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La physique pour comprendre le vivant : une nouvelle génération de scientifiques

Depuis quatre ans, 14 % des lauréats du Prix pour les jeunes chercheurs sont des physiciens. La Fondation Bettencourt Schueller soutient avec conviction l’approche interdisciplinaire par laquelle ces jeunes scientifiques apportent leur expertise aux sciences du vivant et repoussent les frontières de la biologie. En 2017, deux des quatre lauréats du Prix Coups d’élan pour la recherche française étaient aussi des physiciens, chefs d’équipe de recherche en biologie. Marcelo Nollmann et Terence Strick observent les molécules du vivant une par une pour mieux comprendre comment l’ADN s’organise et se répare. Regards croisés sur l’intersection des disciplines.

RACONTEZ-NOUS VOTRE PARCOURS. QU’EST-CE QUI VOUS A AMENé VERS LE VIVANT ?

Marcelo Nollmann. A la fin de mon master en physique, en Argentine où je suis né, j’ai décidé de me tourner vers la biophysique. J’aime la complexité du vivant qu’on ne peut pas trouver dans des systèmes de physique pure. Ce qui m’excitait surtout à l’époque, c’étaient les processus par lesquels l’ADN est transcrit, copié, réparé. J’ai découvert des moteurs moléculaires responsables de ces processus. Durant ma thèse à Glasgow, j’ai appris des techniques d’optique. Mon post-doc à Berkeley s’est déroulé dans un laboratoire de génétique moléculaire de pointe. J’y ai développé les pinces magnétiques. A la création de mon équipe à Montpellier, j’ai très vite adopté des techniques de super-résolution pour regarder les moteurs moléculaires dans des cellules in vivo. Ce sont des approches complémentaires à celles de Terence, nous répondons à des questions différentes.  

Terence Strick. J’ai toujours été attiré par toutes les disciplines scientifiques. Petit, je voulais être astronaute. Je m’intéressais à tout ce qui consistait à observer des choses nouvelles. J’ai suivi mes études universitaires à Princeton, où il est possible de suivre des cours optionnels en plus de sa spécialité. En plus de la physique, des maths et de la biologie, j’ai suivi des cours en sciences humaines. Admis à Ulm (je suis entré en physique en 1994), je me suis recentré sur la chimie et la biologie. En master, j’ai créé la technique du piège magnétique pour manipuler des molécules uniques d’ADN. J’ai fini ma thèse en 1999 et j’ai pu créer mon équipe dès le post-doc, à Cold Spring Harbor, aux Etats-Unis. Je suis rentré en France en 2004. L’étude de la molécule unique, c’est la poursuite de la course infernale vers l’infiniment petit. Ce qui m’intéresse vraiment, c’est de voir où l’infiniment petit et l’infiniment grand se retrouvent. 

COMMENT EXPLIQUER L’AFFLUX DE PHYSICIENS EN SCIENCES DU VIVANT, QU’ON OBSERVE DEPUIS  QUELQUES ANNéES ?

MN. Lorsque j’ai commencé il y a 15 ans, on voyait un rapprochement, mais c’était vraiment embryonnaire. Les équipes interdisciplinaires se développent car on a besoin d’expertises différentes.

TS. La physique a toujours été présente en biologie. La structure de l’ADN, des physiciens l’ont trouvée. La résonance magnétique nucléaire, la chirurgie laser de l’œil... ce sont des outils de physiciens. Ces deux dernières décennies, l’instrumentation issue de la physique s’est encore développée. Lorsqu’il y a des succès dans un domaine, cela attire forcément de nouvelles personnes.

POURQUOI EST-IL IMPORTANT POUR LE DéVELOPPEMENT DES SCIENCES DE VIVANT DE MéLER LES APPROCHES PLURIDISCIPLINAIRES ?

MN. L’interdisciplinarité donne un angle de vue différent. Elle permet de répondre à de nouvelles questions. Si elle n’est pas obligatoire pour faire une carrière qui contribue significativement à l’avancée de son domaine d’expertise, elle est vraiment incontournable dans certains domaines, là où il est impossible de réunir toutes les expertises nécessaires, toutes les compétences, dans un seul chercheur. 

TS. Pour moi, l’avenir de l’interdisciplinarité, ce sont des personnes qui reviennent à la figure du scientifique de la Renaissance, qui peut tout faire. Mais il faut une spécialité solide, ne pas trop se disperser. Les systèmes biologiques sont compliqués. Le biologiste a la compétence unique de savoir dans quel type de cellule ou d’organisme le phénomène est naturellement enrichi. Cette vision holistique, physiologique, presque médicale, est quelque chose que les physiciens ne comprennent pas. Mais il y a aussi besoin de leur vision réductionniste pour quantifier et valider des résultats de manière robuste. Grâce à l’interdisciplinarité, il peut y avoir un aller-retour entre le quantitatif et le qualitatif. C’est très riche et ça permet d’aller très vite.

VOS RECHERCHES SONT TRèS FONDAMENTALES. QUELS SONT LES MOYENS HUMAINS ET MATéRIELS QUI VOUS PERMETTENT DE VOUS CONSACRER A DES TRAVAUX AUSSI RISQUéS ?

MN. Mon équipe a eu la chance d’être financée par un ERC Starting Grant depuis le début. L’ERC permet d’utiliser l’argent sans attendre, de réagir très vite si on identifie quelque chose d’intéressant à creuser. Dans la problématique du risque, cette flexibilité est très importante. Malgré tout cela, il est difficile d’acheter de gros équipements. Le Coup d’élan nous permet de développer une technique de microscopie innovante et de répondre à des questions qu’on ne pourrait pas aborder autrement. 

TS. En France, le système laisse aux chercheurs le temps de réfléchir. C’est une des raisons pour lesquelles je suis rentré en France, car je savais que je pourrais y faire des recherches risquées. Le Prix Coup d’élan a un aspect institutionnel qu’il est difficile voire impossible d’obtenir avec d’autres financements. Pour ma part, je vais l’utiliser pour rénover tout le département de biologie de l’ENS. Je suis enchanté de pouvoir servir la communauté.

QUELLE NOUVELLE VISION DE LA VIE DE LA CELLULE VOS TRAVAUX SUR LES MOLéCULES UNIQUES ONT-ILS AIDé A DESSINER ?

MN. Nous avons pu mettre en contexte la cellule dans l’organisme. Nous pouvons voir comment s’orchestre l’organisation du génome dans l’organisation de l’embryon, sans perdre le contexte. On remarque que tout est beaucoup plus hétérogène, stochastique, que ce qu’on pensait il y a quelques années. A présent, nous voulons comprendre d’où vient cette hétérogénéité.

TS. Ce qui me frappe vraiment, c’est que ça marche ! Une des lois fondamentales de la chimie, c’est la stochasticité. On voit que les molécules sont des pièces aléatoires qui fluctuent dans tous les sens, dans le temps. Mais l’organisme lui est régulier. Cette stochasticité est la seule façon de faire de la diversité, qui permet de survivre aux fluctuations de l’environnement. C’est une très belle dichotomie.

QUEL EST L’AVENIR DE L’INTERFACE ENTRE PHYSIQUE ET BIOLOGIE ?

MN. Tout le monde travaille pour le bien commun. Les compétences se complètent. C’est là qu’est l’avenir.

TS. L’avenir est très fructueux, c’est une interface passionnante. Avec l’interdisciplinarité, on va pouvoir réfléchir plus précisément à ce qu’on fait et pourquoi on le fait. Après tout, Rabelais disait déjà que « science sans conscience n’est que ruine de l’âme. »

 

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