Theodor Svedberg : Le chimiste qui a fait tourner les molécules jusqu'à l'immobilité

À 42 000 tours par minute, générant des forces cent mille fois supérieures à la gravité terrestre, l'ultracentrifugeuse de Theodor Svedberg pouvait faire ce qu'aucun microscope de son époque ne pouvait : trier les molécules par poids, en les regardant se déposer à travers une solution en temps réel et révélant, pour la première fois, que les protéines n'étaient pas les agrégats chimiques lâches que beaucoup de scientifiques supposaient, mais des molécules précises et uniformes avec des poids moléculaires définis.

Un début rapide à Uppsala

Theodor Svedberg est né le 30 août 1884 à Valbo, en Suède. Il s'est inscrit à l'Université d'Uppsala en 1904, et son ascension y fut remarquablement rapide : il a obtenu une licence en 1905, une maîtrise en 1907 et un doctorat en 1908 — terminant son doctorat en environ trois ans après ses débuts — avant de devenir docent puis, en 1912, chef du département de chimie physique. Il a atteint le rang de professeur titulaire à l'âge de vingt-huit ans, un âge inhabituellement jeune pour ce poste, et est resté titulaire de la chaire de chimie physique à Uppsala jusqu'en 1949.

Colloïdes, mouvement brownien et un nouveau type de machine

La réputation scientifique initiale de Svedberg s'est bâtie sur la chimie des colloïdes — l'étude des particules finement dispersées en suspension dans une autre substance, comme la fumée dans l'air ou les protéines dans l'eau — un domaine encore mal compris au début du XXe siècle. Ses travaux expérimentaux sur les systèmes colloïdaux ont aidé à fournir des preuves à l'appui des théories du mouvement brownien qu'Albert Einstein et Marian Smoluchowski avaient élaborées mathématiquement quelques années plus tôt, reliant la danse erratique des particules microscopiques à la réalité des molécules et des atomes à une époque où leur existence était encore empiriquement confirmée. Cette base dans la science des colloïdes a conduit directement à son invention emblématique. Pendant un professorat à l'Université du Wisconsin-Madison à partir de 1923, Svedberg a développé l'ultracentrifugeuse analytique, une machine qui faisait tourner les échantillons à une vitesse extraordinaire pour séparer et mesurer les particules en fonction de la rapidité avec laquelle elles se déposaient sous une force centrifuge énorme. Fonctionnant jusqu'à 42 000 tours par minute et générant environ 100 000 fois la force de la gravité terrestre, l'instrument a permis à Svedberg de mesurer le poids et la forme moléculaires avec une précision qu'aucune technique précédente n'avait atteinte, et il l'a utilisée pour démontrer que les protéines pures pouvaient être distinguées les unes des autres par leur comportement de sédimentation distinct — preuve que les protéines étaient des molécules discrètes et bien définies plutôt que les agrégats colloïdaux variables que certains chimistes avaient supposés.

Un Nobel pour l'ensemble d'une œuvre

L'Académie royale des sciences de Suède a décerné à Svedberg le prix Nobel de chimie en 1926 pour ses travaux sur les systèmes dispersés, incluant largement la chimie des colloïdes et des protéines. Svedberg lui-même a plus tard réfléchi avec une certaine ambivalence sur l'étendue de la citation, notant que le prix ne reconnaissait pas une seule découverte mais, comme il l'a dit, "plus ou moins l'ensemble de mon œuvre". Cette étendue est elle-même un marqueur de la place centrale que ses méthodes expérimentales avaient prise dans la chimie physique moins de deux décennies après son doctorat. L'unité adoptée plus tard pour mesurer la vitesse à laquelle les particules sédimentent dans une centrifugeuse — le svedberg, abrégé S, égal à dix puissance moins treize secondes — a été nommée en son honneur et reste une utilisation standard en biochimie aujourd'hui, plus familièrement dans la dénomination des sous-unités d'ARN ribosomique, telles que les sous-unités 30S et 50S des ribosomes bactériens.

Carrière ultérieure et virage vers la chimie nucléaire

Après avoir quitté sa chaire de chimie à Uppsala en 1949, Svedberg n'a pas pris sa retraite mais a redirigé ses énergies vers la science nucléaire, dirigeant l'Institut Gustaf Werner — un centre de recherche construit autour de l'un des premiers accélérateurs de particules de Suède — jusqu'en 1967, alors qu'il était âgé de plus de quatre-vingts ans. En cours de route, il a récolté d'autres reconnaissances internationales, notamment son élection comme membre étranger de la Royal Society en 1944, membre de l'Académie nationale des sciences des États-Unis en 1945, et la médaille Franklin en 1949, en plus du prix Björkénska de Suède, qu'il a reçu trois fois au cours de sa carrière. Ses collègues qui ont travaillé avec lui l'ont décrit comme un scientifique méthodique et techniquement inventif, plus intéressé par la précision expérimentale et la reproductibilité que par la théorisation abstraite, avec une perspective internationale qui a aidé ses méthodes à se répandre rapidement au-delà de la Suède.

Une vie en dehors du laboratoire

La vie personnelle de Svedberg était aussi non conventionnelle que sa carrière était distinguée : il s'est marié quatre fois et a eu douze enfants au total. En dehors de la chimie, il a poursuivi la peinture, la botanique et la photographie comme passe-temps sérieux, exposant des aquarelles de paysages et des études de la nature tirées de ses voyages autour de la Suède et en Amérique du Sud — des intérêts qui suggèrent un tempérament d'observation transposé du laboratoire vers le monde naturel.

Pourquoi Theodor est qualifié de génie

Le cas de génie de Svedberg repose carrément sur la construction d'instruments plutôt que sur la théorie pure : il n'a pas dérivé une nouvelle loi de la nature autant qu'il a inventé une machine suffisamment précise pour permettre à la nature de montrer aux chimistes quelque chose qu'ils ne pouvaient pas voir autrement. Faire tourner un échantillon assez vite, et mesurer son comportement assez finement, pour trier les molécules par poids nécessitait à la fois une compréhension inhabituelle de la chimie physique et une véritable persistance en ingénierie — l'ultracentrifugeuse a subi des années de perfectionnement mécanique avant de devenir un instrument scientifique fiable. C'est un génie de la méthode et de la précision plutôt que d'un bond conceptuel unique, et il est révélateur que même la citation du comité Nobel couvrait l'ensemble de son programme de recherche plutôt qu'une découverte isolée, une étendue que Svedberg lui-même a trouvé légèrement inconfortable à accepter. La complication honnête est que Svedberg s'est appuyé sur les fondements théoriques existants posés par Einstein et Smoluchowski sur le mouvement brownien plutôt que d'être à l'origine de la physique sous-jacente lui-même ; sa contribution singulière a été de traduire cette théorie en une technique expérimentale fonctionnelle et répétable qui a transformé la chimie des protéines en une science quantitative. C'est de l'artisanat et de la rigueur, au plus haut niveau, plus qu'un éclair de génie unique.

Héritage

Svedberg est décédé le 25 février 1971 à Kopparberg, en Suède, après avoir passé ses deux dernières décennies à diriger la recherche nucléaire après quatre décennies à remodeler la chimie physique. Le laboratoire Svedberg à l'Université d'Uppsala porte son nom aujourd'hui, et l'unité svedberg qu'il a offerte à la biochimie reste en usage quotidien dans les laboratoires du monde entier, une petite trace permanente de la machine qui a permis pour la première fois aux scientifiques de voir les molécules se trier par poids.