cladistique vs phénétique

L'évolution de la vie sur terre: aléatoire ou prévisible ?

L'évolution des êtres vivants met en jeu de nombreux phénomènes aléatoires tels que mutations, rencontres des ovules et spermatozoïdes, accidents météorologiques, etc... Notre monde vivant est-il donc juste une alternative parmi tant d'autres ? Dans une étude publiée dans la revue Interface Focus, Virginie Orgogozo à l'Institut Jacques Monod, revisite la question à la lumière des données actuelles. Elle montre qu'au cours de l'évolution de la vie sur terre, des événements se répètent et semblent prévisibles. Si on rembobinait le film de la vie sur terre et qu'on le relançait en changeant légèrement les conditions initiales, obtiendrait-on les mêmes formes vivantes qu'aujourd'hui ?

Le paléontologue américain Stephen Jay Gould s'était posé la question dans les années 90. Il avait répondu que des formes de vie tout-à-fait différentes seraient apparues car l'évolution dépend de nombreux phénomènes aléatoires non prévisibles (mutations, impact des comètes, etc.). Depuis quelques années, certains biologistes, tel que le paléontologue anglais Simon Conway Morris, remettent en doute la réponse de Stephen Jay Gould. Ils suggèrent que même si le monde ne serait probablement pas exactement pareil, par exemple vous ne seriez pas en train de lire ce texte en ce moment précis, il aurait malgré tout un air de "déjà-vu". Par exemple, les animaux qui nagent dans un milieu liquide auraient un corps en forme de poisson, et la vision de la lumière s'effectuerait grâce à des organes spécialisés que sont les yeux.

L'évolution de la vie est-elle une simple alternative parmi tant d'autres, comme le pensait Stephen Jay Gould, ou bien est-elle prévisible ?

Virginie Orgogozo examine les données actuelles de la génétique et de l'évolution expérimentale pour tenter de répondre à la question. Les données récentes de la biologie indiquent que l'évolution se répète à plusieurs niveaux.

- Premièrement, des traits de caractère semblables sont apparus indépendamment chez différentes espèces vivant dans les mêmes conditions (c'est l'évolution convergente). Par exemple, les poissons et les ichtyosaures, des reptiles disparus, ont évolué indépendamment vers un corps en forme de poisson.

- Deuxièmement, les mêmes traits de caractère et les mêmes mutations apparaissent souvent lors d'expériences d'évolution expérimentale dans lesquelles on laisse évoluer des êtres vivants dans un environnement choisi et que l'on répète cette même expérience plusieurs fois de façon indépendante.

- Troisièmement, l'évolution indépendante du même trait de caractère chez des espèces différentes est souvent causée par des mutations dans le même gène. Par exemple, l'adaptation à une nourriture riche en amidon s'est accompagnée de mutations dans la même famille de gènes chez l'homme et chez le chien. Toutes ces répétitions sont relativement inattendues: si l'évolution était extrêmement sensible aux conditions initiales, on ne devrait pas observer tant de répétitions. Virginie Orgogozo en conclut que l'évolution de la vie sur terre n'est peut-être pas aussi aléatoire que ce qu'on aurait pu croire, et qu'il est possible de faire des prédictions concernant l'évolution des êtres vivants. Ainsi, on peut prédire qu'un mammifère vivant en région polaire va évoluer avec un pelage blanc, ou qu'une plante Arabette des dames qui fleurit plus tôt a de grandes chances d'avoir une mutation dans le gène FRIGIDA.

Comment l'évolution peut-elle être prévisible alors qu'elle met en jeu de nombreux phénomènes aléatoires ?

Virginie Orgogozo l'explique par analogie avec un gaz parfait dans un récipient. Au niveau microscopique, on ne peut prédire ni la position, ni le poids, ni la vitesse des particules. Par contre, au niveau macroscopique, on peut prédire la pression ou la température de ce gaz. Ainsi, même si les mutations apparaissent de façon non prévisible au sein des êtres vivants, on peut prédire les mutations qui ont survécu pendant de longues échelles de temps dans les populations et qui sont responsables de changements évolutifs entre espèces ou entre populations.

Plutôt que de savoir si les formes vivantes seraient différentes des nôtres si on relançait le film de l'évolution, Virginie Orgogozo préfère se demander à quel point elles seraient semblables à celles de notre monde. Répondre à cette question nécessite alors d'examiner les problèmes suivants: comment imaginer d'autres mondes possibles alors que nous sommes limités par notre imagination ? Comment estimer la probabilité d'occurrence d'événements qui ne se sont passés qu'une seule fois au cours de notre évolution ? Peut-on trouver de nouveaux concepts généraux pour prédire l'évolution ? La biologie actuelle commence à apporter des éléments de réponse. Même si il est trop tôt pour s'avancer, l'évolution de la vie sur terre pourrait être en partie prévisible.

Auteur: Orgogozo Virginie

Info: Pour plus d'information voir: Replaying the tape of life in the twenty-first century

[ probabilités ] [ spéculation ]

épigénétique

De la biologie quantique dans la photosynthèse ? La biologie actuelle en est-elle au stade où était la physique classique avant la découverte de la physique quantique ? Certains le soupçonnent depuis quelques années, et une publication récente dans Nature Communications vient d'apporter de l'eau à leur moulin. Il y aurait bien des processus quantiques derrière l'efficacité de la photosynthèse.

(On note Ψ la fameuse fonction d'onde décrivant les amplitudes de probabilité en mécanique quantique depuis les travaux de Schrödinger sur sa célèbre équation. On a de nouvelles raisons de penser que la vie exploite les lois de la mécanique quantique pour rendre certains processus plus efficaces, en particulier la photosynthèse. © Engel Group, University of Chicago - En commentaire de la photo d'une feuille au soleil)

C'est un fait bien établi que l'existence des atomes, des molécules et des liaisons chimiques ne sont pas compréhensibles en dehors des lois de la mécanique quantique. En ce sens, la physique et la chimie d'un bloc de métal ou d'une cellule sont quantiques. Mais on sait bien que le comportement de ces objets ne manifeste pas directement la nature quantique de la matière, ils font partie du monde de la physique classique. Cependant, certains phénomènes comme la supraconductivité ou la superfluidité débordent du domaine quantique d'ordinaire réservé à la microphysique pour entrer dans le monde à notre échelle. Lorsque la nécessité de la physique quantique s'est révélée aux physiciens explorant la matière et la lumière, ce fut essentiellement avec deux phénomènes qui semblaient au départ être de simples anomalies bien localisées dans l'univers de la physique classique : le rayonnement du corps noir et l'effet photoélectrique. Nous savons aujourd'hui qu'ils étaient la pointe émergée du monde quantique et que, fondamentalement, le réel est fort différent de la vision du monde bâtie par les fondateurs de la science classique comme Galilée, Descartes et Newton.

La biologie quantique pour expliquer la photosynthèse
De nos jours, les biologistes qui réfléchissent sur le fonctionnement des cellules, de l'ADN ou des neurones considèrent que ces objets sont majoritairement décrits par les lois de la physique classique. Il n'est pas nécessaire d'utiliser l'équation de Schrödinger ou les amplitudes de probabilités qu'elle gouverne pour comprendre l'origine de la vie, les mutations, l'évolution ou l'apparition de la conscience dans un cerveau. Pourtant, ces dernières années, quelques résultats expérimentaux en biologie, notamment sur la photosynthèse, semblaient défier les lois de la physique classique.

Il était et il est encore bien trop tôt pour savoir si la photosynthèse finira par être, pour une éventuelle biologie quantique, ce que le rayonnement du corps noir a été pour la physique quantique. Toutefois, Alexandra Olaya-Castro et Edward O'Reilly, des chercheurs du célèbre University College de Londres, viennent de publier dans Nature Communications un article, également disponible en accès libre sur arxiv, dans lequel ils affirment que des macromolécules biologiques utilisent bel et bien des processus quantiques pour effectuer de la photosynthèse. Jusqu'à présent, le doute planait sur l'inadéquation des processus classiques pour décrire le comportement de chromophores attachés à des protéines qu'utilisent les cellules végétales pour capter et transporter l'énergie lumineuse.

Selon les deux physiciens, certains des états de vibrations moléculaires des chromophores facilitent le transfert d'énergie lors du processus de photosynthèse et contribuent à son efficacité. Ainsi, lorsque deux chromophores vibrent, il arrive que certaines énergies associées à ces vibrations collectives des deux molécules soient telles qu'elles correspondent à des transitions entre deux niveaux d'énergie électronique des molécules. Un phénomène de résonance se produit et un transfert d'énergie en découle entre les deux chromophores.

Distributions de probabilités quantiques négatives
Or, si le processus était purement classique, les mouvements et les positions des atomes dans les chromophores seraient toujours décrits par des distributions de probabilités positives. Alexandra Olaya-Castro et Edward O'Reilly ont découvert qu'il fallait employer des distributions négatives. C'est une signature indiscutable de l'occurrence de processus quantiques. Mieux, il s'agit dans le cas présent de la manifestation d'une superposition d'états quantiques à température ambiante assistant un transfert cohérent d'énergie. On retrouve ces vibrations collectives de macromolécules dans d'autres processus biologiques comme le transfert d'électrons dans les centres de réaction des systèmes photosynthétiques, le changement de structure d'un chromophore lors de l'absorption de photons (comme dans les phénomènes associés à la vision). Selon les chercheurs, il est donc plausible que des phénomènes quantiques assistant des processus biologiques que l'on croyait classiques soient assez répandus. Si tel est le cas, on peut s'attendre à découvrir d'autres manifestations hautement non triviales de la mécanique quantique en biologie. Cela n'aurait certainement pas surpris Werner Heisenberg, et encore moins Niels Bohr qui, il y a déjà plus de 60 ans, prédisaient que l'on pourrait bien rencontrer des limites de la physique classique avec les systèmes vivants.

Auteur: Internet

Info: https://www.futura-sciences.com/. Laurent Sacco. 20- 01-2014

[ biophysique ]

confusion

1 Je lis en page quatre de mon quotidien que les campagnes de mesures au-dessus de l'Antarctique ne sont pas bonnes cette année : le trou de la couche d’ozone s’y agrandit dangereusement. En lisant plus avant, je passe des chimistes de la haute atmosphère aux P-DG d’Atochem et de Monsanto, lesquels modifient leurs chaînes de production pour remplacer les innocents chlorofluorocarbones, accusés de crime contre l’écosphère. Quelques paragraphes plus loin, ce sont les chefs d’État des grands pays industrialisés qui se mêlent de chimie, de réfrigérateurs, d’aérosols et de gaz inertes. Mais en bas de la colonne, voici que les météorologues ne sont plus d’accord avec les chimistes et parlent de fluctuations cycliques. Du coup, les industriels ne savent plus que faire. Les têtes couronnées hésitent elles aussi. Faut-il attendre ? Est-il déjà trop tard ? Plus bas, les pays du tiers monde et les écologistes ajoutent leur grain de sel et parlent de traités internationaux, de droit des générations futures, de droit au développement et de moratoires.

2 Le même article mêle ainsi réactions chimiques et réactions politiques. Un même fil attache la plus ésotérique des sciences et la plus basse politique, le ciel le plus lointain et telle usine dans la banlieue de Lyon, le danger le plus global et les prochaines élections, ou le prochain conseil d’administration. Les tailles, les enjeux, les durées, les acteurs ne sont pas comparables et pourtant les voilà engagés dans la même histoire.

3 En page six de mon quotidien, j’apprends que le virus du sida de Paris a contaminé celui du laboratoire du professeur Gallo, que MM. Chirac et Reagan avaient pourtant juré solennellement de ne pas remettre en cause l’historique de cette découverte, que les industries chimiques tardent à mettre sur le marché des médicaments réclamés à hauts cris par des malades organisés en associations militantes, que l’épidémie se répand en Afrique noire. De nouveau, des têtes couronnées, des chimistes, des biologistes, des patients désespérés, des industriels se trouvent engagés dans une même histoire incertaine.

4 En page huit, il s’agit d’ordinateurs et de puces contrôlées par les Japonais, en page neuf d’embryons congelés, en page dix de forêt qui brûle entraînant dans ses colonnes de fumées des espèces rares que certains naturalistes veulent protéger ; en page onze, de baleines munies de colliers auxquels sont accrochées des radios balises ; toujours en page onze, c’est un terril du Nord, symbole de l’exploitation ouvrière, que l’on vient de classer comme réserve écologique à cause de la flore rare qui s’y est développée. En page douze, le pape, les évêques, Roussel-Uclaf, les trompes de Fallope, les fondamentalistes texans s’assemblent autour du même contraceptif en une étrange cohorte. En page quatorze, c’est le nombre de lignes de la télévision haute définition qui rattache M. Delors, Thomson, la CEE, les commissions de standardisation, les Japonais encore, et les producteurs de téléfilms. Changez de quelques lignes le standard de l’écran, et les milliards de francs, les millions de téléviseurs, les milliers d’heures de téléfilms, les centaines d’ingénieurs, les dizaines de P-DG valsent.

5 Heureusement qu’il y a dans le journal quelques pages reposantes où l’on parle de pure politique (une réunion du parti radical), et le supplément des livres où les romans relatent les aventures exaltantes du moi profond (je t’aime, moi non plus). Sans ces pages lisses, on attraperait le tournis. C’est qu’ils se multiplient, ces articles hybrides qui dessinent des imbroglios de science, de politique, d’économie, de droit, de religion, de technique, de fiction. Si la lecture du journal quotidien est la prière de l’homme moderne, alors c’est un homme bien étrange qui prie aujourd’hui en lisant ces affaires embrouillées. Toute la culture et toute la nature s’y trouvent rebrassées chaque jour.

6 Pourtant, nul ne paraît s’en soucier. Les pages Économie, Politique, Sciences, Livres, Culture, Religion, Faits divers se partagent les maquettes comme si de rien n’était. Le plus petit virus du sida vous fait passer du sexe à l’inconscient, à l’Afrique, aux cultures de cellules, à l’ADN, à San Francisco, mais les analystes, les penseurs, les journalistes et les décideurs vous découperont le fin réseau que le virus dessine en petits compartiments propres où l’on ne trouvera que de la science, que de l’économie, que des représentations sociales, que des faits divers, que de la pitié, que du sexe. Pressez le plus innocent aérosol et vous serez dirigés vers l'Antarctique, et de là vers l’université de Californie à Irvine, les chaînes de montage de Lyon, la chimie des gaz inertes, et de là peut-être vers l’ONU, mais ce fil fragile sera rompu en autant de segments qu’il y a de disciplines pures : ne mélangeons pas la connaissance, l’intérêt, la justice, le pouvoir. Ne mélangeons pas le ciel et la terre, le global et le local, l’humain et l’inhumain. "Mais ces imbroglios font le mélange, direz-vous, ils tissent notre monde ?" — "Qu’ils soient comme s’ils n’existaient pas", répondent les analystes. Ils ont tranché le nœud gordien avec un glaive bien affuté. Le timon est rompu : à gauche la connaissance des choses, à droite l’intérêt, le pouvoir et la politique des hommes.

Auteur: Latour Bruno

Info: Nous n'avons jamais été modernes. La prolifération des hybrides. Incipit

[ binarisme simplificateur ] [ infobésité ]

recombinaison latérale

Ce que nous savons sur la façon dont l'ADN passe d'une espèce à l'autre

Si vous avez les yeux de votre père ou les taches de rousseur de votre grand-mère, vous pouvez remercier les gènes transmis au sein de votre famille. Mais les chercheurs ont commencé à reconnaître qu’à un niveau biologique plus profond, un autre type d’héritage génétique se produit également. Les gènes peuvent glisser entre individus – ou même entre espèces – grâce à un processus connu sous le nom de transfert horizontal de gènes. Cela est peut-être loin d’être quotidien dans des organismes complexes comme les humains, mais sur une échelle de temps évolutive, cela pourrait se produire beaucoup plus souvent qu’on ne le pensait.

Les transferts horizontaux de gènes sont relativement courants dans le monde bactérien, où ils jouent un rôle important dans l’évolution et l’adaptation, ainsi que dans la propagation de la résistance aux antibiotiques. En fait, les biologistes évolutionnistes ont du mal à démêler certaines des premières branches de l’arbre de vie, car le nombre élevé de transferts horizontaux entre ces anciens organismes unicellulaires a si étroitement entrelacé les lignées. Les scientifiques savent également très peu de choses sur la façon dont ce processus pourrait avoir façonné de manière significative les génomes d’organismes complexes comme les plantes et les animaux.

Pendant de nombreuses années, les scientifiques qui soutenaient que des sauts horizontaux pouvaient se produire chez des espèces multicellulaires telles que les poissons ont été critiqués par leurs pairs. Une telle migration nécessite une chaîne d'événements improbables : un gène d'un individu doit d'une manière ou d'une autre pénétrer dans les cellules germinales qui produisent les spermatozoïdes ou les ovules d'un individu d'une autre espèce. De là, il doit pénétrer dans le noyau et pénétrer dans le génome de son nouvel hôte, qui doit ensuite produire une progéniture avec ces ovules ou spermatozoïdes pour transmettre ce génome modifié. Les moteurs importants de ce processus sont souvent les éléments génétiques appelés transposons, ou " gènes sauteurs ", qui peuvent se copier et se coller à différents endroits d’un génome, ou même d’un génome vers un autre. Parfois, ils semblent le faire en pénétrant dans le corps d'un nouvel hôte à l'intérieur d'un parasite ou d'un virus. C'est un parcours qui comporte de nombreuses étapes improbables, mais la biologie moléculaire suggère que ça existe.

Des études ont identifié des cas de transferts horizontaux chez un large éventail d’animaux, notamment des poissons, des grenouilles et des serpents. Pourtant, on ne sait pas exactement dans quelle mesure les organismes eucaryotes complexes partagent ainsi des gènes avec d’autres formes de vie. Les données recueillies jusqu'à présent suggèrent qu'il est plus probable que les gènes passent des bactéries aux eucaryotes que l'inverse : des expériences montrent que lorsque les gènes eucaryotes pénètrent dans les bactéries, celles-ci les éjectent le plus souvent.

Les biologistes ont fait de nombreuses découvertes surprenantes ces dernières années sur le mouvement des gènes entre les espèces.

Quoi de neuf et remarquable

En 2022, des chercheurs ont rapporté qu’un gène appelé BovB s’était déplacé indépendamment des serpents vers les grenouilles au moins 50 fois dans diverses parties de la planète. Bizarrement, ils ont constaté que cela se produisait beaucoup plus souvent à Madagascar qu’ailleurs. On ne sait pas pourquoi. Un facteur pourrait être le nombre élevé de parasites tels que les sangsues qui vivent sur l'île et se déplacent d'hôte en hôte, transportant des séquences d'ADN acquises dans le sang qu'elles ont bu. Les preuves d'anciens transferts de gènes horizontaux sont souvent brouillées avec le temps, mais les chercheurs espèrent désormais détecter les transferts sur le fait en examinant les organismes des sources chaudes du parc national de Yellowstone.

Le transfert horizontal de gènes semble également avoir joué un rôle dans la manière dont la vie marine autour des pôles a développé – ou plutôt emprunté – des défenses pour survivre au froid glacial. Les chercheurs ont pu montrer que les harengs et les éperlans, deux groupes de poissons qui ont divergé il y a plus de 250 millions d'années, utilisent le même gène pour fabriquer des protéines qui empêchent la croissance des cristaux de glace dans leur corps. Il a fallu des décennies pour convaincre les chercheurs que le gène devait être passé du hareng à l'éperlan. On ne sait pas exactement dans quelle mesure ce type de transfert horizontal se produit entre les cellules vertébrées, mais une étude a mis en évidence au moins 975 transferts entre 307 génomes de vertébrés, principalement chez les poissons à nageoires rayonnées.

Les transferts de gènes entre espèces concernent même les humains, ou plus particulièrement nos microbiomes, les puissantes armées de micro-organismes qui occupent nos intestins et d’autres parties du corps. Le microbiome d’un bébé humain vient d’abord de sa mère. Mais étonnamment, ces dons maternels ne sont pas toujours des cellules entières. De petits fragments d'ADN provenant des bactéries de la mère peuvent passer aux bactéries du bébé par le biais de transferts de gènes horizontaux, même des mois après la naissance. Ces gènes, qui proviennent souvent de souches bactériennes utiles chez la mère, pourraient jouer un rôle important dans la croissance et le développement du bébé. Bien qu’il ne soit pas clair si les transferts horizontaux de gènes profitent directement au bébé en lui transmettant des fonctions particulières, ils pourraient être indirectement utiles en assemblant un microbiome intestinal plus performant.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/ fév 2024, Yasemin Saplakoglu

[ échange ] [ transduction ] [ HVT ]

microbiologie

Comment le microbiome* influence notre santé 

Nous ne sommes jamais seuls. En plus des 30 000 milliards de cellules humaines, notre corps abrite quelque 39 000 milliards de microbes – bactéries, champignons et protozoaires qui vivent dans nos intestins, nos poumons, notre bouche, notre nez, notre peau et ailleurs dans tout le corps. Les ensembles d’organismes présents dans et sur notre corps, le " microbiote ", font partie d’habitats microbiens plus larges, ou " microbiomes ", qui englobent tous les génomes viraux et cellulaires, les protéines codées et d’autres molécules dans leur environnement local. (Cependant,  il existe une certaine ambiguïté  dans les définitions, de sorte que l'utilisation des termes varie souvent.)

Bien que le microbiome soit récemment devenu un sujet brûlant en raison de son importance potentielle pour notre santé, ce n'est pas un concept nouveau. Certains font remonter ses origines au XVIIe siècle, lorsque le microbiologiste néerlandais Antonie van Leeuwenhoek a décrit pour la première fois de minuscules organismes qu'il avait prélevés dans sa bouche et observés sous un microscope artisanal. Tout au long des années 1900 et au début des années 2000, un certain nombre de découvertes ont attiré l'attention des gens sur les microbes vivant à l'intérieur de nous, mais ce domaine a reçu une attention accrue en 2007 lorsque les National Institutes of Health ont lancé le projet sur le microbiome humain. Depuis lors, les scientifiques ont catalogué de manière de plus en plus détaillée la biodiversité microbienne du corps humain. Ils ont découvert que les microbiomes sont distincts dans tout le corps : la composition microbienne de l’intestin, par exemple, est très différente de celle de la bouche. Ils en sont également venus à reconnaître qu’il n’existe pas de microbiome " ​​normal ". Au contraire, comme pour les empreintes digitales, chacun abrite une sélection unique d’espèces et de souches microbiennes.

Ces microbes jouent de nombreux rôles, depuis la protection contre les agents pathogènes et le réglage de nos réponses immunitaires jusqu'à la digestion des aliments et la synthèse des nutriments. Pour cette raison, lorsqu’un microbiome est désorganisé – par exemple à cause d’une mauvaise alimentation, de maladies infectieuses, de médicaments ou de facteurs environnementaux – cela peut avoir un effet d’entraînement sur notre santé. Des microbiomes malsains ont été associés au cancer, aux maladies cardiaques et pulmonaires, à l’inflammation et aux maladies inflammatoires de l’intestin. On pense même que les microbes régulent l’axe intestin-cerveau, une autoroute de communication qui relie le cerveau au système nerveux entérique, qui contrôle les intestins. Aujourd’hui, la médecine cible de plus en plus les microbiomes pour traiter diverses maladies. Par exemple, les greffes fécales contenant un microbiote sain sont parfois utilisées pour traiter des infections bactériennes graves du côlon.

Malgré une accélération de la recherche sur le microbiome au cours des dernières décennies, qui a donné naissance à de nouvelles technologies génomiques puissantes, de nombreuses questions fondamentales restent sans réponse complète. Comment acquérons-nous le microbiote et comment la communauté évolue-t-elle tout au long de notre vie ? Quel est l’impact des différents environnements et modes de vie sur le microbiome ? Comment le microbiome peut-il provoquer ou être utilisé pour traiter des maladies ? Ces questions et bien d’autres alimentent la recherche biologique et nous aident à mieux comprendre qui et ce qui fait de nous ce que nous sommes.

Quoi de neuf et remarquable

D’où vient notre microbiome ? Plusieurs études réalisées au cours de la dernière année ont donné des indications. Les bébés acquièrent la plupart de leurs microbes de leur mère à la naissance et dans les mois qui suivent. Mais il s’avère que les mères ne partagent pas seulement des organismes microbiens avec leurs bébés, elles partagent également des gènes microbiens. Dans une étude de 2022 publiée dans Cell , des scientifiques ont révélé que de courtes séquences d'ADN appelées éléments mobiles peuvent passer des bactéries de la mère aux bactéries du bébé, même des mois après la naissance. Comme je l'ai déjà signalé dans  Quanta , il est probable que ces gènes pourraient aider à développer un microbiome intestinal plus performant chez le bébé, ce qui pourrait à son tour développer davantage son système immunitaire.

La transmission ne se produit pas seulement à la naissance. En fait, les microbiomes sont incroyablement dynamiques et peuvent changer radicalement au cours de la vie d’une personne. Dans un article de Quanta publié l’année dernière, j’ai rendu compte de l’analyse mondiale la plus complète de la transmission du microbiome à ce jour. À l’aide de nouveaux outils génomiques, une équipe de biologistes italiens a retracé plus de 800 000 souches de microbes entre familles, colocataires, voisins et villages dans 20 pays. Ils ont découvert que les microbes sautent beaucoup entre les personnes, en particulier entre les conjoints et les colocataires, qui passent beaucoup de temps ensemble. Ces résultats suggèrent que certaines maladies qui ne sont pas considérées comme contagieuses pourraient avoir un aspect contagieux si elles impliquent le microbiome. Cependant, cette idée est spéculative et sera sûrement débattue et étudiée dans les années à venir.

Les connaissances sur la manière dont nous acquérons le microbiome et son impact sur notre corps ne proviennent pas uniquement d’études réalisées sur des humains. D’autres animaux possèdent également des microbiomes essentiels à leur santé et à leur développement – ​​et plusieurs études récentes ont établi des liens entre les microbes intestinaux et le cerveau. En 2019, Quanta a signalé que le comportement de peur diffère entre les souris ayant des microbiomes différents, et en 2022, nous avons rendu compte de la manière dont les microbiomes influencent les compétences sociales et la structure cérébrale du poisson zèbre.

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/ - 11 03 2024 - Yasemin Saplakogku. *Pour préciser : Le terme microbiote est suivi du nom de l'environnement dans lequel il se trouve. Par exemple, le « microbiote intestinal » fait référence au microbiote présent dans les voies intestinales. Le microbiome fait référence à l'ensemble des gènes hébergés par des micro-organismes, ce que l'on appelle le théâtre d'activité.

[ orchestre invisible du corps ] [ Des bactéries aux organes ]

polypeptides

Les biologistes dévoilent les formes moléculaires de la vie

On vous décrit la quête visant à comprendre comment les protéines se plient rapidement et élégamment pour prendre des formes qui leur permettent d'effectuer des tâches uniques.

Pour le hula hoop, vous vous levez et faites pivoter vos hanches vers la droite et vers la gauche. Pour faire du vélo, on s'accroupit, on tend les bras et on pédale sur les jambes. Pour plonger dans une piscine, vous étendez les bras, rentrez le menton et vous penchez en avant. Ces formes corporelles nous permettent d’entreprendre certaines actions – ou, comme pourrait le dire un biologiste, notre structure détermine notre fonction.

Cela est également vrai au niveau moléculaire. Chaque tâche imaginable effectuée par une cellule possède une protéine conçue pour l'exécuter. Selon certaines estimations, il existe 20 000 types différents de protéines dans le corps humain : certaines protéines des cellules sanguines sont parfaitement conçues pour capter les molécules d'oxygène et de fer, certaines protéines des cellules cutanées fournissent un soutien structurel, etc. Chacun a une forme adaptée à son métier. 

Cependant, si une protéine se replie mal, elle ne peut plus fonctionner, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement et une maladie. En comprenant comment les protéines se replient, les biologistes gagneraient non seulement une compréhension plus approfondie des protéines elles-mêmes, mais pourraient également débloquer de nouvelles façons de cibler les protéines liées à la maladie avec de nouveaux médicaments.

Cela s’est avéré être un formidable défi scientifique. Chaque protéine commence par une chaîne de molécules plus petites liées appelées acides aminés. Lorsque les acides aminés s'alignent dans l'ordre dicté par un gène, ils se plient et prennent la forme appropriée de la protéine en quelques microsecondes – un phénomène qui a stupéfié les scientifiques du XXe siècle lorsqu'ils l'ont découvert. 

Dans les années 1950, le biochimiste Christian Anfinsen a émis l’hypothèse qu’il devait y avoir un code interne intégré à la chaîne d’acides aminés qui détermine la manière dont une protéine doit se replier. Si tel était le cas, pensait-il, il devrait exister un moyen de prédire la structure finale d'une protéine à partir de sa séquence d'acides aminés. Faire cette prédiction est devenu connu sous le nom de problème de repliement des protéines. Depuis, certains scientifiques ont redéfini le problème en trois questions liées : Qu'est-ce que le code de pliage ? Quel est le mécanisme de pliage ? Pouvez-vous prédire la structure d’une protéine simplement en regardant sa séquence d’acides aminés ? 

Les biologistes ont passé des décennies à tenter de répondre à ces questions. Ils ont expérimenté des protéines individuelles pour comprendre leurs structures et construit des programmes informatiques pour déduire des modèles de repliement des protéines. Ils ont étudié la physique et la chimie des molécules d’acides aminés jusqu’au niveau atomique pour découvrir les règles du repliement des protéines. Malgré cela, les biologistes n'ont fait que des progrès hésitants dans la compréhension des règles de repliement internes d'une protéine depuis qu'Anfinsen a exposé le problème.

Il y a quelques années, ils ont réalisé une avancée décisive lorsque de nouveaux outils d’intelligence artificielle ont permis de résoudre une partie du problème. Les outils, notamment AlphaFold de Google DeepMind, ne peuvent pas expliquer comment une protéine se replie à partir d'une chaîne d'acides aminés. Mais étant donné une séquence d’acides aminés, ils peuvent souvent prédire la forme finale dans laquelle elle se replie. 

Ce n’est que dans les décennies à venir qu’il deviendra clair si cette distinction – savoir comment une protéine se replie par rapport à ce en quoi elle se replie – fera une différence dans des applications telles que le développement de médicaments. Le magicien doit-il révéler le tour de magie ?

Quoi de neuf et remarquable

Début mai, Google DeepMind a annoncé la dernière itération de son algorithme de prédiction des protéines, appelé AlphaFold3, qui prédit les structures non seulement de protéines individuelles, mais également de protéines liées les unes aux autres et d'autres biomolécules comme l'ADN et l'ARN. Comme je l’ai signalé pour Quanta, cette annonce est intervenue quelques mois seulement après qu’un algorithme concurrent de prédiction des protéines – RosettaFold All-Atom, développé par le biochimiste David Baker de la faculté de médecine de l’Université de Washington et son équipe – a annoncé une mise à niveau similaire. " Vous découvrez désormais toutes les interactions complexes qui comptent en biologie ", m'a dit Brenda Rubenstein, professeure agrégée de chimie et de physique à l'Université Brown. Il reste néanmoins un long chemin à parcourir avant que ces algorithmes puissent déterminer les structures dynamiques des protéines lors de leur déplacement dans les cellules. 

Parfois, les protéines agissent de manière imprévisible, ce qui ajoute une autre difficulté au problème du repliement. La plupart des protéines se replient en une seule forme stable. Mais comme Quanta l’a rapporté en 2021, certaines protéines peuvent se replier sous plusieurs formes pour remplir plusieurs fonctions. Ces protéines à commutation de plis ne sont pas bien étudiées et personne ne sait quelle est leur abondance. Mais grâce aux progrès technologiques tels que la cryomicroscopie électronique et la résonance magnétique nucléaire à l’état solide, les chercheurs y voient plus clairement. De plus, certaines protéines possèdent des régions qui ne se plient pas selon une forme discrète mais qui bougent de manière dynamique. Comme Quanta l'a rapporté en février, ces protéines intrinsèquement désordonnées peuvent avoir des fonctions importantes, comme l'amélioration de l'activité des enzymes, la classe de protéines qui provoquent des réactions chimiques. 

Lorsque les protéines se replient mal, elles peuvent se regrouper et causer des ravages dans l’organisme. Les agrégats de protéines sont caractéristiques des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer, dans lesquelles des agrégats de protéines potentiellement toxiques appelés plaques amyloïdes s'accumulent entre les neurones et compromettent la signalisation du cerveau. Comme Quanta l’a rapporté en 2022 , l’agrégation des protéines pourrait être répandue dans les cellules vieillissantes ; comprendre pourquoi les protéines se replient mal et s’accumulent pourrait aider au développement de traitements pour les problèmes liés au vieillissement. Parfois, des protéines mal repliées peuvent également favoriser le mauvais repliement et l’agrégation d’autres protéines, déclenchant une cascade d’effets néfastes qui illustrent à quel point il est essentiel qu’une protéine se plie pour prendre sa forme appropriée.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/ mai 2024, Mme Yasemin Saplakoglu

[ tridimensionnelles ] [ conformation protéique ]

sciences

36'000 sexes, mais à deux, c'est mieux pour les biologistes de l'évolution, le sexe est un mystère - et le binôme mâle-femelle un paradoxe. Explications sur l'origine des genres.
"L'émergence des genres reste un problème déroutant en biologie, lance Lukas Schärer, spécialiste de l'évolution de la reproduction à l'Université de Bâle. Nous ne comprenons pas encore tout à fait le sexe."
Car la présence de deux sexes amène un désavantage immédiat: elle réduit de moitié la probabilité de rencontrer un partenaire de reproduction. "Avoir deux genres n'est pas seulement une mauvaise stratégie; c'est la pire", renchérit Laurence Hurst, biologiste à l'Université de Bath (G.B.) et l'un des spécialistes mondiaux de l'évolution de la reproduction. Avec un seul genre - ou une multitude -, nous pourrions nous reproduire avec tout le monde.
La reproduction sexuée présente des avantages évidents sur le plan de l'évolution (voir encadré plus bas). Mais qui dit sexe ne dit pas forcément mâle et femelle: il est tout à fait possible de fusionner deux cellules similaires. "Il faut distinguer deux étapes, précise Laurence Hurst. D'abord, on doit pouvoir expliquer l'émergence de deux types de gamètes (les cellules reproductrices, ndlr) qui - tout en restant morphologiquement identiques - ne peuvent fusionner que l'un avec l'autre. Un deuxième niveau concerne leur différenciation en gamètes mâles et femelles, qui sont non seulement distincts, mais également différents." "Des théories existent, ajoute Lukas Schärer, mais leur démonstration univoque par des expériences fait encore défaut."
La faute aux mitochondries
Dans les années 1990, Laurence Hurst a proposé une piste pour élucider la première étape: un seul genre favoriserait des mutations potentiellement nuisibles. "En fusionnant, les gamètes ne combinent pas seulement les informations génétiques contenues dans leur noyau, mais partagent aussi leurs mitochondries (responsable de fournir la cellule en énergie, ndlr), explique le biologiste anglais. Comme celles-ci évoluent indépendamment du noyau, il n'est pas certain que les mitochondries dominantes, qui par exemple se reproduisent plus rapidement que les autres, s'avèrent également bénéfiques à la cellule et à l'individu."
Une solution à ce problème serait procurée par l'émergence de deux types de gamètes (appelés "+" et "-"), dont un seul est capable de transmettre ses mitochondries. On réduit ainsi les probabilités d'avoir des mutations mitochondriales délétères à la cellule. Afin de propager les types de mitochondries bénéfiques à l'individu, il y aurait un avantage évolutionniste à ce que seuls les différents types de gamètes puissent fusionner entre eux.
"Notre thèse est appuyée par des observations faites sur des protozoaires ciliés, poursuit Hurst. Ceux qui se reproduisent par fusion et mélangent leurs mitochondries ont deux genres alors que d'autres, qui ne font qu'échanger leur noyau sans partager leurs mitochondries, possèdent non pas deux mais des centaines de genres distincts. On observe le même phénomène chez les champignons: ils n'échangent que leur noyau, et certains possèdent jusqu'à 36'000 sexes." Avoir exactement deux sexes servirait ainsi à filtrer les mitochondries.
A quoi ressemble l'acte de chair lorsqu'on a plusieurs genres? "Les deux partenaires doivent être d'un genre différent, répond Lukas Schärer. Au niveau des probabilités, un nombre élevé de sexes se rapproche de l'absence de genre de plusieurs façons, car on peut se reproduire avec à peu près tout le monde. L'existence de genres protège les individus de l'auto-fertilisation, qui est dangereuse car elle expose souvent des mutations délétères." De nombreux sexes, donc, pour éviter la consanguinité.
La naissance du mâle
Mais pourquoi les + et les - se sont-ils ensuite différenciés en "mâles" et "femelles"? Dans les années 1970, le biologiste Geoff Parker a proposé un mécanisme évolutionniste. Des mutations ont changé la taille des cellules reproductives. Graduellement, deux types d'individus ont été sélectionnés, qui produisent soit des spermatozoïdes petits, nombreux et de valeur limitée, soit des oeufs gros, rares et précieux. Les premiers peuvent être produits en très grand nombre, ce qui augmente la probabilité de rencontre. Grâce à leur grande taille, les seconds ont davantage de chances d'être fécondés et peuvent fournir une grande quantité de matière au zigote (obtenu par la fusion des gamètes), ce qui améliore ses chances de survie. "L'évolution de l'anisogamie (des gamètes de tailles différentes, ndlr) a eu lieu plusieurs fois au cours de l'évolution et ceci de manière indépendante", rappelle Brian Charlesworth, professeur de biologie évolutionnaire à l'Université d'Edimbourg. "L'anisogamie a probablement moins de chance d'évoluer dans des espèces plus petites, car l'avantage procuré par un grand oeuf joue un rôle plus faible", note Lukas Schärer.
Reste encore la différentiation au niveau de l'individu: pourquoi la plupart des animaux comprennent des mâles et des femelles - au lieu de favoriser l'hermaphrodisme? Ce dernier s'accompagne du risque d'autofertilisation et des problèmes dus à la consanguinité, mais atténue la difficulté de trouver un partenaire. Cet avantage pourrait être un facteur déterminant chez les plantes: incapables de se déplacer, elles sont en grande majorité hermaphrodites. Au contraire des animaux, qui eux ont les moyens de partir chercher l'âme soeur.
Les bienfaits du sexe
Le but de la chair, c'est de mélanger pour mieux s'adapter. En combinant les gènes des deux parents, la reproduction sexuée permet de sélectionner les bonnes mutations et de purger les mauvaises. "Des expériences avec des levures modifiées pour se reproduire asexuellement ont montré qu'elle s'adaptent moins rapidement aux changements de l'environnement, détaille Laurence Hurst de l'Université de Bath (G.B.). On a pu observer que certaines espèces capables d'utiliser les deux modes de reproduction favorisent la voie sexuée lorsqu'elles se voient soumises à des pressions de l'environnement." Une fois le danger passé, elles retournent au sexe en solitaire - également favorisé lorsque la rencontre d'un partenaire s'avère trop difficile.
Le kamasutra de la Nature
Entre des bactéries échangeant du matériel génétique et des champignons possédant des milliers de sexes, la Nature ne montre aucun tabou. Les hermaphrodites simultanés tels que la majorité des plantes et escargots possèdent les appareils génitaux mâles et femelles, alors que les hermaphrodites séquentiels (certains poissons et crustacés) changent de sexe au cours du temps. Les êtres hétérogames (amibes sociales, micro-crustacés, algues) peuvent alterner entre reproduction asexuée et sexuée. On a observé que les femelles d'un certain nombre d'animaux (dont le dragon du Komodo et le requin marteau) peuvent parfois se passer de mâle pour se reproduire par parthénogenèse lorsque rencontrer l'âme soeur s'avère trop difficile. Les polyploïdes, eux, ne possèdent pas des paires de chromosomes comme la plupart des animaux sexués, mais de multiples copies: une espèce de salamandre n'a que des femelles possédant leurs chromosomes en triple. Elles se reproduisent par "cleptogénèse", en volant des spermatozoïdes de variétés voisines.
80 millions d'années sans sexe: un scandale évolutionnaire
Même si les premiers êtres vivants unicellulaires comme les bactéries se sont toujours reproduits de manière asexuée, "la plupart des êtres multicellulaires asexués ont évolué à partir d'espèces sexuées, note Brian Charlesworth de l'Université d'Edimbourg. Ils n'ont pas eu le temps de se diversifier et sont normalement d'origine récente." La découverte que des invertébrés aquatiques asexués appelés bdelloidés ont survécu quelque 80 millions d'années fut qualifiée de "scandale évolutionnaire" par le biologiste John Maynard Smith. Autre particularité, ces invertébrés pratiquent une forme d'hibernation: face à une pression environnementale, ils peuvent sécher et entrer en animation suspendue. En 2008, une étude d'Harvard apporte un élément de réponse: lorsqu'ils se réveillent, les bdelloidés incorporent l'ADN étranger se trouvant à proximité. Même pour les êtres asexués, le mélange des gènes semble incontournable pour survivre.

Auteur: Saraga Daniel

Info: Largeur.com, 25 mai 2011

[ couple ] [ reproduction ]

fausse viande

La Décroissance : Pour vous, l'abolition de l'élevage fait le jeu du capital : il y a une collusion d'intérêts entre ceux qui la prônent et la science, l'industrie, les start-up des biotechnologies, les investisseurs qui se saisissent du marché en plein essor des substituts alimentaires...

Jocelyne Porcher: [...] Ce qui se développe aujourd'hui, le véganisme, la revendication d'en finir avec l'élevage, cela sert des intérêts économiques. L'agriculture cellulaire qui arrive, en collusion avec les défenseurs des animaux au nom d'une agriculture sans élevage, s'inscrit dans la continuité du processus d'industrialisation de la production alimentaire. On passe de la production de matière animale à partir d'animaux à la production de matière animale sans les animaux, avec les mêmes acteurs : c'est-à-dire la science, l'industrie, la banque. [...] Avec l'agriculture cellulaire, on change le niveau d'extraction : au lieu d'extraire la matière animale à partir de la vache, du cochon, etc., l'extraction se fait à un niveau plus resserré, au niveau de la cellule. On est bien dans la même logique de pensée, complètement inscrite dans le système capitaliste. Ce qui explique à la fois le soutien financier accordé aux associations véganes, type L214, qui reçoit directement de l'argent d'une fondation américaine et qui a une surface médiatique sans commune mesure avec ce qu'elle fait réellement, c'est-à-dire de la communication au service d'une agriculture sans élevage. [...]

LD : En quoi consiste la viande "propre" que les start-up veulent produire ?

JP : Mark Prost, un des premiers biologistes a avoir travaillé là-dessus, celui qui a présenté le premier hamburger in vitro en 2013, disait : "La viande in vitro est 100% naturelle, la seule différence c'est qu'elle est produire en dehors de la vache..." C'est ça l'idée: ils considèrent que la vache, ce n'est que de la ressource de matière animale. [...] L'idée de certaines start-up, c'est de faire l'équivalent du produit industriel en se passant d'animaux : selon eux, la multiplication de cellules de poulet va donner la même chose que le poulet qu'on achète actuellement dans les supermarchés, au moins visuellement...

LD: On a l'impression qu'ils n'en sont qu'au stade expérimental. Ce marché est-il appelé à grandir ?

JP: [...] Il y a des milliards investis là-dedans, des dizaines de start-up qui se développent, le potentiel du marché est énorme, non seulement en ce qui concerne la viande in vitro, mais aussi l'ensemble des substituts: le faux lait, les faux oeufs, le faux cuir... le faux tout. D'un point de vue technique, ce qu'on réussit à faire dans un incubateur, on peut réussir à le faire dans cent incubateurs. [...] Après il y a le volet sanitaire : ce sera peut-être un peu plus compliqué de garantir l'innocuité de ces produits. Mais aux Etats-Unis, cette viande in vitro est déjà autorisée à la vente, comme si c'était un produit ordinaire. La deuxième limite, c'est le consentement des gens à manger ces produits. C'est pourquoi, en plus de l'aspect production, les start-up des biotechnologies font un travail de fond pour préparer les consommateurs, construire la demande. De ce point de vue, des associations comme Peta aux Etats-Unis, L214 en France et Gaïa en Belgique, préparent vraiment le terrain pour que le marché des substituts se développe.

LD: Pour vendre ces substituts, l'industrie des biotechnologies affirme qu'elle oeuvre pour un monde meilleur. Vous, au contraire, vous montrez qu'elle signe le triomphe de la société industrielle et technicienne.

JP : Non seulement c'est l'industrialisation complète du vivant, mais c'est aussi la réduction de la vie au vivant. [...] On produit un amas de cellules qui se multiplient, c'est du vivant biologique, mais il n'y a pas de vie. C'est effectivement le triomphe de la technique, en tant qu'elle est complètement mortifère. Je le dis en citant Michel Henry, qui l'explique dans son livre La Barbarie : le triomphe de la technique sur la vie, c'est une destruction de la vie même, des affects, de la culture, du lien, de tout ce qui fait que la vie, c'est autre chose que du vivant.

LD: Le mouvement de la "libération animale" a l'air plus implanté dans les métropoles que dans les campagnes. Est-ce que vous pensez que ce type de préoccupation relève d'une civilisation très urbanisée comme l'est la nôtre, hors-sol, où on n'a plus de contact avec la terre, l'élevage et la production alimentaire en général ?

JP : Quand on est dans un milieu rural où il y a encore des vaches dans les champs, où les gens peuvent encore croiser des agriculteurs, des éleveurs, avoir un rapport à la vie et à la mort, les revendications d'en finir avec l'élevage passent beaucoup moins facilement que dans un milieu urbain, où les gens sont complètement déconnectés de la production, de ce que c'est qu'un champ, une prairie, de ce qui fait la relation de travail entre les humains et les animaux, et plus largement entre les agriculteurs et la nature. [...] Toute la propagande abolitionniste leur dit qu'élevage et production animale, c'est pareil. Ils sont dans la compassion, l'émotion. Des visions d'animaux maltraités leur arrivent sur leurs smartphones, et ils ont des réactions binaires : "la viande c'est mal, c'est affreux, je n'en mange plus." [...]

LD: Marx ironisait au XIXe sur les bourgeois qui se préoccupaient de protection animale mais qui ne se souciaient pas de la dégradation des conditions de vie dans les cités industrielles. Dans votre livre, vous notez aussi qu'une certaine protection animale, contemporaine de l'industrialisation et de l'urbanisation, parle de "bien-être animal" en dépolitisant la question.

JP : C'est aussi ce qu'a souligné l'historien Maurice Agulhon à la suite de Marx : le fait qu'au XIXe siècle, la protection animale vise d'abord à pacifier les classes populaires, avec l'hypothèse que la violence commise envers les animaux est de leur fait, et qu'au-delà couve le risque d'une violence contre l'ordre social, contre la bourgeoisie. Toute cette bourgeoisie, qui tient les transformations sociales, veut pacifier les mœurs après les révolutions de 1830 et 1848. Et l'un de ses moyens, c'est de pacifier les rapports envers les animaux, avec l'idée qu'il y a une violence atavique des classes populaires contre les animaux, que les gens ordinaires sont des brutes épaisses qu'il faudrait maîtriser, former, éduquer, civiliser. La loi Grammont, votée en 1850, [...] condamne le cocher qui malmène son cheval, mais pas le bourgeois propriétaire de la mine où descendent des chevaux et des enfants. On condamne la violence des personnes, des paysans, des ouvriers, mais on ne remet pas en cause les énormes bouleversements qu'engendre l'industrialisation [...] : la violence inouïe contre les enfants, les femmes et les hommes, mais aussi contre les animaux qui sont tous prolétarisés. Aujourd'hui, les défenseurs du "bien-être animal" sont toujours dans cette vision individuelle et dépolitisée : il suffit de voir une association comme PETA appeler à éduquer les gens, les rendre moraux, en leur donnant de la viande in vitro s'ils tiennent absolument à en manger, alors qu'elle occulte complètement les rapports sociaux et l'organisation du travail pensée par la bourgeoisie. Pourtant, la question, c'est bien la place des animaux dans les rapports sociaux, la violence faite aussi bien aux humains qu'aux animaux. Dans les porcheries industrielles par exemple, les gens subissent les mêmes conditions de vie au travail que les bêtes : on est enfermé du matin au soir, dans la poussière, le bruit, les odeurs infectes, c'est le même univers concentrationnaire pour les uns et pour les autres.

Auteur: Porcher Jocelyne

Info: Dans "La décroissance" N°165, décembre 2019, pages 26-27

[ enjeux économiques ] [ lobbies ] [ nourriture ]

univers inversé

Les possibilités métagénomiques

Une infime fraction - la plupart des scientifiques estiment <1% - des espèces microbiennes sur Terre peut être cultivée et étudiée à l'aide de techniques classiques de microbiologie et de génomique. Mais en utilisant des outils de métagénomique récemment développés, les chercheurs appliquent l'analyse génomique à des communautés microbiennes entières à la fois, sans avoir à isoler et à cultiver des espèces individuelles. Les études de métagénomique commencent par obtenir un échantillon d'un environnement particulier tel que l'eau de mer, le sol ou l'intestin humain, en extrayant le matériel génétique de tous les organismes de l'échantillon, puis en analysant l'ADN de ce mélange pour mieux comprendre comment les membres de la communauté interagir, changer et exécuter des fonctions complexes.

Processus : la métagénomique consiste à obtenir l'ADN de tous les micro-organismes d'une communauté, sans nécessairement identifier toutes les espèces impliquées. Une fois les gènes séquencés et comparés aux séquences identifiées, les fonctions de ces gènes peuvent être déterminées.

Parce qu'elle ne dépend pas de l'établissement de cultures pures, la métagénomique offre l'accès à des millions d'espèces microbiennes qui auparavant ne pouvaient pas être étudiées. Il permet également aux chercheurs d'examiner les micro-organismes dans le contexte des environnements dans lesquels ils existent naturellement, en étudiant des communautés entières en même temps.

Applications de la métagénomique

Pratiquement tous les biologistes, quel que soit leur domaine, découvriront qu'une meilleure compréhension des communautés microbiennes et de la métagénomique peut contribuer à leurs propres recherches. L'étude des communautés microbiennes par la métagénomique peut aider les biologistes à s'attaquer à des questions scientifiques fondamentales et à résoudre les problèmes sociaux, environnementaux et économiques connexes. Voici quelques-unes des applications potentielles de la métagénomique :

Avancées des sciences de la vie.

Décrypter le fonctionnement et l'interaction des espèces au sein des communautés microbiennes peut répondre en partie à des questions fondamentales sur de nombreux aspects de la biologie microbienne, végétale et animale et améliorer considérablement la compréhension de l'écologie et de l'évolution. La métagénomique pourrait aider à répondre à des questions telles que : Qu'est-ce qui constitue un génome ? Qu'est-ce qu'une espèce ? Quelle est la diversité de la vie ?

Sciences de la Terre.

L'exploration de la manière dont les communautés microbiennes du sol et des océans affectent les équilibres atmosphériques et les conditions environnementales peut aider les scientifiques à mieux comprendre, prévoir et potentiellement faire face aux changements mondiaux.

Médicament.

Des centaines de médicaments disponibles aujourd'hui sont dérivés de produits chimiques trouvés pour la première fois dans des microbes ; l'accès aux génomes d'espèces microbiennes supplémentaires est très prometteur pour en découvrir des milliers d'autres. L'étude du "microbiome" humain – les milliers de milliards de bactéries vivant dans et sur le corps humain – peut conduire à de nouvelles façons de diagnostiquer, de traiter et de prévenir les maladies.

Énergie alternative.

De nouvelles sources d'énergie pourraient être développées en exploitant le pouvoir des communautés microbiennes pour produire des sous-produits tels que l'hydrogène, le méthane, le butanol et même le courant électrique.

Assainissement de l'environnement.

Comprendre les microbes qui dégradent les produits chimiques environnementaux peut aider à nettoyer des polluants tels que les fuites d'essence, les déversements de pétrole, les eaux usées, les rejets industriels et les déchets nucléaires.

Biotechnologie.

L'identification et l'exploitation des capacités biosynthétiques polyvalentes et diverses des communautés microbiennes peuvent conduire au développement de nouveaux produits industriels, alimentaires et de santé bénéfiques.

Agriculture.

Mieux comprendre les microbes bénéfiques vivant dans, sur, sous et autour des plantes et des animaux domestiques peut contribuer à améliorer les méthodes de détection des agents pathogènes dans les cultures, le bétail et les produits alimentaires et peut faciliter le développement de pratiques agricoles qui tirent parti des les alliances naturelles entre les microbes, les plantes et les animaux.

Biodéfense et médecine légale microbienne.

L'étude de l'ADN et des empreintes biochimiques des communautés microbiennes aide les spécialistes à surveiller les agents pathogènes connus et potentiels, à créer des vaccins et des traitements plus efficaces contre les agents bioterroristes potentiels et à reconstruire les événements dans lesquels les microbes ont joué un rôle.

Valeur de la métagénomique pour l'enseignement de la biologie

La citation de Muir a également une pertinence importante pour l'enseignement des sciences. Qu'est-ce qui sépare la chimie, la génétique, la biologie moléculaire, l'évolution, l'écologie et d'autres disciplines ? Où se croisent-elles et comment se construisent-elles les unes sur les autres ?

La métagénomique aide à combler le fossé entre la génétique et l'écologie, démontrant que les gènes d'un seul organisme sont connectés aux gènes des autres et à l'ensemble de la communauté. En fait, les processus de la métagénomique démontrent qu'il est important d'étudier les gènes et les organismes en contexte et d'apprécier toute la diversité de la vie, même dans un seul cadre. Ces messages ont une pertinence importante dans l'ensemble de la biologie et seraient des ajouts précieux à n'importe quel cours de biologie, peut-être en particulier ceux du niveau d'introduction.

Parce que la métagénomique s'inspire d'un large éventail de domaines et les affecte, c'est un outil précieux pour enseigner des thèmes et des concepts qui sont tissés tout au long de l'enseignement de la biologie. En effet, l'enseignement et l'apprentissage de la métagénomique pourraient clairement intégrer les types de changements dans l'enseignement des sciences de la maternelle à la 12e année et du premier cycle que de nombreux rapports ont demandé au cours de la dernière décennie.

Certains professeurs estiment qu'ils doivent utiliser des cours d'introduction pour fournir aux étudiants pratiquement toutes les connaissances qu'ils utiliseront pour comprendre les concepts de base d'une discipline. Certains considèrent également les cours d'introduction comme un moyen d'aider les étudiants à apprendre à interpréter les nouvelles et autres informations sur la science afin qu'ils puissent prendre des décisions plus éclairées à la maison, chez le médecin et dans l'isoloir. Trop souvent, cependant, de tels cours ne parviennent pas à transmettre la beauté complexe du monde vivant et les innombrables façons dont la biologie a un impact sur la "vraie vie". L'apprentissage de la métagénomique au niveau introductif - en mettant l'accent sur ses applications potentielles dans le monde réel - pourrait servir à éclairer les principes de base d'une grande variété de domaines, les liens entre eux et la pertinence plus large des avancées scientifiques pour les problèmes du monde réel. Si les étudiants peuvent voir qu'il y a vraiment des questions non résolues intéressantes auxquelles ils peuvent jouer un rôle pour répondre, le recrutement de jeunes talentueux pour les carrières scientifiques peut être facilité. De cette façon, les élèves rencontreront une science dynamique plutôt que statique.

LES BÉNÉFICES DE L'INTÉGRATION DE L'ÉDUCATION ET DE LA RECHERCHE

Les avantages de l'intégration précoce de la métagénomique et d'autres sciences nouvelles dans l'enseignement de la biologie profiteraient non seulement aux étudiants en biologie, mais aussi aux scientifiques et à leurs projets de recherche. L'expérience montre que lorsque les chercheurs enseignent, leur propre compréhension s'approfondit, menant à de nouvelles questions et pistes de recherche souvent inattendues qui sont posées par les étudiants, ainsi qu'à contribuer au développement d'approches créatives des problèmes. Si la communauté de la biologie peut intégrer l'enseignement de la métagénomique aux progrès de la recherche dès le départ, les étudiants pourraient devenir des participants actifs au développement du domaine.

Enseigner un domaine nouveau ou émergent est un moyen idéal d'engager profondément les étudiants dans l'exploration de questions fondamentales qui sont au cœur de la poursuite scientifique et de les encourager à poser leurs propres questions. En effet, dans le cas du domaine émergent de la métagénomique, les questions les plus fondamentales peuvent être les plus profondes. Répondre à ces questions inspire à son tour les jeunes esprits et les chercheurs actifs, et la science est bénéfique. 

D'autres ont vu l'intérêt d'intégrer la science émergente à l'éducation. Un certain nombre d'efforts sont actuellement en cours pour intégrer la recherche et l'enseignement en génomique.

Auteur: Internet

Info: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Metagenomics: A Call for Bringing a New Science into the Classroom (While It's Still New) Anne Jurkowski,* Ann H. Reid,† and Jay B. Labovcorresponding author

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symbiose

Les cellules du corps se parlent du vieillissement

Les biologistes ont découvert que les mitochondries de différents tissus communiquent entre elles pour réparer les cellules blessées. Lorsque leur signal échoue, l’horloge biologique commence à ralentir.

Le vieillissement peut apparaitre comme un processus non régulé : au fil du temps, nos cellules et notre corps accumulent inévitablement des bosses et des bosses qui provoquent des dysfonctionnements, des échecs et finalement la mort. Cependant, en 1993, une découverte a bouleversé cette interprétation des événements. Les chercheurs ont trouvé une mutation dans un seul gène qui doublait la durée de vie d'un ver ; des travaux ultérieurs ont montré que des gènes apparentés, tous impliqués dans la réponse à l'insuline, sont des régulateurs clés du vieillissement chez une multitude d'animaux, depuis les vers et les mouches jusqu'aux humains. La découverte suggère que le vieillissement n’est pas un processus aléatoire – en fait, des gènes spécifiques le régulent – ​​ce qui ouvre la porte à des recherches plus approfondies sur la manière dont le vieillissement se déroule au niveau moléculaire.

Récemment, une série d’articles ont documenté une nouvelle voie biochimique qui régule le vieillissement, basée sur les signaux transmis entre les mitochondries, les organelles les plus connues comme la centrale électrique de la cellule. En travaillant avec des vers, les chercheurs ont découvert que les dommages causés aux mitochondries dans les cellules cérébrales déclenchaient une réponse de réparation qui était ensuite amplifiée, déclenchant des réactions similaires dans les mitochondries de tout le corps du ver. L'effet de cette activité de réparation prolonge la durée de vie de l'organisme : les vers dont les dommages mitochondriaux étaient rainsi éparés vivaient 50 % plus longtemps.

De plus, les cellules de la lignée germinale – les cellules qui produisent les ovules et les spermatozoïdes – étaient au cœur de ce système de communication anti-âge. C’est une découverte qui ajoute de nouvelles dimensions aux préoccupations en matière de fertilité impliquées lorsque les gens parlent du vieillissement et de leur " horloge biologique ". Certaines des découvertes ont été rapportées dans Science Advances et d’autres ont été publiées sur le serveur de prépublication scientifique biorxiv.org à l’automne.

La recherche s'appuie sur un ensemble de travaux récents suggérant que les mitochondries sont des organites sociaux qui peuvent communiquer entre elles même lorsqu'elles se trouvent dans des tissus différents. Essentiellement, les mitochondries fonctionnent comme des talkies-walkies cellulaires, envoyant des messages dans tout le corps qui influencent la survie et la durée de vie de l’organisme tout entier.

"Ce qui est important ici, c'est qu'en plus des programmes génétiques, il existe également un facteur très important pour réguler le vieillissement, à savoir la communication entre les tissus", a déclaré David Vilchez, qui étudie le vieillissement à l'Université de Cologne et n'a pas participé à l'étude. 

Le biologiste cellulaire Andrew Dillin a découvert il y a environ dix ans les premiers indices de cette nouvelle voie qui régule la durée de vie. Il était à la recherche de gènes prolongeant la vie des vers Caenorhabditis elegans lorsqu'il a découvert que les dommages génétiques aux mitochondries prolongeaient la vie des vers de 50 %.

C'était inattendu. Dillin avait supposé que des mitochondries défectueuses accéléreraient la mort plutôt que de prolonger la vie – après tout, les mitochondries sont essentielles au fonctionnement cellulaire. Pourtant, pour une raison ou une autre, le fait de perturber le bon fonctionnement des mitochondries obligeait les vers à vivre plus longtemps.

Plus intrigant était le fait que les mitochondries endommagées dans le système nerveux des vers semblaient être à l'origine de cet effet. "Cela montre vraiment que certaines mitochondries sont plus importantes que d'autres", a déclaré Dillin, qui est maintenant professeur à l'Université de Californie à Berkeley. "Les neurones dictent cela au reste de l'organisme, et c'était vraiment surprenant."

Au cours de la dernière décennie, le biologiste cellulaire Andrew Dillin a découvert les détails biochimiques d'une nouvelle voie qui régule le vieillissement, dans laquelle les mitochondries des cellules du corps communiquent sur la santé cellulaire.

Aujourd'hui, Dillin et son équipe ont élargi ces découvertes en découvrant de nouveaux détails sur la façon dont les mitochondries du cerveau communiquent avec les cellules du corps du ver pour prolonger la vie.

Tout d'abord, il fallait comprendre pourquoi des dommages causés aux mitochondries du cerveau pouvaient avoir un effet bénéfique sur l'organisme. Le processus de production d'énergie d'une mitochondrie nécessite une machinerie moléculaire extrêmement complexe comprenant des dizaines de parties protéiques différentes. Lorsque les choses tournent mal, par exemple lorsque certains composants sont manquants ou mal repliés, les mitochondries activent une réponse au stress, connue sous le nom de réponse protéique dépliée, qui délivre des enzymes de réparation pour aider les complexes à s'assembler correctement et à restaurer la fonction mitochondriale. De cette façon, la réponse protéique déployée maintient les cellules en bonne santé.

Dillin s’attendait à ce que ce processus se déroule uniquement à l’intérieur des neurones dont les mitochondries sont endommagées. Pourtant, il a observé que les cellules d’autres tissus du corps du ver activaient également des réponses de réparation même si leurs mitochondries étaient intactes.

C'est cette activité de réparation qui a permis aux vers de vivre plus longtemps. Comme si on emmenait régulièrement une voiture chez un mécanicien, la réponse protéique déployée semblait maintenir les cellules en bon état de fonctionnement et fonctionner comme un élément anti-âge. Ce qui restait mystérieux était la façon dont cette réponse protéique déployée était communiquée au reste de l’organisme.

Après quelques recherches, l'équipe de Dillin a découvert que les mitochondries des neurones stressés utilisaient des vésicules – des conteneurs en forme de bulles qui déplacent les matériaux autour de la cellule ou entre les cellules – pour transmettre un signal appelé Wnt au-delà des cellules nerveuses vers d'autres cellules du corps. Les biologistes savaient déjà que Wnt joue un rôle dans la configuration du corps au cours du développement embryonnaire précoce, au cours duquel il déclenche également des processus de réparation tels que la réponse protéique déployée. Pourtant, comment la signalisation Wnt, lorsqu’elle est activée chez un adulte, pourrait-elle éviter d’activer le programme embryonnaire ?

Dillin soupçonnait qu'il devait y avoir un autre signal avec lequel Wnt interagissait. Après d'autres travaux, les chercheurs ont découvert qu'un gène exprimé dans les mitochondries de la lignée germinale – et dans aucune autre mitochondrie – peut interrompre les processus de développement de Wnt. Ce résultat lui suggère que les cellules germinales jouent un rôle essentiel dans le relais du signal Wnt entre le système nerveux et les tissus du reste du corps.

"La lignée germinale est absolument essentielle pour cela", a déclaré Dillin. Il n’est cependant pas clair si les mitochondries germinales agissent comme des amplificateurs, recevant le signal des mitochondries du cerveau et le transmettant à d’autres tissus, ou si les tissus récepteurs " écoutent " les signaux provenant des deux sources.

Quoi qu’il en soit, la force du signal germinal régule la durée de vie de l’organisme, a déclaré Dillin. À mesure qu’un ver vieillit, la qualité de ses œufs ou de son sperme diminue – ce que nous appelons le tic-tac d’une horloge biologique. Ce déclin se reflète également dans la capacité changeante des cellules germinales à transmettre les signaux des mitochondries du cerveau, a-t-il suggéré. À mesure que le ver vieillit, sa lignée germinale transmet le signal de réparation moins efficacement et son corps décline également.

Les scientifiques ne savent pas encore si ces découvertes s’appliquent aux humains et à notre façon de vieillir. Pourtant, l’hypothèse a du sens d’un point de vue évolutif plus large, a déclaré Dillin. Tant que les cellules germinales sont saines, elles envoient des signaux favorables à la survie pour garantir que leur organisme hôte survit et se reproduit. Mais à mesure que la qualité des cellules germinales diminue, il n’y a aucune raison évolutive de continuer à prolonger la durée de vie ; du point de vue de l'évolution, la vie existe pour se reproduire.

Le fait que les mitochondries puissent communiquer entre elles peut sembler quelque peu alarmant, mais il existe une explication. Il y a longtemps, les mitochondries étaient des bactéries libres qui s’associaient à un autre type de cellules primitives pour travailler ensemble dans ce qui est devenu nos cellules complexes modernes. Ainsi, leur capacité à communiquer est probablement une relique de l’ancêtre bactérien libre des mitochondries.

"Cette petite chose qui existe à l'intérieur des cellules depuis des milliards d'années conserve toujours ses origines bactériennes", a déclaré Dillin. Et si ses recherches sur les vers se confirment dans des organismes plus complexes comme les humains, il est possible que vos mitochondries parlent en ce moment de votre âge. 

 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/, Viviane Callier, 8 janvier 2024

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