Un projet visionnaire

"Cet Institut aura pour but de rechercher les mécanismes physico-chimiques des phénomènes de la vie…. A cette fin, prenant pour directives générales les doctrines de Claude Bernard sur le déterminisme physico-chimique de la vie, et s'efforçant de continuer l'œuvre de ce grand physiologiste, le nouvel Institut réunira des physiciens, des chimistes et des biologistes pour étudier les problèmes que posent les diverses fonctions physiologiques. Cette collaboration souvent désirée, mais non organisée jusqu'ici sera un caractère essentiel de l'Institut Edmond de Rothschild."
[Extrait d'une communication à l'Académie des Sciences de P. APPELL, M. MOUREU et J. PERRIN (1927)]

 

A l'origine de l'Institut de Biologie Physico-Chimique (IBPC), on trouve deux hommes Jean Perrin, Prix Nobel de Physique en 1926, pour ses travaux sur la structure atomique de la matière, et le Baron Edmond de Rothschild, grand philanthrope.  Esprit très ouvert, Jean Perrin s'intéressait à la nature des rayons cathodiques, au mouvement brownien, à l'astrophysique mais aussi à la chimie physique et à la biologie. Il est le fondateur du Palais de la Découverte, de l'Institut d'Astrophysique de Paris et il est aussi le père du Centre National de la Recherche Scientifique. Le Baron Edmond de Rothschild a été le mécène qui a permis l'édification de l'Institut de Biologie Physico-Chimique, terminé en 1930 et considéré alors comme le laboratoire le plus moderne de France. Le Baron Edmond de Rothschild, membre de l'Académie des Beaux-Arts, s'intéressait aux sciences et, en particulier, à la biologie à laquelle l'avait initié Claude Bernard. Il avait été fasciné par le mouvement brownien que lui avait montré Jean Perrin et souhaitait que l'on s'intéressât aux bases physico-chimiques de la vie.

A une période (1930) où des raisons technologiques, mais aussi épistémologiques séparaient et hiérarchisaient les différentes sciences, la création de l'Institut de Biologie Physico-Chimique a été un événement important dans le monde scientifique. Cette démarche a aussi été visionnaire. C'est seulement récemment que l'importance du mouvement brownien en biologie a été reconnue, par exemple dans le fonctionnement de ces moteurs moléculaires rotatifs que sont les ATP synthétases, enzymes fondamentaux dans l'énergétique cellulaire. De manière plus générale, l'interdisciplinarité est devenue un mot d'ordre actuel de la recherche dans le domaine des Sciences du Vivant. En effet, le déchiffrage des génomes, véritable bottin des gènes et des protéines d'un organisme, rend possible la compréhension au niveau moléculaire des différentes fonctions physiologiques, mais l'exploitation de cette masse de données - la caractérisation des objets et phénomènes que révèle l'étude analytique, la compréhension des systèmes intégrés - requiert une approche pluridisciplinaire. Les mathématiques, l'informatique, la physique et la chimie sont aussi nécessaires que la biologie à l'étude du vivant. L'Institut de Biologie Physico-Chimique qui relève des Départements des Sciences du Vivant et des Sciences Chimiques du CNRS, a gardé l'ouverture d'esprit des fondateurs et est un lieu privilégié de recherche pluridisciplinaire.

Des structures adaptées

" Il y a au moins trois cas où la création d'une institution de recherche est nécessaire : celui où cette institution doit donner refuge à la liberté de recherche menacée par un conformisme imposé, ainsi est né le Collège de France ; le second cas est celui où l'on veut rassembler des hommes de sciences avec des praticiens variés à l'application des découvertes, et ce fut la raison de la création de l'Institut Pasteur ; le troisième cas est celui où l'on veut faire vivre et travailler côte à côte des chercheurs de différentes disciplines sur des problèmes aux frontières de ces disciplines, et c'est ce qu'a voulu faire le Baron Edmond de Rothschild en fondant l'Institut de Biologie Physico-Chimique ".
[Extrait du discours d'A. MAYER, Professeur au Collège de France et premier directeur du service de physiologie de l'Institut de Biologie Physico-Chimique, prononcé en 1953 à l'occasion du 25ème anniversaire de la fondation de l'Institut.]

L'audace du projet de Jean Perrin rendait peu probable sa réalisation dans un cadre universitaire et c'est à une initiative privée, philanthropique, celle du Baron Edmond de Rothschild que l'on doit la création de l'IBPC. Ayant brisé les barrières des structures universitaires, les fondateurs ont inventé un cadre de fonctionnement nouveau.

 La pluridisciplinarité imposait l'existence de services autonomes. En 1930, l'IBPC comprenait le Service de Physique dirigé par Jean Perrin (auquel participaient F. Perrin et P. Auger), le Service de Chimie, dirigé par Georges Urbain (auquel participaient G. Champetier, E. Aubel, J. Duclaux) le Service de Physiologie, dirigé par André Mayer (auquel participaient L. Plantefol, E. Fauré-Fremiet, B. Ephrussi, R. Wurmser) et le Service de Chimie Physique Physiologique dirigé par Pierre Girard. Initialement, les personnels de l'IBPC étaient rétribués par la Fondation Edmond de Rothschild et libres de toute tâche d'enseignement.

" J'ai eu l'honneur, avec les physiologistes Pierre Girard et André Mayer, avec les chimistes André Job et Georges Urbain, d'organiser et de diriger cet établissement. Assez naturellement, nous avons rêvé d'en généraliser le principe, et, dans nos discussions hebdomadaires, nous avons établi un projet de Service National de Recherches, que je me suis chargé de rédiger et de publier "
[Jean-Perrin (1938) discours prononcé au Conseil Supérieur de la Recherche Scientifique]

 L'IBPC a été l'éprouvette dans laquelle Jean Perrin a préparé le Centre National de la Recherche Scientifique. Son projet retenait les trois caractéristiques de l'Institut : la pluridisciplinarité, l'existence d'unités fonctionnelles et la rétribution des personnels faisant de la recherche leur activité principale. Au cours des années, le poids du fonctionnement de l'IBPC s'est avéré trop lourd pour la Fondation et, en 1997, l'ensemble a été dévolu au CNRS. L'organisation voulue par les fondateurs a été conservée. Les services sont devenus des Unités de recherche (UPR ou UMR) regroupées en Institut Fédératif de Recherche. Chaque unité est évaluée indépendamment et le fonctionnement de l'IFR s'appuie sur un comité de pilotage, auquel participent les Départements des Sciences Chimiques et des Sciences de la Vie du CNRS. La Fondation Edmond de Rothschild pour le Développement de la Recherche garde un intérêt constant pour l'IBPC et maintient une présence généreuse dans l'Institut.

 L'existence d'unités scientifiquement et administrativement indépendantes permet le développement d'un esprit de liberté, d'initiative et d'échange, conforme à la tradition de la Maison. Ce souci d'indépendance des Unités s'accompagne d'une volonté d'ouverture et d'efficacité.

 A l'intérieur, la mise en place de moyens communs importants est en route. A la suite d'une réflexion avec le Conseil Scientifique, l'implantation d'un laboratoire de cristallographie sous la responsabilité du directeur de l'Institut, a été décidée. Ce laboratoire intéresse actuellement trois unités de l'IBPC mais aussi des laboratoires de la Montagne Sainte Geneviève.

 L'IBPC est ouvert vers l'extérieur. Tout d'abord vers l'Université, et les cinq Unités composantes ont un statut d'Unité Associée ou d'Unité Mixte avec les Universités P. et M. Curie Paris 6 et René Descartes Paris 7. L'IBPC est aussi membre de l'Association de la Montagne Sainte Geneviève, qui rassemble l'Ecole Normale Supérieure (ENS), l'Ecole de Physique et Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI), l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP) et l'Institut Curie. Cette association d'institutions particulièrement prestigieuses a centré son activité sur les sciences du vivant. Par sa taille, elle permet le développement de plateaux technologiques importants et par sa diversité, elle est le lieu idéal de la pluridisciplinarité.

Une formule qui marche

 La démarche de Jean Perrin et d'Edmond de Rothschild relevait-elle du rêve ? En 1930, les distances séparant physique, chimie et biologie étaient grandes et il a fallu du temps pour leur rapprochement. Parmi les points de rencontre, l'étude des systèmes d'oxydoréduction et leurs rapports avec le métabolisme est l'un des plus frappants. E. Aubel, L. Rapkine et surtout R. Wurmser se sont illustrés dans ce domaine, alliant rigueur et intuition en particulier au niveau de la micro-hétérogénéité cellulaire, notion qui sous-tendait la compartimentation cellulaire. La photosynthèse a particulièrement intéressé R. Wurmser, qui a, contre l'opinion généralement admise, proposé que le phénomène principal soit la photolyse de l'eau et que la réduction du CO2 soit une réaction disjointe. L'étude de la photosynthèse, point de rencontre privilégié entre physiciens et biologistes, a ensuite été continuée par P. Joliot, élève de R. Wurmser et elle est le thème central de l'activité de l'Unité Physiologie Membranaire et Moléculaire du Chloroplaste, dirigée par F-A. Wollman.

Le rapprochement entre physiciens, physico-chimistes et biologistes a été fructueux sur le plan conceptuel aussi bien que technologique. La chimie macromoléculaire a été un thème de recherche abordé dès la fondation de l'Institut, et pour ces études, la diffraction des rayons X a été utilisée dès 1936, par G. Champetier. L'ultracentrifugation a été développée avec des approches originales, que l'on retrouve dans l'Airfuge de Beckman. L'étude de la structure et de la fonction des protéines a été un thème continuellement présent dans l'Institut : caractérisation thermodynamique des réactions entre antigène et anticorps (R. Wurmser, S. Filitti-Wurmser, 1950), fluorescence de l'hème et de la flavine du cytochrome b2 (A. Baudras, M. Iwatsubo, F. Labeyrie, 1960). Dans les études enzymologiques, les aspects physico-chimiques ont toujours été privilégiés (J. Yon, J. Tonnelat). P. Douzou a introduit la cryoenzymologie (1970) : l'étude à basse température en solvant hydroorganique non congelé d'intermédiaires réactionnels métastables ; la préparation d'hémoglobines hybrides, avec des hèmes dans des états d'oxydation différents (R. Cassoly, R. Banerjee) a ouvert des possibilités d'études nouvelles des métaux hématiniques. L'étude de la bioluminescence de la Pholade dactyle (J-P. Henry, A-M. Michelson) a introduit la notion de radicaux oxygénés en enzymologie et elle s'est continuée par l'étude des superoxyde dismutases (1970-1980).

L'étude des protéines est toujours un thème très actuel à l'IBPC, avec une évolution vers les problèmes structuraux et surtout vers l'étude des protéines membranaires, thème principal de l'Unité Physico-Chimie Moléculaire des Membranes Biologiques dirigée par J-L. Popot. La structure des membranes ne peut se comprendre sans l'étude des lipides qui la composent. L'équipe de P. Devaux a depuis 1978 développé cette recherche et obtenu des résultats importants, dont la découverte de l'origine enzymatique de l'asymétrie transverse des bicouches lipidiques, due à l'existence d'une "flippase". L'IBPC avait préalablement joué un rôle important dans le domaine des lipides grâce à E. Lederer, qui a introduit en France la technique de chromatographie (1933).

La structure des acides nucléiques a intéressé les chercheurs de l'IBPC (S. Guinand, J. Tonnelat) dès 1950. La forme et la taille de l'ADN ont alors été étudiées par ultracentrifugation et diffusion de la lumière. Plus tard (1960-1970), la polynucléotide phosphorylase enzyme susceptible de synthétiser des ARN, découverte par M. Grunberg-Manago dans le Laboratoire de S. Ochoa permettra des études de structure fructueuses (M. Michelson, J. Massoulié, W. Guschelbauer). Une approche très riche a été introduite par B. et A. Pullman, l'approche théorique. Ces pionniers, après avoir appliqué les méthodes de la chimie quantique à la biochimie (Quantum Biochemistry, 1963) ont développé un ensemble de méthodes adaptées à l'étude de la conformation des macromolécules et, en particulier, des acides nucléiques. Des efforts à la fois méthodologiques et conceptuels ont permis de rapprocher de plus en plus les calculs théoriques des situations expérimentales, efforts qui sont encore ceux de l'Unité de Biochimie Théorique, dirigée par R. Lavery.

 La biologie moléculaire, ou plus exactement la génétique moléculaire, ne s'appuie pas systématiquement sur la physico-chimie. Néanmoins, dans sa volonté d'explication de la génétique au niveau moléculaire, elle rejoint la biologie physico-chimique et à l'Institut Edmond de Rothschild, cette recherche a été développée très tôt. Dès 1935, B. Ephrussi développe la génétique de la drosophile et accueille G.W. Beadle avec lequel il entreprend les expériences qui donneront lieu à la théorie un gène -> une protéine (Beadle et Tatum), récompensée par un prix Nobel. Après la deuxième guerre mondiale, B. Ephrussi et son élève P. Slonimski abandonneront la drosophile pour la levure et participeront au développement des bases de la génétique moléculaire : interprétation de la mutagénèse par les acridines, mutants "petite" et hérédité cytoplasmique, hypothèse de la recombinaison génétique. Ces travaux sont remarquables car ils ont été effectués à une période (1946-1953) où la structure de l'ADN en double hélice n'était pas connue. Par la suite, M. Grunberg-Manago a utilisé la polynucléotide phosphorylase pour analyser la synthèse protéique chez E. Coli. Ses travaux ont d'abord porté sur le déchiffrage du code génétique. L'arrivée de F. Gros à l'IBPC (1965) a ouvert une période très fructueuse dans laquelle les différentes étapes de la traduction ont été abordées : structure de l'ARN de transfert, interaction codon - anticodon, facteurs d'élongation, d'initiation et de terminaison. La régulation de l'expression génétique chez les microorganismes reste le thème de l'Unité Régulation de l'Expression Génétique chez les Microorganismes dirigée par M. Springer.

Dans le projet initial d'Edmond de Rothschild et de Jean Perrin, la physiologie devait jouer un rôle important. E. Fauré-Fremiet a mis au point les premiers milieux de culture tissulaire (1936), qui permettront à B. Ephrussi de passer de la génétique formelle à la génétique fonctionnelle. Mais rapidement les chercheurs de la Fondation ont privilégié le niveau moléculaire et ce n'est que dans les années 1980 que le retour vers la physiologie et les systèmes vivants s'est effectué. Ce mouvement s'est fait de diverses manières. Dans le service de M. Grunberg-Manago, M. Springer a introduit dès 1976 les techniques de clonage et de transfert des gènes, qui modifiaient complètement l'étude de la physiologie bactérienne. Dans le Service de P. Joliot, P. Bennoun introduisait les mutants de photosynthèse de Chlamydomonas et F-A. Wollman l'étude de la biogenèse du chloroplaste et de sa régulation. On passait alors de l'étude du système photosynthétique à la compréhension d'un système beaucoup plus complexe, mais avec une signification physiologique plus évidente. Dans le laboratoire du Neurobiologie Physico-Chimique, J-P. Henry avait introduit la médullo-surrénale, source classique des enzymes de biosynthèse de catécholamines. Le laboratoire a évolué en Unité de Biologie Cellulaire et Moléculaire de la Sécrétion, le champ des recherches s'étant déplacé vers la propriété physiologique la plus significative de la cellule chromaffine de la médullo-surrénale. L'Unité Dynamique Moléculaire et Développement, dirigée par M-P. Debey s'est engagée dans une évolution similaire en associant physico-chimie et développement. Elle s'attache à la description des phénomènes physico-chimiques précoces suivant la fertilisation de l'œuf de mammifère (l'unité a quitté l'IBPC le 3 décembre 2002, pour s'installer au Muséum National d'Histoire Naturelle, et devient l'UMS 0503 "Régulation et Dynamique des Génomes" au sein de l'équipe UMR 8646 et U565 INSERM).

 Dire si l'expérience initiée à l'Institut Edmond de Rothschild a été un succès revient aux historiens. Il faut alors comparer cet effort à ceux, contemporains, réalisés en France, comme à l'Institut Pasteur, ou à l'étranger, aux USA, par exemple, où la Fondation Rockefeller a participé très largement à la mise en place d'une recherche biologique moderne. Des analyses pertinentes ont été proposées par Jean-François  Picard et Michel Morange. Cependant, deux éléments sont à mettre au crédit de l'IBPC.

 Tout d'abord, l'IBPC, institut de taille moyenne, a essaimé à travers toute la France des chercheurs de qualité. Deux des laboratoires propres les plus importants du CNRS, le Centre de Génétique Moléculaire et l'Institut de Chimie des Substances Naturelles, tous les deux à Gif sur Yvette, ont eu leur racine à l'IBPC. Le premier a été fondé par B. Ephrussi et le second par E. Lederer, qui tout deux ont joué des rôles importants dans l'histoire de la Fondation E. de Rothschild.

 Une deuxième caractéristique de l'IBPC est l'existence d'une grande continuité dans les recherches, un trait assez rare dans la recherche moderne. L'exemple le plus frappant est celui des recherches sur la photosynthèse, développées pendant plus de 50 ans dans l'Institut. Mais cela est aussi vrai pour les recherches sur l'expression génétique chez les microorganismes, développées par M. Grunberg-Manago puis par Richard Buckingham, Mathias Springer et leurs collaborateurs pendant plusieurs dizaines d'années. De même, la Biochimie Théorique introduite par B. et A. Pullman dans les années cinquante est maintenant étudiée par R. Lavery. Cette continuité n'est pas synonyme de fossilisation. Cela est évident dans les recherches sur la photosynthèse. Après une mise en place du phénomène biologique (photosynthèse de l'eau, R. Wurmser), les recherches se sont orientées vers le mécanisme du dégagement de l'oxygène (P. Joliot), avec la mise en place d'un formalisme qui n'est pas sans rappeler les démarches de la biologie moléculaire faites à la même époque. Le développement de mutants de chlamydomonas (P. Bennoun) a ouvert l'ère moléculaire, avec la participation de la biochimie (J.-L. Popot) pour purifier les complexes impliqués dans le transfert électronique. Les progrès effectués permettent d'étudier d'une part la biogenèse du chloroplaste (F.-A. Wollman) et d'autre part les régulations fines de l'activité, abordées par des méthodes physiques (P. Joliot). La même analyse de progression à la fois conceptuelle et méthodologique associée avec une grande continuité thématique pourrait être faite, à des degrés divers, sur l'ensemble des recherches conduites à l'IBPC. L'origine de cette stabilité féconde réside peut-être dans les structures mises en place par les fondateurs.

 Dans sa composition actuelle, l'IBPC mélange des unités à composante "moléculaire" forte, comme l'unité de Biochimie Théorique ou l'Unité de Physico-Chimie Moléculaire des Membranes Biologiques et des Unités plus "physiologiques", comme l'Unité de Physiologie Membranaire et Moléculaire du Chloroplaste, l'Unité de Régulation de l'Expression Génétique chez les Microorganismes ou l'Unité de Biologie Cellulaire et Moléculaire de la Sécrétion. Cependant, la vision générale est la même dans toutes ces composantes : les "molécularistes" ne conçoivent pas leurs recherches sans une mise en perspective physiologique et, inversement, les "physiologistes" recherchent l'appui de la physique et de la chimie, soit sous la forme de la biologie structurale soit par une participation à l'interface physique/chimie/biologie.

" Dans la période récente, les démarches conceptuelles des différentes Unités présentent une convergence qui s'affirme de manière de plus en plus nette avec la progression de nos connaissances. Les différents thèmes de recherche sont abordés en associant étroitement les préoccupations fonctionnelles et structurales et en coordonnant les informations obtenues à tous les niveaux d'intégration, depuis le moléculaire jusqu'au cellulaire. La préoccupation commune est d'éviter une approche exclusivement réductionniste, impuissante à rendre compte de la complexité des phénomènes du vivant. L'étude des propriétés fonctionnelles et structurales des macromolécules est donc associée à une analyse des interactions moléculaires qui déterminent la structure et la régulation de l'activité des appareils multienzymatiques. Cette démarche impose une approche résolument multidisciplinaire, associant une grande variété de méthodologies relevant de la physico-chimie, de la biochimie expérimentale et théorique ou de la génétique et de la biologie moléculaire ".
[Pierre Joliot, Directeur de l'Institut de Biologie Physico-Chimique (1997-2001)]

Jean-Pierre HENRY (Directeur de l'IBPC 2002-2006)

Vous pouvez lire également le document de Michel MORANGE, (professeur, membre du Laboratoire de régulation de l’expression génétique à l’École normale supérieure Ulm et directeur du Centre Cavaillès d’histoire et de philosophie des sciences de l’ENS)  «L’Institut de biologie physico-chimique de sa fondation à l’entrée dans l’ère moléculaire», La Revue pour l’histoire du CNRS, N°7 - Novembre 2002, mis en ligne le 17 octobre 2006  http://histoire-cnrs.revues.org/document538.html