Avoir besoin de vitamine C dans son alimentation, cela semble aller de soi. Pourtant, la plupart des mammifères n’en ont pas besoin : ils la fabriquent eux-mêmes. Si nous devons la trouver dans les fruits, les légumes et les feuilles, c’est parce que nous portons tous un gène en panne.
Cette panne est ancienne, partagée par toute l’humanité et par tous les singes. Et elle n’a longtemps eu aucune conséquence.
La réponse en moins d’une minute, dans le Short :
Et en détail, ci-dessous.
Une chaîne de fabrication dans le foie
La vitamine C, ou acide ascorbique, est fabriquée par la grande majorité des vertébrés. Chez les mammifères, cette fabrication a lieu dans le foie. Le point de départ est un sucre, le glucose, transformé en plusieurs étapes, chacune assurée par une enzyme.
La dernière enzyme de cette chaîne s’appelle la L-gulono-γ-lactone oxydase, abrégée GULO. Elle est codée par le gène GULO.
Ce détail a son importance. Dans tous les cas étudiés, les espèces incapables de fabriquer la vitamine C ont un gène GULO abîmé. Une explication probable : perdre cette dernière étape ne touche que la vitamine C, et rien d’autre. Une enzyme placée plus tôt dans la chaîne servirait aussi à d’autres voies, et sa perte aurait d’autres conséquences.
Chez nous, le gène est encore là, mais en ruine
On entend parfois que les humains ont « perdu le gène » de la vitamine C. Ce n’est pas tout à fait cela. Le gène est toujours présent dans notre ADN, sur le chromosome 8 (en 8p21.1). Mais il ne fonctionne plus.
Un gène GULO fonctionnel de vertébré compte 12 exons. Chez l’humain, il n’en reste que 5 : sept exons sur douze ont disparu. Et les cinq exons restants sont eux-mêmes très abîmés. En les comparant au gène fonctionnel du rat, on y trouve :
- deux délétions d’une seule base et une délétion de trois bases ;
- une insertion d’une base ;
- deux codons stop, qui interrompraient la lecture ;
- de nombreuses substitutions, c’est-à-dire des bases remplacées par d’autres.
Un gène dans cet état porte un nom : c’est un pseudogène. Il ne permet plus de fabriquer d’enzyme GULO fonctionnelle. D’ailleurs, le symbole officiel du gène humain est GULOP, le « P » signalant le pseudogène ; on garde ici GULO, le nom qu’emploient les études sur le sujet.
Une ruine partagée par tous les singes
Toute l’humanité porte ce pseudogène. Ce n’est pas une particularité de certaines personnes : c’est un trait de l’espèce.
Et nous ne sommes pas seuls. Les singes, qu’on appelle aussi primates anthropoïdes (dont nous faisons partie), ont tous perdu la capacité de fabriquer la vitamine C. Une étude a comparé un même exon de GULO, l’exon X, chez l’humain, le chimpanzé, l’orang-outan et le macaque. Chez les quatre, on retrouve la même base en moins, et des substitutions dispersées au hasard sur toute la séquence : la signature typique d’un pseudogène, qui accumule les changements sans que rien ne les trie.
Attention, « singes » ne veut pas dire « tous les primates ». Les lémuriens, qui sont des primates mais pas des singes, ne font pas partie des lignées qui ont perdu cette capacité.
Depuis quand ?
En comparant les séquences de GULO entre espèces, on peut estimer à quel moment le gène a cessé d’être utile, et donc cessé d’être préservé par la sélection. Pour les singes, l’inactivation est estimée à environ 61 millions d’années. C’est une estimation, cohérente avec d’autres méthodes, et ce qu’elle date, c’est l’extinction du gène, pas un fossile ou un ancêtre précis.
Il faut aussi nuancer le « une mutation » du titre. On ne sait pas quelle mutation a éteint le gène au départ. Ce qu’on sait, c’est qu’une fois éteint, il a accumulé de nombreuses autres mutations, puisque plus rien ne les éliminait. La ruine actuelle est le résultat de cette longue accumulation.
Pas un cas isolé
La perte s’est produite plusieurs fois, indépendamment, chez les mammifères. Fabriquer la vitamine C est un caractère ancestral des mammifères, perdu dans trois lignées : les singes, le cobaye et des chauves-souris.
- Le cobaye a perdu son propre gène GULO de son côté, il y a environ 14 millions d’années selon la même méthode d’estimation. Chez lui, ce sont le 1ᵉʳ et le 5ᵉ exon, et une partie du 6ᵉ, qui ont disparu.
- Chez certaines chauves-souris, des gènes GULO inactifs ont même été réactivés au cours de l’évolution, parce que leur séquence était restée bien conservée.
Chez les singes et le cobaye, ce retour en arrière est impossible : des exons entiers ont disparu.
Pourquoi cette perte n’a rien changé
Une mutation qui supprime la fabrication d’une vitamine indispensable, cela ressemble à un handicap. Pourquoi n’a-t-elle pas été éliminée ?
Parce que l’alimentation compensait. Toutes les espèces qui ont perdu GULO ont une alimentation riche en vitamine C ; on n’en connaît aucune qui se nourrisse, par exemple, uniquement de graines. Les singes sauvages en consomment beaucoup, rapportée à leur poids : de 20 à 30 mg par kilo et par jour chez le gorille, environ 88 chez le singe hurleur, 106 chez l’atèle.
Il faut bien lire le sens de ce lien. L’alimentation riche en fruits et en feuilles n’a pas causé la perte du gène, et cette perte n’était pas non plus un avantage. Les pertes et les réactivations de GULO ne suivent pas le régime alimentaire des espèces. L’alimentation a simplement rendu la perte neutre : sans effet, donc rien ne s’opposait à ce qu’elle se transmette.
Jusqu’au jour où l’assiette change
Cette neutralité a une condition : que l’alimentation apporte assez de vitamine C. La vitamine C est un antioxydant, et elle est indispensable à la fabrication du collagène. Quand elle manque, c’est le scorbut.
L’image la plus connue est celle des marins privés de fruits frais. Au cours des cinq derniers siècles, des marins et des médecins de bord ont utilisé les oranges et les citrons pour guérir et prévenir la maladie. Sans traitement, le scorbut peut tuer. Et de tels changements d’alimentation se sont répétés au cours de l’histoire humaine, causant la mort de millions de personnes.
Précisons : ce n’est pas la mutation elle-même qui tue, c’est la carence. La mutation rend seulement cette carence possible.
Ce qu’il faut retenir
Nous portons tous, comme tous les singes, un gène GULO en ruine : un pseudogène, éteint il y a environ 61 millions d’années. Cette mutation n’est ni « bonne » ni « mauvaise » en soi. Elle est restée neutre tant que l’alimentation apportait la vitamine C, et devient grave quand l’assiette change. L’effet d’une mutation dépend aussi de l’environnement.
Cet article prolonge un Short de la série sur les mutations génétiques. Retrouvez toute la série sur la chaîne YouTube BioMolBlog. C’est un contenu de vulgarisation : il ne remplace pas un avis médical.
Sources
- Drouin G et al. The genetics of vitamin C loss in vertebrates. Current Genomics, 2011. DOI 10.2174/138920211796429736
- Nishikimi M et al. Cloning and chromosomal mapping of the human nonfunctional gene for L-gulono-gamma-lactone oxidase, the enzyme for L-ascorbic acid biosynthesis missing in man. Journal of Biological Chemistry, 1994. PMID 8175804
- Lachapelle MY, Drouin G. Inactivation dates of the human and guinea pig vitamin C genes. Genetica, 2011. DOI 10.1007/s10709-010-9537-x
- Ohta Y, Nishikimi M. Random nucleotide substitutions in primate nonfunctional gene for L-gulono-gamma-lactone oxidase, the missing enzyme in L-ascorbic acid biosynthesis. Biochimica et Biophysica Acta, 1999. DOI 10.1016/s0304-4165(99)00123-3
- Inai Y et al. The whole structure of the human nonfunctional L-gulono-gamma-lactone oxidase gene—the gene responsible for scurvy—and the evolution of repetitive sequences thereon. Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 2003. DOI 10.3177/jnsv.49.315
- Baron JH. Sailors’ scurvy before and after James Lind—a reassessment. Nutrition Reviews, 2009. DOI 10.1111/j.1753-4887.2009.00205.x