Osamu Shimomura : Le chimiste qui a extrait la lumière des méduses

À l'été 1961, sur les eaux de Friday Harbor, dans l'État de Washington, un chimiste japonais et son mentor américain ont ramassé deux à trois mille méduses par jour dans le Puget Sound et ont continué jusqu'à ce qu'ils aient fait passer environ cinquante mille animaux sur leur paillasse. "Notre laboratoire ressemblait à une usine et était imprégné d'une odeur de méduse", se souvenait Shimomura. Il a répété une version de ce rituel pendant dix-neuf étés, ramenant des centaines de milliers de spécimens. Ce qu'il a finalement extrait de cette bouillie a donné à la biologie sa lampe la plus utile.

Un éclair au-dessus de Nagasaki

Fils d'un officier de l'Armée impériale japonaise, il est né le 27 août 1928 à Fukuchiyama, à Kyoto, et a suivi les affectations de son père — Mandchoukouo, puis Osaka — avant que la famille ne s'installe à Isahaya, dans la préfecture de Nagasaki. Il avait seize ans en août 1945 quand la guerre est arrivée du ciel. À vingt-cinq kilomètres de l'épicentre, il a entendu le bombardier Bockscar avant la détonation ; l'éclair l'a rendu aveugle pendant environ trente secondes, et la pluie noire radioactive est tombée sur lui par la suite. Sa scolarité avait déjà été mise en pièces par la guerre. Sa grand-mère, qui l'a élevé avec des notions samouraïs d'honneur et de fortitude, lui a transmis le tempérament que la salle de classe ne lui avait pas apporté.

L'université qui l'a admis sans diplôme

En 1948, le Collège de pharmacie de Nagasaki l'a admis sans diplôme d'études secondaires, un acte de clémence institutionnelle qui a déterminé le reste de sa vie. Il a obtenu un diplôme de pharmacie en 1951 de ce qui est aujourd'hui l'École des sciences pharmaceutiques de l'Université de Nagasaki et y est resté comme assistant de laboratoire jusqu'en 1955, un travail sans plafond évident. Ce qui a changé les choses, c'est une présentation à Yoshimasa Hirata à l'Université de Nagoya, qui l'a pris sous son aile et lui a confié un problème qui avait fait échouer des chimistes mieux qualifiés : pourquoi les restes broyés et séchés de la luciole de mer Vargula hilgendorfii brillent en bleu lorsqu'on les mouille.

Dix mois, un cristal

La mission était censée l'occuper. Elle l'a occupé pendant dix mois, au terme desquels il a obtenu de la luciférine cristalline pure — la molécule émettrice de lumière elle-même, isolée en 1957 à partir d'un extrait notoirement instable qui s'oxydait dès qu'il était manipulé. L'article, "Crystalline Cypridina luciferin" dans le Bulletin of the Chemical Society of Japan, était un exploit technique qui a circulé bien au-delà du Japon. Nagoya lui a décerné une maîtrise en chimie organique en 1958 et, en 1960, un doctorat pour une thèse sur la structure de la luciférine de la luciole de mer. Il était entré à l'université sans certificat de fin d'études secondaires et en était sorti avec un doctorat et une réputation internationale pour avoir accompli manuellement l'impossible.

L'usine à méduses

Frank Johnson, à Princeton, a lu l'article sur la luciférine et l'a recruté ; Shimomura est arrivé en 1960 avec une bourse Fulbright. Johnson l'a mis au travail sur Aequorea victoria, la méduse cristalline, dont personne ne pouvait expliquer le bord brillant. Les animaux devaient être capturés dans la nature, le travail se déplaçait donc chaque été vers les laboratoires Friday Harbor de l'Université de Washington. L'échelle était industrielle et la chimie était misérable — le matériau produisant la lumière se dégradait rapidement et les rendements étaient infimes.

En 1962, le travail a porté ses fruits à deux reprises. Shimomura a isolé l'aequorine, une protéine qui émet de la lumière bleue lorsque le calcium s'y lie, et à ses côtés une seconde protéine mineure qui présentait une fluorescence verte. La verte était, pendant des années, une réflexion après coup — une curiosité remarquée tout en poursuivant la bleue. C'était la protéine fluorescente verte.

La protéine qui portait sa propre lampe

L'intuition décisive est venue plus tard, lorsque Shimomura a compris la chimie plutôt que simplement l'existence de la GFP, en cartographiant la structure des protéines en 1972. Il a montré que le chromophore émetteur de lumière de la GFP est intégré dans sa propre chaîne peptidique — la protéine fabrique sa propre lampe, ne nécessitant aucun substrat externe, aucun cofacteur, aucune molécule empruntée. Ce fait structurel unique est ce qui a rendu tout le reste possible. Parce que l'appareil lumineux était codé dans la séquence protéique, le gène pouvait être cloné et introduit dans n'importe quel organisme, où il brillerait de lui-même. Martin Chalfie a démontré la GFP comme une étiquette vivante ; Roger Tsien a conçu la palette de couleurs qui en a fait un instrument général. En 2008, les trois ont partagé le prix Nobel de chimie, d'une valeur d'environ 1,4 million de dollars, "pour la découverte et le développement de la protéine fluorescente verte, GFP".

Shimomura a également donné gratuitement son matériau si difficilement acquis. Avant que le génie génétique ne rende la GFP reproductible, il a distribué ses stocks de protéines récoltés avec peine aux laboratoires du monde entier sans rien demander en retour.

Le professeur le plus absent de Boston

Il a passé la majeure partie de sa carrière en tant que scientifique principal au Marine Biological Laboratory de Woods Hole, avec un poste de professeur de physiologie à la faculté de médecine de l'Université de Boston qu'il traitait comme une formalité : selon l'université elle-même, il a mis les pieds sur le campus trois fois entre 1982 et 2001, et les administrateurs n'ont découvert qu'il avait pris sa retraite que lorsque l'annonce du Nobel a forcé la question. Il a continué à travailler sur la bioluminescence longtemps après que le domaine soit passé aux outils qu'il avait rendus possibles, et a écrit la monographie de référence, Bioluminescence: Chemical Principles and Methods, ainsi que des mémoires en japonais, Learning from Jellyfish: The Path to the Nobel Prize. Sa femme Akemi, une chimiste organicienne qu'il a rencontrée à Nagasaki, a été sa partenaire de recherche pendant des décennies. Leur fils Tsutomu est devenu un spécialiste de la sécurité informatique connu pour avoir aidé à attraper le pirate Kevin Mitnick ; leur fille Sachi est médiéviste à la Virginia Commonwealth University.

Pourquoi Osamu est appelé un génie

La qualité démontrée ici n'est pas un feu d'artifice conceptuel. C'est une capacité presque pathologique de purification — la capacité d'extraire une molécule fragile et autodestructrice d'un océan de boue biologique, et de le faire de manière répétée, à grande échelle, alors que le matériau de tous les autres s'était déjà oxydé. Cristalliser la luciférine de Cypridina en dix mois, après que d'autres aient échoué pendant des années, est un exploit artisanal d'abord et intellectuel ensuite, et Shimomura aurait été le premier à le dire. Sa propre explication de sa carrière était une simple persévérance : "J'ai appris que tout problème difficile peut être résolu par un grand effort."

La prétention intellectuelle repose sur une chose, et elle est de taille. Reconnaître que la GFP contient son propre chromophore à l'intérieur de sa chaîne peptidique — qu'aucune autre molécule n'est nécessaire — était le pas conceptuel que personne d'autre n'avait franchi concernant une protéine, et c'est la raison pour laquelle le gène a pu être cloné plus tard et utilisé comme un rapporteur universel. Tout ce que le monde de la biotechnologie fait avec les étiquettes fluorescentes découle de cette observation.

Le contre-argument honnête est que Shimomura l'a fait lui-même. Il a insisté à plusieurs reprises sur le fait qu'il "n'avait ni essayé ni eu l'intention de découvrir" un marqueur biologique, et a utilisé son propre Nobel pour défendre la valeur de la recherche fondamentale sans but pratique. Il n'a pas construit l'outil ; Chalfie et Tsien l'ont fait. Ses collègues décrivaient un homme humble, à la voix douce, qui pensait que la sérendipité et l'endurance expliquaient plus de choses que le génie. Appelez cela le génie des mains et d'une attention incessante, pas de la théorie.

Héritage

La GFP est désormais si courante dans les laboratoires que son histoire d'origine s'est estompée : chaque neurone brillant, cellule tumorale et essai d'expression génique remonte à des seaux de méduses sur un quai de Washington. Shimomura a reçu des honneurs tardivement — le prix Pearse en 2004, le prix Asahi en 2006, l'Ordre de la Culture du Japon en 2008, le prix Golden Goose en 2012, l'élection à l'Académie nationale des sciences des États-Unis en 2013. Il est décédé d'un cancer le 19 octobre 2018 à Nagasaki, à l'âge de 90 ans, dans la ville dont il avait observé la destruction enfant.