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The repressor


The PA JA MO-PA JA MA experiment
François Jacob Scientist
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[Q] And the first experiment that you did together with Monod, and which was sort of at the origin of the Operon, was that famous experiment called PA JA MO-PA JA MA...

Arthur Pardee was doing an internship, well, a post-doc, not post-doc... on sabbatical, on sabbatical that's it. He came over on sabbatical to Monod's laboratory for a year. With Monod we reached... after having worked together for several months, we had reached the conclusion that we needed to use the conjugation system where we...

[Q] Did I talk about conjugation or not?

Well, we need to talk about it. No. Well, you talked a little about conjugation but not really why it might have been a tool... Conjugation had an astonishing virtue, being that there was the injection of the donor chromosome inside the receiver and we could, by separating the happy couples. We would cut the chromosome and be able to find... and with Wollman, we noticed that the chromosome went in through one end and progressed linearly at more or less constant speed. So, on the one hand, we could make a genetic map, not only through cross breeding and through genetic distance, but also through the injection time of certain markers with a specific pair of bacteria.

So, the lactose of which Monod had located the genes, there were several genes. There was an enzyme that split lactose into glucose and galactose, which is called galactosidase. And there was a permease. There was another protein whose use no one knew which was called acetylase. All of it was determined by three adjacent genes on the chromosome and regulation was practised by a close but distinct gene, called I for inducible. And so the question was... with Wild-type Coli, the synthesis of these proteins, galactosidase and so on, only happens in the presence of lactose or galactoside. They are said to be inducible. But there are mutants which make these proteins, even in the absence of inductors, and that are said to be constituents. So the first thing was to know... the first idea was... until then Monod's idea had been that the constituents were making an internal inductor. We studied the question and by cross-breeding we noticed that what was dominating, wasn't the constituent called I-, but the inductor called I+. With the transitory diploid I+/I-, the system was reprimanded. Which meant that the dominant was I+ and that the gene was making what we called a repressor.

[Q] Who had the idea for this experiment, to use conjugation to...?

With Monod, we decided it as soon as we saw that... the analysis of the conjugation was done with Wollman. But it became clear when we analysed the conjugation, that we could show that there was a chromosome that went in at constant speed starting at one end, and that markers could be located according to the time of entry, it became an exceptional system for the analysis of cellular functions. We placed the lactose-galactosidase system in the conjugation mechanism and we tried to analyse it like that.

[Q] And did Monod accept the idea of the repressor quickly? Or did he still hesitate to abandon the previous model?

He hesitated a little, but he was curious, because he still didn't like to abandon his ideas to adopt those of others, he really didn't like that. But at the same time, once he had accepted that it was necessary, he became an ardent believer in the new model. Meaning that at the beginning, he wasn't very interested, but very quickly he became very much in favour of it.

[Q] Et la première expérience que vous aviez fait ensemble, avec Monod, et qui justement était un peu à l'origine de l'opéron, c'est cette fameuse expérience appelée PA JA MO-PA JA MA...

Arthur Pardee était venu en stage, enfin en post-doc, pas post-doc... en sabbatique, en sabbatique c'est ça. Il était venu en sabbatique chez Monod pendant un an. On en était arrivé avec Monod, après avoir travaillé ensemble pendant déjà plusieurs mois, on en été arrivé à la conclusion qu'il fallait utiliser le système de la conjugaison où on...

[Q] Ça j'ai raconté la conjugaison ou pas?

Ah ben, alors il faut raconter. Non. Enfin vous avez raconté un petit peu la conjugaison mais pas vraiment pourquoi ça a pu être un outil... Alors la conjugaison avait une vertu étonnante, c'est qu'il y avait l'injection du chromosome donneur dans le receveur, et on pouvait, en séparant les couples heureux, on coupait le chromosome et on pouvait repérer... Et on a constaté comme ça, avec Wollman, que le chromosome entrait par un bout et progressait linéairement à vitesse plus ou moins constante. Donc, on pouvait, d'une part, faire un repérage génétique, non seulement par des croisements et par des distances génétiques, mais par le temps d'injection d'un certain marqueur avec un certain couple de bactéries.

Donc, le lactose dont Monod avait repéré les gènes, il y avait plusieurs gènes. Il y avait un enzyme qui coupait le lactose en glucose et galactose, ça s'appelle la galactosidase. Et puis il y avait une perméase. Et puis il y avait une autre protéine dont personne ne savait à quoi elle servait qui s'appelait l'acétylase. Et le tout était déterminé par trois gènes adjacents sur le chromosome et la régulation s'exerçait par un gène proche, mais distinct, qu'on appelait I pour inductible. Et la question était donc... Chez le Coli sauvage, la synthèse de ces protéines, la galactosidase et autre, n'est faite qu'en présence de lactose ou d'un galactoside. Ils sont dits inducteurs. Mais il y a des mutants qui font ces protéines, même en l'absence d'inducteur, et qui sont dits constitutifs. Alors la première question a été de savoir... La première idée a été, l'idée de Monod était jusque-là que les constitutifs faisaient un inducteur interne. Alors on a étudié la question et en faisant des croisements, on s'est aperçu que ce qui était dominant, ce n'était pas le constitutif qu'on appelait I-, mais l'inductible qu'on appelait I+. Chez les diploïdes transitoires I+/I-, le système était réprimé. Donc, ça voulait dire que le dominant était I+, et que ce gène fabriquait ce qu'on a appelé un répresseur.

[Q] Qui avait eu l'idée de cette expérience, d'utiliser la conjugaison au fond pour...?

Avec Monod, on l'a décidée dès qu'on a vu que... L'analyse de la conjugaison s'est faite avec Wollman. Mais il a été clair que quand on a eu décortiqué la conjugaison, qu'on pouvait montrer qu'il y avait un chromosome qui pénétrait à vitesse constante, en commençant par un bout et qu'on pouvait repérer les marqueurs par le temps d'entrée, ça devenait un système exceptionnel pour l'analyse de fonctions cellulaires. Donc, on a mis le système lactose... galactosidase dans la mécanique de conjugaison et on a essayé d'analyser ça comme ça.

[Q] Et est-ce que Monod a accepté vite l'idée du répresseur? Ou il a quand même hésité à abandonner son précédent modèle?

Il a hésité un petit peu, mais il était curieux, parce que à la fois il n'aimait pas abandonner ses idées pour adopter celle des autres, ça il n'aimait pas du tout. Mais en même temps, une fois qu'il avait constaté que c'était nécessaire, il devenait un ardent défenseur du nouveau système. C'est-à-dire que au début, il n'était pas très chaud, mais très vite, il est devenu très très pour.

François Jacob (1920-2013) was a French biochemist whose work has led to advances in the understanding of the ways in which genes are controlled. In 1965 he was awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine, together with Jacque Monod and André Lwoff, for his contribution to the field of biochemistry. His later work included studies on gene control and on embryogenesis. Besides the Nobel Prize, he also received the Lewis Thomas Prize for Writing about Science for 1996 and was elected a member of the French Academy in 1996.

Listeners: Michel Morange

Michel Morange is a professor of Biology and Director of the Centre Cavaillès of History and Philosophy of Science at the Ecole Normale Supérieure. After having obtained a Bachelor in biochemistry and two PhDs, one in Biochemistry, the other in History and Philosophy of Science, he went on to join the research unit of Molecular Genetics headed by François Jacob, in the Department of Molecular Biology at the Pasteur Institute, Paris. Together with Olivier Bensaude, he discovered that Heat Shock Proteins are specifically expressed on the onset of the mouse zygotic genome activation. Since then he has been working on the properties of Heat Shock Proteins, their role in aggregation and on the regulation of expression of these proteins during mouse embryogenesis. He is the author of 'A History of Molecular Biology' and 'The Misunderstood Gene'.

Michel Morange est généticien et professeur à L'Université Paris VI ainsi qu'à l'Ecole Normale Supérieure où il dirige le Centre Cavaillès d'Histoire et de Philosophie des Sciences. Après l'obtention d'une license en Biochimie ainsi que de deux Doctorats, l'un en Biochimie, l'autre en Histoire et Philosophie des Sciences, il rejoint le laboratoire de Génétique Moléculaire dirigé par le Professeur François Jacob à l'Institut Pasteur. Ses principaux travaux de recherche se sont portés sur l'Histoire de la Biologie au XXème siècle, la naissance et le développement de la Biologie Moléculaire, ses transformations récentes et ses interactions avec les autres disciplines biologiques. Auteur de "La Part des Gènes" ainsi que de "Histoire de la Biologie Moléculaire", il est spécialiste de la structure, de la fonction et de l'ingénerie des protéines.

Tags: Arthur Pardee, Quand Monod

Duration: 4 minutes, 53 seconds

Date story recorded: October 2004

Date story went live: 24 January 2008