réprouvés, qui manifesteraient une origine chez le chimpanzé. Même si ce n'est pas le sens correct du proverbe, c'est peu comme si nos craintes que nos émotions nous échappent et prennent le contrôle se cristallisaient sur cet être si proche et pourtant différent, comme F. Terrasson (1997) le décrit dans "La peur de la nature".

Pourquoi nous avons si peur d'être proche parent d'un chimpanzé ? C'est ce que parmi de nombreux autres Desmond et Ramona Morris ont étudié dans "Men and Apes".  Ils y discutent les singes sacrés, les représentations de singes comme fous ou pêcheurs, comme amants,  et comme des animaux intelligents. Pour (Geets 2003), derrière la peur de la différence se cache en fait la peur qu'il ne soit pas si différent... Laissons pour le moment cette question pour nous  concentrer sur ces différentes différences...

D'anciennes méthodes

Une des premières méthodes de mesure que mes recherches sommaires aient déterrées est immunologique. Cette mesure nous plaçait à 15% de différence de notre cousin chimpanzé.
"La réaction à la précipitine montre que 85% des protéines plasmatiques du chimpanzé sont homologues à celles de l'homme."  Miram, W., & Scharf, K. H. (1998). Biologie des molécules aux écosystèmes. Lausanne: LEP Loisirs et pédagogie.  p. 433 [img] Source:Vogel et al. (1970)

Ici l'on parle des protéines sanguines seulement et on les compare par leur affinité avec des anticorps. La figure 2 suggère que homologue veut ici dire que la protéine du chimpanzé est agglutinée par les anticorps contre les protéines humaines. Donc qu'elles ont le même épitope.

Hybridation ADN-ADN

D'autres méthodes ont été employées comme l'hybridation de génomes entiers décrite ici intranet.jpg Source Miram, W., & Scharf, K. H. (1998).

L'atlas de biologie (Vogel, G.,et al., 1970) cite aussi cette méthode p. 511 et affirme que l'hybridation entre l'homme et le macaque rhésus atteint 85%.

Les premiers résultats par séquençage

Depuis que le séquençage est accessible et que son coût baisse extrêmement rapidement, de nouvelles manières de mesurer des similitudes et différences apparaissent. Pendant longtemps on a vu un chiffre proche de 1.5% dans de nombreuses références éducatives.


Par exemple Miram-Scharf parle de 1.2%  lors que  Watson, J. D., & al (1994) Online ici dit p. 446 "Les génomes de l'homme et du chimpanzé ne diffèrent en effet que de 1.6%" 
La manière de mesurer n'est pas décrite, mais il s'agit probablement des substitutions de bases dans une sélection  de gènes qu'on avait à disposition à l'époque, en alignant des petites séquences. Cette mesure ne prend pas en compte les différences résultant du déplacement, de l'inversion ou de la duplication de séquences parce qu'elle cherche -en somme - l'alignement puis les différences sur ces petites séquences alignées.
Comprendre ce qu'est un alignement pour y trouver les preuves de l'évolution est crucial pour les enseignants disaient les Prof. Brigitte Gaillot et Denis Duboule lors d'une conférence pour les maîtres de biologie au printemps 2009.
  • Scénario pour faire faire aux élèves un alignement de protéine humaine et de chimpanzé (Scénario 5 : Evolution de l'insuline mais peut être utilisé avec n'importe quelle autre protéine)

La génomique permet de nouvelles comparaisons

Depuis 2001 (International Human Genome Sequencing Consortium. 2001 ici) le génome humain est complètement disponible, et depuis 2005 celui du chimpanzé /The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium. 2005) ici

On y apprend que les différences en termes de substitutions de bases sont de 1% et que les réarrangements, duplications et déplacements font diverger nos séquences de génome de 2.7% de plus.
Il est donc tout aussi vrai de parler de 1% ou de 3,7%... [img] Source: Pour la Science N°57 

  • Nature a fait un numéro spécial Nature special chimpanzee et met a disposition un dossier Web focu" The chimpanzee genome 
    • Ils y ont joliment clarifié le problème :"  We share more than 98% of our DNA and almost all of our genes with our closest living relative, the chimpanzee. " Nous partageons presque 98% de notre ADN et presque tous nos gènes avec notre plus proche parent actuel : le chimpanzé.
    • On y trouve une animation interactive qui compare nos 2 espèces sur plusieurs plans : si on clique sur l'épaule du chimpanzé le plus haut on trouve des indications sur les différences génétiques." It is often said that the two species are 98.5% the same, in terms of single-letter changes in the DNA code. But mapping of the chimpanzee genome shows there are further differences in how DNA chunks are duplicated and rearranged. These differences cause our genome sequences to diverge by 2.7%, while single-letter substitutions add about another 1% of difference."
  • Le NCBI maintient un portail du chimpanzé
  • Le NCBI permet d'accéder librement aux génomes complets par exemple à partir de Mapviewer qui aide à prendre conscience que de nombreux génomes sont disponibles, (situation de l'humain dans le monde vivant, préalable à un arbre phylogénétique, etc.)
      • L'observation du nombre de chromosomes permet  de noter que le chimpanzé est présenté en référence à nous avec les chromosomes nommés 2a 2b.
      • Choisir un chromosome p. ex. le 2 humain, en dessous on peut  lire le nombre de gènes (Total Genes On Chromosome: 2346) une comparaison chromosome a chromosome est possible.
  • Michel Morange a donné une conférence 12.06.08 "L'homme et le singe"  vidéo ici (Canal U) 
  • Site créationniste où Harun Yahya essaye de discréditer l'évolution en comparant des chiffres de similitude de l'ADN établis par des méthodes différentes.On voit bien qu'un savoir scientifique ne peut l'être qu'en référence à des données, mais surtout aux méthodes qui les produisent.

Les différences : pas seulement les gènes ?

Un article de Pollard, K. S., et al. (2006) ici fait une comparaison de la totalité du génome humain et du chimpanzé (cf Bio-Tremplins du 5 mai 2007 "Le chimpanze plus évolué que nous ? " ). Ils ont cherché les zones de notre ADN qui auraient plus varié chez nous que chez le chimpanzé ( par rapport à un autre génome).  Ils ont trouvé très peu de différences notables dans les gènes, mais dans l'ADN non-codant ils ont trouvé des Human Accelerated Regions (HAR) dont l'une semblait avoir particulièrement vite changé : appelée HAR1F, elle s'exprime entre la 9ème et la 17ème semaine de gestation -période critique où les neurones se forment et migrent- dans une région du cerveau (Cajal-Retzius) qui détermine la structure en couches du cerveau. Il est tentant d'imaginer que cet ARN aurait un rôle de régulateur et activerait de nombreux autres gènes, assurant le développement accru de notre cerveau et ... nous serions rassurés sur la réalité des différences avec "le singe" !
On voit que l'ancienne focalisation sur les gènes, qui ignorait le reste de l'ADN, passe à coté d'importantes différences...

La différence entre deux humains : 0.1% , ou 12%  ?

Bill Clinton a répété en 2001 avec la mise à disposition du Génome humain que " humans are all, irrespective of race, 99.9% the same genetically. " ici
C'est aussi ce qu'à la Cité  des sciences à Paris on peut lire :
"Résultat étonnant: entre deux individus. il n'existe que 0,1 % de différence! Bref, une aiguille dans une botte de foin qui ne cesse d'aiguiser la curiosité des chercheurs ..."
Alors que dans Science et Vie (2008) (intranet.jpg) on peut lire que "D'un individu à l'autre les gènes diffèrent de 12% ".
Difficile à concilier ! Ici c'est le nombre de gènes qui ont au moins une minuscule différence : 3'000 gènes diffèrent d'au moins une base entre deux personnes soit près de 12% des environ 21'000 gènes ( ce chiffre-là aussi change selon comment on mesure, m'embêtez pas avec ça, c'est un ordre de grandeur)
Ainsi 0.1 et 12 % sont tout aussi vrais (actuellement,... ) mais mesurent autrement.
Check Hayden, Erika, (2007) ici rapporte que ces chiffres ne prennent pas en compte les réarrangements importants : des déplacements, inversions et autres réarrangments, qui semblent toucher une grande part de notre génome (un auteur mentionnait 10% en 2007).

Un inuit et moi différons de 1% mais je n'aurais que 50% de commun avec ma propre fille ?

Dans l'excellent site thenakedscientist on trouve une jolie situation problème pour amorcer une investigation par les élèves :
If as a human I share 98% of my genes with a chimpanzee and 60% of my genes with a banana, how come I only share 50% of my genes with my own daughter?

Pour le chiffre de 50% entre père et fille, on s'intéresse au flux de l'information, au lignage. En fait personne n'a dit qu'il y a 50% de différence entre un parent et son enfant : Lorsqu'on dit que "nous partageons 50% de nos gènes" avec nos plus proches parents, on ne dit pas que les autres 50% sont différents, on dit juste qu'ils proviennent de l'autre parent. On devrait dire que 50% de l'information sur nos gènes vient de chaque parent. On parle donc de la source de l'information :  soit le père, soit la mère, dont on a hérité l'information génétique. En effet chaque chromosome est copié depuis le génome du père ou de la mère dans le gamète puis dans les cellules de l'enfant ; chacun est donc d'origine paternelle ou maternelle en proportions égales.
Or le plus souvent,  souvent le gène du père est identique à celui de la mère. Vos deux copies du gène de l'insuline sont vraisemblablement identiques, mais comme l'une vient de votre père et l'autre de votre mère, ils sont comptés de source différente et font partie du 50% indiqué.

Les plus récents chiffres sur la diversité humaine...

People and, letters of A T C G
Un projet en cours The 1000 Genomes Project Consortium. (2010) veut séquencer mille génomes pour prendre la mesure de la diversité de notre espèce. Ils ont déjà analysé après "séquençage rapide" (low coverage) 179 individus provenant de 4 populations distinctes et par séquençage très approfondi (high coverage) de deux trios : mère-père-enfant; Ils ont encore séquencé 8140 exons couvrant 906 gènes de  697 personnes.
Fig 5 : Le projet The 1000 Genomes Project veut séquence pour les comparer 1000 génomes entiers ..  [img] Source: The 1000 Genomes Project.

1000 genomes
This article is best viewed as a PDF

L'article décrit les techniques et les potentiels de ce projet (mieux connaître les populations, les maladies, les individus), et prédit que  2,700  genomes humain auront été complétés d'ici la fin du mois d'octobre 2010, qu'il y en aura 30,000 à la fin 2011 !

Nous sommes porteurs de 50 à 100  mutations liées à des maladies génétiques

Les premiers résultats  sont publiés dans Nature The 1000 Genomes Project Consortium. (2010) et une News & Views de R. Nielsen  ici en donne un résumé :  parmi de très nombreux chiffres qui peuvent intéresser l'enseignement, voici une sélection  : 
En moyenne chaque personne porte approximativement 250 à 300 variantes "loss-of-function" (qui produisent une protéine non fonctionnelle) et de 50 à 100 variantes connues pour être impliquées dans des maladies héréditaires.
Nous vivons plutôt bien cet état de fait (porteurs sains), car nous sommes hétérozygotes pour ces gènes et ces maladies sont récessives (ou il y a redondance des gènes). Chaque individu serait quand même homozygotes pour 30 mutations liées à des maladies génétiques.
A partir des deux trios, ils ont estimé le taux de mutation dans la lignée germinale ( ovules, spermatozoïdes) par substitutions de base (rate of de novo germline base substitution mutations) à environ 10−8 par paire de bases par génération.
Cela ferait quand même 30 mutations par génération pour notre génome de 3 milliards (109) si je ne me trompe pas...(merci à ceux qui m'ont signalé l'erreur ! )   Leurs résultats ici indiquent qu'un individu diffère typiquement de la séquence de référence (ici) par :
  • 10’000–11’000 sites non-synonymes : un changement de base dans un codon qui conduit à un acide aminé différent
  • 10’000–12’000 sites synonymes : un changement de base dans un codon qui ne change pas l'acide aminé correspondant.
  • 190–210 insertions/déletions (in-frame indels)
  • 80–100   codons stop prématurés
  • 40–50  variantes qui perturbernt les sites d'épissage (splice-site-disrupting)
  • 220–250 délétions qui décalent le cadre de lecture.
Ainsi ce projet permet d'un peu mieux qualifier cette diversité humaine et distinguer plus de significations dans ce pourcent inculte...  

Conclusion

Le contraste de certains de ces chiffres pourrait constituer des bonnes amorces pour des situation-problème : ils interpellent les élèves, suscitent des questions, révèlent des obstacles, ... (intranet.pdf)
On voit aussi qu'un chiffre n'a -en science- de sens que par rapport à une méthode de mesure. Qu'il est donc difficile, mais important d'apprendre à interpréter de manière critique toute information, meme celle de Nature ou Science...
"This is a very delicate time, and a dangerous time, as people start to come up with things that the general public, or the media, or various groups might misinterpret," Sabeti says. "I like the fact that, so far, the evidence we find for natural selection in humans is only skin deep."  Check Hayden, Erika, (2007)
Et finalement ces exemples illustrent qu'une connaissance n'est scientifique que si elle établit clairement la manière dont les données étayent l'affirmation.

Sources

  • Check Hayden, Erika, (2007), So similar, yet so different. Nature News 17 October 2007 | Nature 449, 762-763 (2007) | doi:10.1038/449762a
  • Geets, C. (2003). La peur de la différence. Pensee Plurielle, 5(2003/1), 7-16.
  • Gould, J., Gould, C., & Stamp Dawkins, M. (1994). The animal mind: Scientific American Library.
  • International Human Genome Sequencing Consortium. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature, 409(6822), 860-921.doi:10.1038/35057062
  • Human genome: Genomes by the thousand| News Feature 27 October 2010 | Nature 467, 1026-1027 (2010) |doi:10.1038/4671026a
  • Miram, W., & Scharf, K. H. (1998). Biologie des molécules aux écosystèmes. Lausanne: LEP Loisirs et pédagogie.  p. 433
  • Morris, D. (1969). The naked ape: Dell.
  • Morris, D., & Morris, R. (1966). Men and apes: McGraw-Hill New York.
  • Nielsen, R. (2010). Genomics: In search of rare human variants. Nature, 467(7319), 1050-1051. doi:10.1038/4671050a 
  • Pollard, K. S., Salama, S. R., Lambert, N., Lambot, M.-A., Coppens, S., Pedersen, J. S., et al. (2006). An RNA gene expressed during cortical development evolved rapidly in humans. Nature, 443(7108), 167-172.
  • Skipper, Magdalena. (20190) Nature Podcast 28th October
  • Terrasson, F. (1997). La peur de la nature: Sang de la terre. doi:10.1038/nature05113
  • The 1000 Genomes Project Consortium. (2010). A map of human genome variation from population-scale sequencing. Nature, 467(7319), 1061-1073.| doi:10.1038/nature09534 
  • The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium. (2005). Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature, 437(7055), 69-87.
  • V.B. (2008) D'un individu à l'autre les gènes diffèrent de 12% " Science et Vie Nov 2008 env. intranet.jpg
  • Vogel, G., & Angemann, H. (1970). Atlas de Biologie (M. Ricard, Trans.). Paris: Stock

Aucun commentaire:

Enregistrer un commentaire