évolution

On s'est aperçu, en comparant les molécules du vivant chez tous les organismes (des bactéries à l'homme) qu'elles présentaient des points communs, mémoire fossilisée de leur lointain ancêtre. Ce sont ces recherches qui ont conduit à découvrir la présence sur terre d'un groupe de procaryotes, les archées, aussi éloignés des bactéries que des eucaryotes. Ainsi, en comparant les mécanismes fondamentaux du vivant dans les trois domaines (bactéries, archées et eucaryotes) il devenait alors possible de définir "le plus petit dénominateur commun aux trois" : LUCA. (Last Universal Common Ancestor) La comparaison des gènes présents dans les trois domaines du vivant est l'une des approches privilégiées pour accéder à la connaissance de LUCA. D'ores et déjà, les premiers résultats suggèrent un degré de complexité inattendu chez LUCA. Celui-ci aurait sans doute déjà possédé plusieurs milliers de gènes (donc de protéines différentes). Il semble que tous les grands systèmes qui permettent le maintien et l'expression du matériel génétique étaient déjà présents, ainsi que de nombreuses capacités métaboliques. Que faire des gènes qui ne sont présents que dans deux domaines ? Etaient-ils déjà présents chez LUCA et dans ce cas, ont-ils été perdus par la suite dans l'un des trois domaines, ou bien sont-ils apparus dans une branche commune à deux domaines ? Le problème est complexe ; en effet certains gènes ne sont présents que chez les bactéries et les archaebactéries, d'autres chez les archaebactéries et les eucaryotes, d'autre encore chez les bactéries et les eucaryotes. La vision majoritaire aujourd'hui est plutôt celle d'un ancêtre commun ressemblant aux bactéries ou aux archées, et pour quelque uns, celle d'une créature intermédiaire entre les procaryotes (cellules sans noyau) et les eucaryotes (cellules avec noyau). De LUCA à LUCY résumant la trajectoire de l'évolution du vivant. Il définit une entité sympathique, c'est lui qui a ensemencé notre planète, nous sommes tous ses descendants.

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résilience

Une équipe de chercheurs de l'Université de Stuttgart a envoyé dans l'espace, en septembre 2007, des oursons d'eau (ou tardigrades) avec la mission Foton-M3 à partir du cosmodrome de Baïkonour. Après avoir été exposés aux conditions hostiles de l'espace - rayonnement cosmique et ionisant, vide et froid extrême - ces petits animaux pluricellulaires, d'une taille de l'ordre d'un millimètre, ont été rapatriés à Stuttgart. Les chercheurs ont ainsi pu constater qu'un nombre non négligeable d'entre eux avait survécu.
Les oursons d'eau vivent dans la mer, l'eau douce et en milieu terrestre, dès lors qu'ils trouvent un film d'eau fin. Ils sont capables de résister à la chaleur comme au froid ou aux périodes de sécheresse en adoptant un état de latence (cryptobiose), dans lequel ils présentent une forme de tonneau et une activité métabolique nulle. Dès que les conditions environnementales s'améliorent, ils se réveillent en l'espace d'une demi-heure et rampent sur leurs huit pattes.
L'équipe du Dr. Ralph Schill a cherché à savoir si ces animaux peuvent également survivre dans l'espace. Pendant 10 jours deux espèces de tardigrades ont tourné autour de la Terre à 270 km d'altitude. Au lieu d'être protégés dans une capsule, ils étaient exposés aux conditions spatiales dans le module Biopan-6. Certains d'entre eux, protégés par des filtres, n'ont dû supporter que le vide et l'apesanteur, d'autres ont été exposés au rayonnement spatial à différentes intensités.
Le vide, qui conduit à un dessèchement extrême, n'a pas semblé poser de sérieux problèmes aux tardigrades. Le rayonnement, en revanche, qui se compose de rayons gamma, d'ultraviolets de la lumière solaire et de pluie de particules du rayonnement cosmique, a décimé l'échantillon. Les deux espèces se sont, en outre, avérées inégalement résistantes. A la différence de leurs cousins suédois (Richtersius coronifer), les tardigrades allemands (Milnesium tardigadum) ont bien supporté les UV. Certains d'entre eux ont même survécu à un rayonnement spatial non filtré: environ 2% d'entre eux ont pu être réanimés. Il reste à éclaircir comment ces animaux peuvent résister à de si fortes doses de rayonnement pendant 10 jours.
Les oursons exposés seulement aux rayons UV-A et UV-B ont globalement bien survécu à cette expérience. De retour sur Terre et après réhydratation, les chercheurs ont constaté que plus de la moitié des animaux avait résisté au séjour dans l'espace. Dans les jours suivants, quelques-uns sont morts, les autres se sont mis en quête de nourriture et ont même pondu des oeufs. Ceux-ci ont donné naissance à des oursons d'eau tout à fait normaux, ne présentant pas de séquelles liées au séjour de leurs parents dans l'espace.
Jusqu'ici, la résistance aux conditions très hostiles de l'espace n'avait été observée que chez des bactéries et des lichens, jamais encore chez des animaux. Pour le Dr. Schill, les oursons d'eau et leurs capacités particulières de survie devraient permettre d'apprendre beaucoup, en particulier sur la manière dont ces animaux protègent et réparent leurs cellules et leurs composants cellulaires. "Sur la base de ces connaissances, de nouvelles méthodes pourraient être développées pour mieux conserver des macromolécules, des cellules ou des organismes entiers", espère-t-il.

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Info: http://www.bulletins-electroniques.com, Des oursons d'eau font le tour de la Terre et reviennent de l'espace

santé

Anorexie : une nouvelle étude montre que les causes ne sont pas seulement psychologiques

Des chercheurs d'une université de Caroline du Nord ont récemment examiné près de 17 000 personnes souffrant d'anorexie et ont prouvé, dans une étude publiée dans Nature Genetics, que l'anorexie mentale était un trouble non plus seulement psychiatrique mais "métabo-psychiatrique".

Atlantico.fr : En quoi les résultats apportés par cette étude sont-ils nouveaux et révolutionnaires ? Quelles informations inédites apportent-ils sur l'anorexie ?

Corinne Chicheportiche-Ayache : L’anorexie était considérée jusqu’à présent comme une pathologie essentiellement d’ordre mentale. Les facteurs prédisposant au développement de ce trouble seraient socio-culturels, psychologiques et potentiellement génétiques. En pratique, la peur intense de prendre du poids ou la volonté d’en perdre, associée à une distorsion plus ou moins importante de l’image corporelle conduit à la mise en place de mécanismes d’hypercontrôle du poids allant de la restriction (quantitative mais aussi qualitative : Tri des aliments) jusqu'à la régulation (vomissements, hyperactivité physique, recours aux diurétiques ou aux laxatifs). Ce que met en évidence cette étude c’est que le trouble serait en fait une association complexe d’un trouble mental et d’un trouble métabolique. Certaines particularités génétiques favoriseraient la capacité de l’organisme à lutter contre la faim ! En fait, le fonctionnement physiologique régule naturellement la perte de poids par des signaux favorisant l’appétit pour lutter contre cette dernière ; il semblerait que ces signaux soient dysfonctionnels dans le cas de l’anorexie.

Atlantico.fr : Selon cette même-étude, les troubles de l'anorexie mentale se confondent avec d'autres désordres psychiatriques comme le trouble obsessionnel-compulsif, la dépression, l'anxiété etc. Dans ce cas, comment reconnaître une anorexie mentale et lutter efficacement contre ?

R: Ce n’est pas tant que l’anorexie se confond avec d’autres désordres psychiatriques. C’est que l’anorexie peut être associée à des troubles de la personnalité, de l’humeur, phobiques, des troubles obsessionnels-compulsifs ou addictifs. Le suivi réalisé avec le psychiatre permettra de mieux définir les éventuels troublés associés. Ce qui définit l’anorexie mentale c’est tout abord la peur démesurée de prendre du poids ou la volonté d’en perdre. Elle se traduit donc par une perte importante du poids ou une incapacité à en prendre associée à une lutte active contre la faim et à des conduites de contrôle (restrictives ou purgatives) ainsi qu’à des complications cliniques telles que l’aménorhée, arrêt des règles par atteinte de l’axe hypothalamo-hypophysaire) mais aussi des carences ou de la dénutrition, des atteintes osseuses, hématologiques, etc..

Atlantico.fr : Quelles sont les impacts et les conséquences de cette étude ? Si l'anorexie n'est plus seulement un trouble psychiatrique, quelles thérapies deviennent obsolètes et quels traitements deviennent nécessaires ?

R : A ce stade, il est trop tôt pour évaluer précisément les conséquences de ces résultats. Ces résultats sont prometteurs mais ne remettent absolument pas en question la prise en charge actuelle de cette pathologie. Rappelons que c’est la pathologie psychiatrique qui entraîne le plus de conséquences somatiques. Elle concerne 0,5% des adolescentes. Le traitement associe un suivi nutritionnel sérieux (hospitalier dans les cas les plus sévères) à une prise en charge psychiatrique (psychothérapies diverses individuelles et/ou familiales, traitements médicamenteux, etc…) destiné à retrouver un poids corporel selon un contrat thérapeutique établi avec la patiente. Les traitements actuels ne sont donc pas remis en question. Cette étude ouvre potentiellement la voie à des futurs traitements régulant le dysfonctionnement métabolique.

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Info: https://www.atlantico.fr, Avec Corinne Chicheportiche-Ayache, 19 juillet 2019

[ problème métabolique ]

biophysique

Lorsque le biologiste Tibor Gánti est décédé le 15 avril 2009, à l'âge de 75 ans, il était loin d'être connu. Une grande partie de sa carrière s'est déroulée derrière le rideau de fer qui a divisé l'Europe pendant des décennies, entravant les échanges d'idées.

Mais si les théories de Gánti avaient été plus largement connues à l'époque communiste, il pourrait aujourd'hui être acclamé comme l'un des biologistes les plus novateurs du XXe siècle. En effet, il a conçu un modèle d'organisme vivant le plus simple possible, qu'il a appelé le chimiotone ( Chemoton ) , et qui permet d'expliquer l'apparition de la vie sur Terre.

Pour les astrobiologistes qui s'intéressent à la vie au-delà de notre planète, le chimiotactisme offre une définition universelle de la vie, qui n'est pas liée à des substances chimiques spécifiques comme l'ADN, mais plutôt à un modèle d'organisation global.

"Il semble que Ganti a réfléchi aux fondements de la vie plus profondément que quiconque", déclare le biologiste Eörs Szathmáry, du Centre de recherche écologique de Tihany, en Hongrie.

Les débuts de la vie

Il n'existe pas de définition scientifique commune de la vie, mais ce n'est pas faute d'avoir essayé : Un article de 2012 a recensé 123 définitions publiées. Il est difficile d'en rédiger une qui englobe toute la vie tout en excluant tout ce qui n'est pas vivant et qui possède des attributs semblables à ceux de la vie, comme le feu et les voitures. De nombreuses définitions indiquent que les êtres vivants peuvent se reproduire. Mais un lapin, un être humain ou une baleine ne peuvent se reproduire seuls.

En 1994, un comité de la NASA a décrit la vie comme "un système chimique autonome capable d'une évolution darwinienne". Le mot "système" peut désigner un organisme individuel, une population ou un écosystème. Cela permet de contourner le problème de la reproduction, mais à un prix : l'imprécision.

(Photo : un cercle cellule contenant un autre cercle cellule en train de se dédoubler) 

Fonctionnement du chimiotactisme. Ce modèle théorique de la forme de vie la plus simple nécessite trois mécanismes interdépendants :

a) un cycle métabolique, pour transformer la nourriture en énergie

b)  la réplication des gabarits, pour la reproduction du modèle ;

c) une membrane, pour délimiter l'organisme.

Avec ce processus en 5 phases

1 Les molécules sont absorbées de l'environnement par le métabolisme

2 Le cycle métabolique produit d'abord des éléments pour renforcer sa menbrane

3  Le cylce métabolique use des molécules pour constituer sa réplique

4  La réplique produit une substance chimique qui est un composant clé de la membrane.

5 Les parties non utilisées des molécules sont éjectée à l'extérieur de la menbrane principale

Mais Tibor Ganti avait proposé une autre voie deux décennies plus tôt.

Il était né en 1933 dans la petite ville de Vác, dans le centre de la Hongrie. Ses débuts ayant été marqués par des conflits. La Hongrie s'est alliée à l'Allemagne nazie pendant la Seconde Guerre mondiale, mais en 1945, son armée a été vaincue par l'Union soviétique. Le régime totalitaire dominera l'Eurasie orientale pendant des décennies, la Hongrie devenant un État satellite, comme la plupart des autres pays d'Europe de l'Est.

Fasciné par la nature des êtres vivants, Gánti a étudié l'ingénierie chimique avant de devenir biochimiste industriel. En 1966, il a publié un livre sur la biologie moléculaire intitulé Forradalom az Élet Kutatásában, ou Révolution dans la recherche sur la vie, qui est resté pendant des années un manuel universitaire dominant, en partie parce qu'il n'y en avait pas beaucoup d'autres. L'ouvrage posait la question de savoir si la science comprenait comment la vie était organisée et concluait que ce n'était pas le cas.

En 1971, Gánti aborda le problème de front dans un nouveau livre, Az Élet Princípiuma, ou Les principes de la vie. Publié uniquement en hongrois, ce livre contient la première version de son modèle de chimiotactisme, qui décrit ce qu'il considère comme l'unité fondamentale de la vie. Toutefois, ce premier modèle d'organisme était incomplet et il lui a fallu trois années supplémentaires pour publier ce qui est aujourd'hui considéré comme la version définitive, toujours en hongrois, dans un document qui n'est pas disponible en ligne.

L'année du miracle

Globalement, 1971 a été une année faste pour la recherche sur l'origine de la vie. Outre les travaux de Gánti, la science a proposé deux autres modèles théoriques importants.

Le premier est celui du biologiste théoricien américain Stuart Kauffman, qui soutient que les organismes vivants doivent être capables de se copier eux-mêmes. En spéculant sur la manière dont cela aurait pu fonctionner avant la formation des cellules, il s'est concentré sur les mélanges de produits chimiques.

Supposons que le produit chimique A entraîne la formation du produit chimique B, qui entraîne à son tour la formation du produit chimique C, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'un élément de la chaîne produise une nouvelle version du produit chimique A. Après un cycle, il existera deux copies de chaque ensemble de produits chimiques. Si les matières premières sont suffisantes, un autre cycle produira quatre copies et continuera de manière exponentielle.

Kauffman a appelé un tel groupe un "ensemble autocatalytique" et il a soutenu que de tels groupes de produits chimiques auraient pu constituer la base de la première vie, les ensembles devenant plus complexes jusqu'à ce qu'ils produisent et utilisent une série de molécules complexes, telles que l'ADN.

Dans la seconde idée, le chimiste allemand Manfred Eigen a décrit ce qu'il a appelé un "hypercycle", dans lequel plusieurs ensembles autocatalytiques se combinent pour en former un seul plus grand. La variante d'Eigen introduit une distinction cruciale : Dans un hypercycle, certains des produits chimiques sont des gènes et sont donc constitués d'ADN ou d'un autre acide nucléique, tandis que d'autres sont des protéines fabriquées sur mesure en fonction des informations contenues dans les gènes. Ce système pourrait évoluer en fonction des changements - mutations - dans les gènes, une fonction qui manquait au modèle de Kauffman.

Gánti était arrivé indépendamment à une notion similaire, mais il l'a poussée encore plus loin. Selon lui, deux processus clés doivent se dérouler dans chaque organisme vivant. Premièrement, il doit construire et entretenir son corps, c'est-à-dire qu'il a besoin d'un métabolisme. Deuxièmement, il doit disposer d'une sorte de système de stockage de l'information, tel qu'un ou plusieurs gènes, qui peuvent être copiés et transmis à la descendance.

La première version du modèle de Gánti consistait essentiellement en deux ensembles autocatalytiques aux fonctions distinctes qui se combinaient pour former un ensemble autocatalytique plus important, ce qui n'est pas si différent de l'hypercycle d'Eigen. Cependant, l'année suivante, Gánti a été interrogé par un journaliste qui a mis en évidence une faille importante. Gánti supposait que les deux systèmes étaient basés sur des produits chimiques flottant dans l'eau. Or, laissés à eux-mêmes, ils s'éloigneraient les uns des autres et le chimiotone "mourrait".

La seule solution était d'ajouter un troisième système : une barrière extérieure pour les contenir. Dans les cellules vivantes, cette barrière est une membrane composée de substances chimiques ressemblant à des graisses, appelées lipides. Le chimiotone devait posséder une telle barrière pour se maintenir, et Gánti en a conclu qu'il devait également être autocatalytique pour pouvoir se maintenir et croître.

Voici enfin le chimiotone complet, le concept de Gánti de l'organisme vivant le plus simple possible : gènes, métabolisme et membrane, tous liés. Le métabolisme produit des éléments de construction pour les gènes et la membrane, et les gènes exercent une influence sur la membrane. Ensemble, ils forment une unité autoreproductible : une cellule si simple qu'elle pourrait non seulement apparaître avec une relative facilité sur Terre, mais qu'elle pourrait même rendre compte de biochimies alternatives sur des mondes extraterrestres.

Un modèle oublié

"Gánti a très bien saisi la vie", déclare le biologiste synthétique Nediljko Budisa, de l'université du Manitoba à Winnipeg, au Canada. "Sa lecture a été une révélation. Cependant, Budisa n'a découvert le travail de Gánti que vers 2005. En dehors de l'Europe de l'Est, l'ouvrage est resté obscur pendant des décennies, avec seulement quelques traductions anglaises sur le marché.

Le chimiotactisme est apparu en anglais en 1987, dans un livre de poche avec une traduction assez approximative, explique James Griesemer, de l'université de Californie, à Davis. Peu de gens l'ont remarqué. Szathmáry a ensuite donné au chimiotone une place de choix dans son livre de 1995, The Major Transitions in Evolution, coécrit avec John Maynard Smith. Cela a conduit à une nouvelle traduction anglaise du livre de Gánti de 1971, avec du matériel supplémentaire, publiée en 2003. Mais le chimiotone est resté dans une niche, et six ans plus tard, Gánti est mort.

Dans une certaine mesure, Gánti n'a pas aidé son modèle à s'imposer : il était connu pour être un collègue difficile. Selon Szathmáry, Gánti était obstinément attaché à son modèle, et paranoïaque de surcroît, ce qui le rendait "impossible à travailler".

Mais le plus gros problème du modèle chimiotactique est peut-être que, dans les dernières décennies du XXe siècle, la tendance de la recherche était de supprimer la complexité de la vie au profit d'approches de plus en plus minimalistes.

Par exemple, l'une des hypothèses les plus en vogue aujourd'hui est que la vie a commencé uniquement avec l'ARN, un proche cousin de l'ADN.

Comme son parent moléculaire plus célèbre, l'ARN peut porter des gènes. Mais l'ARN peut aussi agir comme une enzyme et accélérer les réactions chimiques, ce qui a conduit de nombreux experts à affirmer que la première vie n'avait besoin que d'ARN pour démarrer. Cependant, cette hypothèse du monde de l'ARN a été repoussée, notamment parce que la science n'a pas trouvé de type d'ARN capable de se copier sans aide - pensons aux virus à ARN comme le coronavirus, qui ont besoin de cellules humaines pour se reproduire.

D'autres chercheurs ont soutenu que la vie a commencé avec des protéines et rien d'autre, ou des lipides et rien d'autre. Ces idées sont très éloignées de l'approche intégrée de Gánti.

Un véritable chimiotactisme ?

Cependant, les scientifiques de ce siècle ont inversé la tendance. Les chercheurs ont désormais tendance à mettre l'accent sur la façon dont les substances chimiques de la vie fonctionnent ensemble et sur la manière dont ces réseaux coopératifs ont pu émerger.

Depuis 2003, Jack Szostak, de la Harvard Medical School, et ses collègues ont construit des protocellules de plus en plus réalistes : des versions simples de cellules contenant une série de substances chimiques. Ces protocellules peuvent croître et se diviser, ce qui signifie qu'elles peuvent s'autoreproduire.

En 2013, Szostak et Kate Adamala, alors étudiante, ont persuadé l'ARN de se copier à l'intérieur d'une protocellule. De plus, les gènes et la membrane peuvent être couplés : lorsque l'ARN s'accumule à l'intérieur, il exerce une pression sur la membrane extérieure, ce qui encourage la protocellule à s'agrandir.

Les recherches de Szostak "ressemblent beaucoup à celles de Gánti", déclare Petra Schwille, biologiste synthétique à l'Institut Max Planck de biochimie de Martinsried, en Allemagne. Elle souligne également les travaux de Taro Toyota, de l'université de Tokyo au Japon, qui a fabriqué des lipides à l'intérieur d'une protocellule, de sorte que celle-ci puisse développer sa propre membrane.

L'un des arguments avancés contre l'idée d'un chimiotone comme première forme de vie est qu'il nécessite un grand nombre de composants chimiques, notamment des acides nucléiques, des protéines et des lipides. De nombreux experts ont estimé qu'il était peu probable que ces substances chimiques soient toutes issues des mêmes matériaux de départ au même endroit, d'où l'attrait d'idées simples comme celle du monde de l'ARN.

Mais des biochimistes ont récemment trouvé des preuves que toutes les substances chimiques clés de la vie peuvent se former à partir des mêmes matériaux de départ simples. Dans une étude publiée en septembre, des chercheurs dirigés par Sara Szymkuć, alors à l'Académie polonaise des sciences à Varsovie, ont compilé une base de données à partir de décennies d'expériences visant à fabriquer les éléments chimiques de base de la vie. En partant de six produits chimiques simples, comme l'eau et le méthane, Szymkuć a découvert qu'il était possible de fabriquer des dizaines de milliers d'ingrédients clés, y compris les composants de base des protéines et de l'ARN.

Aucune de ces expériences n'a encore permis de construire un chimiotone fonctionnel. C'est peut-être simplement parce que c'est difficile, ou parce que la formulation exacte de Gánti ne correspond pas tout à fait à la façon dont la première vie a fonctionné. Quoi qu'il en soit, le chimiotone nous permet de réfléchir à la manière dont les composants de la vie fonctionnent ensemble, ce qui oriente de plus en plus les approches actuelles visant à comprendre comment la vie est apparue.

Il est révélateur, ajoute Szathmáry, que les citations des travaux de Gánti s'accumulent rapidement. Même si les détails exacts diffèrent, les approches actuelles de l'origine de la vie sont beaucoup plus proches de ce qu'il avait à l'esprit - une approche intégrée qui ne se concentre pas sur un seul des systèmes clés de la vie.

"La vie n'est pas une protéine, la vie n'est pas un ARN, la vie n'est pas une bicouche lipidique", explique M. Griesemer. "Qu'est-ce que c'est ? C'est l'ensemble de ces éléments reliés entre eux selon la bonne organisation.

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Info: https://www.nationalgeographic.com, 14 déc. 2020, par Michael Marshall

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