Protéodies et génodique

II - Les Protéodies

Les Protéodies sont des suites de notes spécifiques, qui influent sur le comportement de la synthèse d’une protéine en particulier (selon la protéodie utilisée).

Il faut, pour comprendre comment agissent ces protéodies, porter attention à la façon dont une cellule va synthétiser ses protéines, puis comment les protéodies vont agir sur les mécanismes de cette synthèse.

1) Les Protéines

Pour pouvoir comprendre comment agit une protéodie et son but précis, il faut tout d’abord connaître l’étymologie de ce mot. Ce mot est en effet la contraction de “protéine” et de “mélodie”. Les protéodies sont donc des mélodies des protéines, c’est donc pour cela qu’il faut se pencher plus précisément sur ce qu’est une protéine.

Les protéines sont des molécules biologiques, qu’on ne retrouve donc que dans le domaine du vivant, composées d’une ou de plusieurs chaînes polypeptidiques. Chaque chaîne polypeptidique est elle-même un assemblage d’acides aminés dont 20 d'entre eux sont utilisés par les cellules pour la synthèse des protéines, et qui sont communs à tous les organismes vivants connus :

Tableau des 20 acides aminés présents dans les protéines

Ces acides aminés sont loin d’être assemblés dans un ordre aléatoire, car ils sont assemblés dans un ordre précis qui dépend d’un gène. Les protéines sont donc l’expression du code génétique dont le support est l’ADN (Acide Désoxyribonucléique). Il faut donc d’abord se pencher au niveau de l’ADN pour comprendre comment sont formées les protéines.

L'ADN est le support de l'information génétique d'un être vivant, et se situe dans le noyau cellulaire (dans le cas d'une cellule eucaryote qui n'est pas en phase de mitose). Cette molécule est formée de deux brins qui prennent la forme d'une double hélice. Chaque brin est une suite de nucléotides, dont il existe quatre types : l'Adénine (A), la Thymine (T), la Guanine (G) et la Cytosine (C). Les nucléotides sont dites complémentaires, c'est à dire qu'on trouvera toujours un (C) en face d'un (G) et un (A) en face d'un (T). Chaque gène (fragment d'ADN) peut être une suite de quelques dizaines à quelques milliers de nucléotides.

Le premier mécanisme entrant en vigueur dans la synthèse des protéines est la transcription. Il s'agit de transcrire un brin d'ADN (appelé brin transcrit) en brin d'ARN pré-messager, par complémentarité des nucléotides (A=T et C=G) et ce grâce à une enzyme appelée ARN polymérase. La différence majeure entre l'ADN et l'ARN est que la Thymine (T) de l'ADN est remplacée par l'Uracile (U) dans l'ARN.

Synthèse de l'ARN pré-messager à partir d'un brin d'ADN dit transcrit

Une fois l'ARN pré-messager formé, celui-ci va subir un épissage dit "alternatif". Cet épissage consiste à séparer les exons (codants) et les introns (non-codants) de l'ARN pré-messager et à former un ARN messager à partir des exons. Ces derniers seront assemblés dans un ordre aléatoire pour former différents ARN messagers à partir d'un même gène.

Ces ARN messagers vont pouvoir sortir du noyau cellulaire pour se retrouver dans le cytoplasme.

Dans le cytoplasme se trouvent les ribosomes, organites composés de deux sous-unités. L'ARN messager va se retrouver dans la petite sous-unité de ce ribosome, qui va alors entamer la phase de traduction, c’est-à-dire créer une chaîne polypeptidique à partir de l’ARN en associant à chacun de ses codons (suite de trois nucléotides) un ARN de transfert complémentaire porteur d’un seul acide aminé, ARN de transfert qui se fixera pendant un instant à la grande sous-unité du ribosome.

Une fois l’ARN de transfert fixé au ribosme, ce dernier va se déplacer d’un codon dans le sens de lecture pour y associer un autre ARN de transfert. Il créera ensuite les liaisons peptidiques entre les acides aminés pour créer une chaîne polypeptidique. Ce mécanisme se nomme la traduction :

Schéma de la traduction d'un ARN mesager en une chaîne polypeptidique

Formation d'une liaison peptidique CO-NH entre deux acides aminés avec rejet d'une molécule d'eau

Une fois ces chaînes polypeptidiques formées, elles vont se rendre dans l'appareil de Golgi, dont la tâche sera, dans le cas des protéines, de lier ces chaînes polypeptidiques ensemble pour créer une protéine (qui sont parfois constituées d'une unique chaîne polypeptidique). Cette protéine sera alors soit renvoyée dans la cellule, pour répondre à ses besoins, soit dans l'organisme pour exercer un rôle bien précis.

Exemple : l'hémoglobine est une protéine se trouvant dans les globules rouges et servant à fixer du dioxygène pour le transporter dans l'organisme et ainsi alimenter les cellules de l'organisme en O2 (dioxygène). Les protéines permettent à l'organisme d'assurer ses fonctions vitales.

Emission d'ondes d'échelle lorsqu'un acide aminé se fixe à un ARN de transfert puis au ribosome

Notre travail ne sera pas de décrire ces ondes ou d’en expliquer la nature, mais de savoir comment on peut exploiter ce phénomène pour influencer le mécanisme de la traduction.

Ce ne sont pas les ondes d’échelle qui sont importantes dans la découverte de Sternheimer, mais bien ce qu’elles traduisent ; ces ondes d’échelle sont en effet émises par un acide aminé, car celui-ci va entrer en vibration lorsque qu’il va se fixer à un ARN de transfert puis au ribosome.

Chaque acide aminé étant de composition chimique différente, ils possèdent donc chacun des propriétés physiques différentes (comme leur masse), et vont se comporter différemment lorsqu’ils entrent en vibration. Une fois l'acide aminé entré dans cet état de vibration lorsqu'il se fixe à un ARN de transfert, ce dernier va lui aussi entrer en vibration avant de se fixer au ribosome.

Joël Sternheimer se posa alors la question de savoir si, on pouvait, accélérer la vitesse de fixation entre un ARN de transfert et le ribosome. En effet, il montra simplement que le fait que cet ARN de transfert vibre augmente son échelle d’action :

2) Explication du phénomène des Protéodies

Nous avons donc vu ce qu’est une protéine, comment elles sont synthétisées et leur rôle dans l’organisme. Mais ce qui va nous intéresser maintenant se passe pendant le phénomène de la traduction, puisque c’est à ce moment que les acides aminés se fixent à l’ARN de transfert, qui va lui-même se fixer au ribosome.

En effet, selon les découvertes de Joël Sternheimer, l'acide aminé va, à ce moment précis, émettre un signal dit de “nature quantique”, appelé onde d’échelle(*) :

Ces fréquences sont de l’ordre de 10^25 Hertz, donc bien trop élevées pour que l’on puisse élaborer les sons correspondant. Il suffit donc de moduler ces fréquences de 76 octaves (ce qui revient à les diviser par 2^76) pour obtenir des sons allant de 220 Hertz à 523 Hertz. Les sons obtenus sont alors audibles par l’oreille humaine et donc bien plus facilement réalisables.

Voici ci-dessous le tableau associant à chaque acide aminé ses fréquences inhibantes et stimulantes :

λ : longueur d'onde de l'onde d'échelle

ma : masse de l'acide aminé

va : vitesse de l'acide aminé

h : constante de Planck

Voici maintenant la formule permettant de calculer la fréquence de cette onde d'échelle :

λ : longueur d'onde de l'onde d'échelle

V: vitesse de propagation de l'onde d'échelle

ν: fréquence de l'onde (en Hertz)

La fréquence de cette onde d'échelle dépend directement de la fréquence stimulante de l'acide aminé; la fréquence obtenue est alors, avec ce calcul, celle qui permet de stimuler l'acide aminé pour qu'il entre mieux en vibration avec l'ARN de transfert, permettant à ce dernier de se fixer plus rapidement au ribosome. La fréquence inhibante est obtenue par un calcul dont nous n'avons malheureusement pas obtenu les détails.

Vulgarisation du phénomène de la vibration d'un ARN de transfert : on voit que celui-ci possède une échelle d'action plus grande lorsqu'il vibre

Il montra ensuite qu’on pouvait favoriser la vibration d'un acide aminé, afin de faire plus rapidement entrer l'ARN de transfert lui aussi en vibration, en le faisant vibrer à une fréquence spécifique. Puis il démontra que de simples ondes sonores, à un volume adéquat, étaient capables de faire entrer un organisme végétal entier en vibration, donc toutes les molécules qui s'y trouvent (y compris les acides aminés). Bien que cela soit réalisable pour une plante, il est bien plus compliqué de le faire pour un animal (volume et masse trop importants).

Sternheimer calcula ces fréquences, avec 2 fréquences différentes (une favorisant la vibration, donc dite stimulante, et l’autre la bloquant, donc dite inhibante) pour chaque acide aminé (au nombre de 20).

Calcul des fréquences stimulantes des acides aminés :

Tout d'abord, voici la formule, trouvée par J. Sternheimer, qui permet de calculer la longueur d'onde des ondes d'échelle émises par un acide aminé :

Tableau des fréquences inhibantes et stimulantes pour chaque acide aminé porté par un ARN de transfert

Nous savons maintenant quelles sont les fréquences sonores qui vont nous permettre d'accélérer ou de ralentir la fixation d'un ARN de transfert au ribosome. Mais les protéodies étant composées de plusieurs notes, il est nécessaire de voir comment on peut accélerer la synthèse de toute une chaîne polypeptidique.

Pour cela, il suffit de créer une suite de notes donc chacune de ces notes va correspondre à la fréquence, stimulante ou inhibante, d'un acide aminé composant la chaîne polypeptidique dont on veut ralentir ou accélérer la synthèse. Ces notes sont placées dans le même ordre que les acides aminés, puisque la première note influencera la fixation du premier ARN de transfert, la deuxième note la fixation de l'ARN de transfert suivant, et ainsi de suite jusqu'à la fin de la chaîne polypeptidique.

Maintenant se pose la question du tempo, c'est à dire à quelle vitesse devra t-on faire durer chaque note pour que la musique soit en rythme avec la formation de la chaîne polypeptidique. En temps normal, et pour un même brin traduit, le phénomène de la fixation ARN de transfert/ribosome arrive entre 3 et 4 fois par seconde (180/240 fois par minute).

- Avec une protéodie stimulante, ce phénomène arrive entre 5 et 6 fois par seconde (300/360 fois par minute). Pour être en rythme avec ce phénomène, il faudra alors que la protéodie soit à un tempo d'environ 300, soit 300 notes par minute.

- Avec une protéodie inhibante, ce phénomène arrive entre 2 et 3 fois par seconde (120/180 par minute). La protéodie sera alors à un tempo d'environ 120, donc 120 notes par minute.

Note : Il est important de savoir qu'une protéodie, bien qu'elle soit spécifique à une chaîne polypeptidique en particulier, peut influencer la synthèse de plusieurs autres si celles-ci ont une suite d'acides aminés proche de celle de la chaîne polypeptidique initialement visée.

Les protéodies sont formées non pas à partir des séquences des chaînes polypeptidiques composant une protéine, mais à partir de la séquence de la protéine même puisque les protéines sont composées d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques : la protéodie ainsi formée pourra alors être considérée comme une composition de plusieurs protéodies, chacune d'entre elles visant une chaîne polypeptidique composant la protéine.

3) Création d'une protéodie

Après avoir expliqué de façon purement théorique le phénomène des protéodies, nous avons dû mettre à l'épreuve la véracité des propos tenus par Joël Sternheimer en commençant par créer nos propres protéodies.

Le plus judicieux, lors de la création d'une protéodie, est de choisir la protéine visée et de déterminer si il est plus approprié d'en stimuler ou d'en inhiber la synthèse.

Lors de notre première expérience, nous avons décidé de stimuler la production d'une protéine régulant l'auxine (Voir Partie I - Experiences), d'une part parce que ses effets sont facilement observables, et d'autre part car des protéodies stimulantes et inhibantes de cette protéine avaient déjà étés réalisées, il était donc facile pour nous de nous les procurer.

Pour notre seconde expérience, nous avons choisi de stimuler la synthèse du PGR5, un acteur clé chez les plantes puisqu'il permet de réguler la photosynthèse.

C'est pour cette seconde expérience que nous avons pris l'initiative de créer nous même notre propre protéodie, stimulant la synthèse du PGR5, puis de la diffuser sur une plante afin de forcer celle-ci à réduire son activité de photosynthèse.

Dans ce but, nous avons utilisé le logiciel Bio2MIDI, développé par la société Algorithmic Arts, qui permet de créer un fichier son, une protéodie, à partir de la séquence d'acides aminés placée au préalable dans un fichier texte.

Pour cela, il faut d'abord se procurer la séquence du PGR5, que nous avons récupéré sur le site Uniprot, qui est une banque de données en ligne d'un grand nombre de protéines listées à ce jour.

Voici la séquence de la protéine telle que le site nous l'a proposée :

MAAASISAIG CNQTLIGTSF YGGWGSSISG EDYQTMLSKT VAPPQQARVS RKAIRAVPMM KNVNEGKGLF APLVVVTRNL VGKKRFNQLR GKAIALHSQV ITEFCKSIGA DAKQRQGLIR LAKKNGERLG FLA

Les acides aminés sont notés avec les diminutifs du code FASTA, ce qui est nécessaire pour que le logiciel Bio2MIDI puisse décoder cette séquence et lui associer sa protéodie.

Une fois cette séquence placée dans le logiciel, il ne manque plus qu'à ajuster les options proposées pour que notre fichier final soit adpaté au type de protéodie que nous voulons réaliser :

Le logiciel Bio2MIDI permet la création d'un fichier son à partir d'une séquence d'une protéine sous forme de texte (ici avec la séquence du PGR5)

Dans l'encadré rouge se trouve la sélection du tempo. En sachant que notre protéodie sera stimulante, il faudra placer ce tempo à 300 pour que la protéodie soit en rythme avec la synthèse des chaînes polypeptidiques.

Le logiciel nous propose aussi de créer une protéodie directement à partir d'une séquence de nucléotides, donc d'une séquence d'un ARN messager ou directement provenant d'un gène. Il faut donc sélectionner directement l'onglet "Protein" pour ne pas fausser notre protéodie.

Une fois notre fichier son, notre protéodie, réalisée, il ne manque plus qu'à l'expérimenter en la diffusant quotidiennement à nos haricots, et ce pendant 5 minutes par jour.

Voir Partie I - Experiences

4) Conclusion

Les protéodies, si leur fonctionnement s'avère être juste; ce que nous avons tenté de prouver durant nos démarches expérimentales, nous offrent une infinité de possibilités en terme d'agriculture et d'élevage. Il s'agit en effet d'influencer l'expression de gènes en stimulant la synthèse de protéines, et ce sans avoir le moindre impact sur le gène lui-même. Les découvertes de Joël Sternheimer pourraient alors s'avérer être de rudes conccurents face aux pesticides et engrais couramment utilisé de nos jours, ainsi que face aux OGM dont le principe est de modifier le patrimoine génétique d'un organisme plutôt que son mode d'expression. Cette modification du patrimoine génétique pourrait en effet apporter des conséquences néfastes sur les consommateurs. Dans le domaine médical des opportunités s'offrent aussi, puisque les protéodies pourraient se montrer comme complémentaires à la thérapie génique, aujourd'hui peu développée mais prometteuse pour l'avenir.

(*) : Pour plus d'informations sur les ondes d'échelle, se réferer au document posté en ligne par Joël Sternheimer et intitulé "EPIGENETC REGULATION OF PROTEIN BIOSYNTHESIS BY SCALE RESONANCE" ici : https://www.researchgate.net/publication/281103244