L’expérience Avery-MacLeod-McCarty est une démonstration expérimentale, rapportée en 1944 par Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty, que l’ADN est la substance qui provoque la transformation bactérienne, à une époque où l’on croyait généralement que c’étaient les protéines qui remplissaient la fonction de transport de l’information génétique (le mot même de protéine ayant été inventé pour indiquer la croyance que sa fonction était primordiale). Il s’agit de l’aboutissement des recherches menées dans les années 1930 et au début du XXe siècle à l’Institut Rockefeller pour la recherche médicale afin de purifier et de caractériser le « principe transformateur » responsable du phénomène de transformation décrit pour la première fois dans l’expérience de Griffith en 1928 : des Streptococcus pneumoniae morts de la souche virulente de type III-S, injectés avec des pneumocoques vivants mais non virulents de type II-R, provoquaient une infection pneumococcique létale de type III-S. Dans leur article intitulé « Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types : Induction of Transformation by a Deoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III », publié dans le numéro de février 1944 du Journal of Experimental Medicine, Avery et ses collègues suggèrent que l’ADN, plutôt que les protéines comme on le croyait à l’époque, pourrait être le matériel héréditaire des bactéries et pourrait être analogue aux gènes et/ou aux virus dans les organismes supérieurs.
Avec le développement du typage sérologique, les chercheurs médicaux ont pu classer les bactéries en différentes souches ou types. Lorsqu’une personne ou un animal de laboratoire (par exemple une souris) est inoculé avec un type particulier, une réponse immunitaire est déclenchée et génère des anticorps qui réagissent spécifiquement avec les antigènes bactériens. Le sérum sanguin contenant les anticorps peut ensuite être extrait et appliqué à des bactéries cultivées. Les anticorps réagiront avec d’autres bactéries du même type que l’inoculation d’origine. Fred Neufeld, bactériologiste allemand, a découvert les types de pneumocoques et le typage sérologique. Jusqu’aux études de Frederick Griffith, les bactériologistes pensaient que les types étaient fixes et immuables d’une génération à l’autre.
L’expérience de Griffith, rapportée en 1928, a permis de déterminer qu’un « principe de transformation » des bactéries pneumococciques pouvait les faire passer d’un type à l’autre. Griffith, médecin britannique, avait passé des années à appliquer le typage sérologique à des cas de pneumonie, une maladie souvent mortelle au début du XXe siècle. Il a découvert que plusieurs types – certains virulents et d’autres non – étaient souvent présents dans un cas clinique de pneumonie et a pensé qu’un type pouvait se transformer en un autre (au lieu que plusieurs types soient simplement présents en permanence). En testant cette possibilité, il a constaté que la transformation pouvait se produire lorsqu’on injectait à des souris des bactéries mortes d’un type virulent et des bactéries vivantes d’un type non virulent : les souris développaient une infection fatale (habituellement causée uniquement par des bactéries vivantes du type virulent) et mouraient, et les bactéries virulentes pouvaient être isolées à partir de ces souris infectées.
Les résultats de l’expérience de Griffith ont été rapidement confirmés, d’abord par Fred Neufeld à l’Institut Koch et par Martin Henry Dawson à l’Institut Rockefeller. Une série de chercheurs de l’Institut Rockefeller ont continué à étudier la transformation dans les années qui ont suivi. Avec Richard H.P. Sia, Dawson a mis au point une méthode de transformation des bactéries in vitro (plutôt qu’in vivo, comme l’avait fait Griffith). Après le départ de Dawson en 1930, James Alloway a tenté d’étendre les découvertes de Griffith, ce qui a abouti à l’extraction de solutions aqueuses du principe de transformation en 1933. Colin MacLeod a travaillé sur la purification de ces solutions de 1934 à 1937, et le travail a été poursuivi en 1940 et achevé par Maclyn McCarty.
Travail expérimental
Le pneumocoque se caractérise par des colonies lisses avec une capsule de polysaccharide qui induit la formation d’anticorps ; les différents types sont classés en fonction de leur spécificité immunologique.
La procédure de purification d’Avery consistait d’abord à tuer les bactéries par la chaleur et à extraire les composants solubles dans le sel. La protéine est ensuite précipitée avec du chloroforme et les capsules de polysaccharides sont hydrolysées avec une enzyme. Une précipitation immunologique par des anticorps spécifiques a été utilisée pour vérifier la destruction complète des capsules. La partie active a ensuite été précipitée par fractionnement de l’alcool, ce qui a donné des brins fibreux qui ont pu être enlevés à l’aide d’un agitateur.
L’analyse chimique a montré que les proportions de carbone, d’hydrogène, d’azote et de phosphore dans cette partie active correspondaient à la composition chimique de l’ADN. Pour prouver que c’est bien l’ADN et non une petite quantité d’ARN, de protéines ou d’un autre composant cellulaire qui est responsable de la transformation, Avery et ses collègues ont eu recours à une série de tests biochimiques. Ils ont constaté que la trypsine, la chymotrypsine et la ribonucléase (enzymes qui décomposent les protéines ou l’ARN) ne l’affectaient pas, mais qu’une préparation enzymatique de « désoxyribonucléodépolymérase » (préparation brute, obtenue à partir de diverses sources animales, qui peut décomposer l’ADN) détruisait le pouvoir de transformation de l’extrait.
Les travaux de suivi en réponse aux critiques et aux défis comprenaient la purification et la cristallisation, par Moses Kunitz en 1948, d’une ADN dépolymérase (désoxyribonucléase I), et des travaux précis par Rollin Hotchkiss qui ont montré que pratiquement tout l’azote détecté dans l’ADN purifié provenait de la glycine, un produit de dégradation de la base nucléotidique adénine, et que la contamination protéique non détectée était au maximum de 0,02 % selon l’estimation de Hotchkiss.