Un système de modification génique très ciblé, CRISPR/Cas9, bouleverse la recherche, transforme l'étude de l'évolution, relance la thérapie génique, pourrait bouleverser les écosystèmes…

Un mécanisme naturel, une découverte, une révolution à travers la biologie l'écologie et la médecine ?

Un mécanisme de modification ciblée de l'ADN - découvert dans l'industrie du yogourt au  Danemark - protège les bactéries d'attaques virales répétées. Les bactéries intègrent de courtes séquence de l'ADN viral intercalées avec des séquences palindromes appelés CRISPR pour former une sorte de "mémoire immunitaire" . Ensuite les ARN produits avec ces séquence guideront une enzyme Cas9 vers l'ADN correspondante (target) pour découper alors spécifiquement l'ADN viral.

Les caractéristiques les plus spécifiques de ce mécanisme sont la spécificité très grande (il cible très précisément une séquence d'ADN), la modularité (L'ARN et la protéine sont distincts : on peut facilement produire l'ARN target sans devoir changer l'enzyme; et on peut modifier l'enzyme sans perdre la spécificité de l'ARN), enfin la possibilité de le combiner avec les mécanismes de réparation pour non seulement couper mais remplacer une séquence par une autre.

Des potentiels innombrables…

D'innombrables chercheurs, ingénieurs, médecins, et parfois bricoleurs ont développé, à partir de ce mécanisme naturel, d'innombrables applications qui soulèvent des enjeux éthiques en rapport avec les énormes potentiels de ces mécanismes.

En recherche fondamentale on parvient aujourd'hui à faire en quelques jours - ou semaines - et de manière ciblée des modifications qui demandaient des mois ou des années. En médecine on explore de nouvelles approches pour la thérapie génique - plus ciblées. En écologie, on étudie un système de transmission génétique (Gene-drive) qui permettrait en peu de temps de retirer le potentiel de transmission de maladie à à quasi tous les individus d'une espèce (moustiques par exemple). En évolution, des approches expérimentales deviennent possibles  : au lieu d'être limité à la comparaison des différences que le hasard des fossiles et des ADN actuels nous offre - aussi sophistiquée et complexe que puissent être ces analyses elles ne permettent en général pas une vérification empirique - , on peut désormais modifier des espèces et explorer l'effet de gènes pour déterminer les effets développementaux : par exemple une  confirmation expérimentale de l'origine commune des doigts et des rayons des nageoires (Nakamura, T., et al., 2016). Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

A vrai dire cette avalanche étourdissante de nouveautés et de changements de perspective peut être intimidante même pour les plus à jour des enseignants ... Nous avons ainsi organisé ;

Une formation continue pour mieux comprendre ces techniques et potentiels

Une formation continue pour mieux comprendre ces techniques et potentiels avec un chercheur, Fabrizo Thorel PhD, qui les emploie quotidiennement, avec une spécialiste des enjeux bioéthiques Prof Samia Hurst, avec une perspective historique par le Prof. Bruno Strasser et les implications sur l'enseignement et les applications possibles en classe par F. Lombard PhD en didactique de la Biologie.  Cours  PO-16421

"Modifier les génomes et les écosystèmes : enjeux scientifiques et éthiques" détails et inscription ici
"La révolution CRISPR/Cas9 transforme la recherche, ouvre presque à tous la modification génétique et pourrait transformer des écosystèmes"

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L'histoire d'une découverte montre que la sciences est autant affaire de femmes que d'hommes

par Isabelle Collet

La co-découverte de ce mécanisme a changé la vie d'Emmanuelle Charpentier (Abbott, A. (2016)) et peut constituer un exemple montrant aux élèves que la science est autant affaire de femmes que d'hommes.

Cet article retrace le parcours de recherche d'une scientifique d'exception, qui a, après des études à Paris, monté des laboratoires dans le monde entier afin de poursuivre ses recherches et sa passion.

• Abbott, A. (2016). The quiet revolutionary: How the co-discovery of CRISPR explosively changed Emmanuelle Charpentier's life. Nature, 532(7600), 432‑434. http://doi.org/10.1038/532432a  Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Cet article a aussi l'avantage de la présenter comme une scientifique d'excellence, sans tomber dans les travers des stéréotypes sexués sur les femmes : l'auteur nous parle de ses recherches et de son parcours, en laissant de côté les questions de vie privée ou les remarques esthétiques. 

Bref, un article sur une scientifique hors du commun comme on aimerait en lire plus souvent.

Cette possible candidate au Prix Nobel montre de manière claire la bêtise des propos d'un de ces confrères Timothy Hunt, Prix Nobel de médecine, qui avait provoqué consternation et indignation sur les réseaux sociaux et dans la communauté scientifique. Il avait déclaré en 2015 au sujet des femmes : "trois choses se passent quand elles sont dans les labos: vous tombez amoureux d'elles, elles tombent amoureuses de vous, et quand vous les critiquez, elles pleurent."

• Editorial, Nature (2015) Sexism has no place in science. (2015). Nature News, 522(7556), 255. http://doi.org/10.1038/522255a  Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Le fait que la Royal Society britannique se soit instantanément distancié des propos malheureux d'un de ses membres prestigieux et ce type d'articles commence a exister dans la presse sont peut-être des preuves d'une prise de conscience du sexisme dans les sciences et d'une volonté de le faire reculer.

D'ailleurs la co-découverte avec Jennifer Doudna - une femme aussi - leur a valu la prestigieuse récompenses du prix Breakthrough ! " For harnessing an ancient mechanism of bacterial immunity into a powerful and general technology for editing genomes, with wide-ranging implications across biology and medicine." 
Ces exemples sont peut-être des role models pertinent dans le cadre du Plan d'action mathématiques et sciences de la nature (MSN)

• Dossier spécial de Nature sur l'enseignement des sciences… et l'égalité des chances  Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Bio-Tremplins octobre 2015 Il y aurait une science "pour filles" ?

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Pour approfondir CRISPR/Cas9, et pour venir à la Formation Continue inscription ici avec des questions ...

Plus de détails sur les mécanismes et enjeux à partir des publications Bio-Tremplins

• Bio-Tremplins, 18 septembre 2013 CRISPR - le couteau suisse génétique ?
  
• Bio-Tremplins, 21 août 2015 CRISPR, ciseau à ADN magique et précis ou menace sur les écosystèmes ?

la revue Nature a un dossier thématique:   Special: CRISPR

 CRISPR everywhere  A special issue explores what it means to be living in an age of gene editing.

• CRISPR: gene editing is just the beginning  The real power of the biological tool lies in exploring how genomes work. Heidi Ledford Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Welcome to the CRISPR zoo  Birds and bees are just the beginning for a burgeoning technology. Sara ReardonLes membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) 
• Kim, J.-S. (2016). Genome editing comes of age. Nature Protocols, 11(9), 1573‑1578. http://doi.org/10.1038/nprot.2016.104 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

La revue Science : The CRISPR revolution

• The CRISPR revolution topic page

Des dossiers dans les revues de vulgarisation

Un très bon dossier avec Emmanuelle Charpentier elle-même publié dans La Recherche.

• Charpentier, E. Kaldy, P. (2015) CRISPR/Cas9 l'outil qui révolutionne la génétique La Recherche Octobre 2015 extraits.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Plus vulgarisé et sensationnaliste mais suscite bien les questions auprès des élèves.

• Science et Vie Abdoun, E. et al. (2016)  évoque et illustre magnifiquement  "Les 9 promesses de CRISPR/Cas9 :
  

• optimiser les gènes pour doper les individus,
  
• soigner toutes les maladies,
  
• corriger le patrimoine génétique de toute sa descendance,
  
• inventer de nouveaux animaux de compagnie,
  
• produire des OGM mais sans ADN étranger,
  
• immuniser des animaux vecteurs de maladies,
  
• ressusciter des animaux disparus,
  
• sauver des espèces en danger." 

Ce dossier se termine par un article qui présente quelques réflexions sur le plan éthique.

• Abdoun, E. et al. (2016) Bricoleurs du vivant CRISPR/Cas9, Dossier,  Science et Vie janvier 2016 extraits intranet.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

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Pour approfondir de manière plus ciblée

Voici quelques extraits de ce que proposent les spécialistes pour vous faire envie de lire plus... (c'est l'effet Tremplins ;-)

Des applications en recherche

La recherche fondamentale a été profondément modifiée par cette technique ( il y a plus de 2140 articles mentionnant CRISPR dans Nature à l'heure ou j'écris ces lignes)
On parlait déjà en 2013 de la folie CRISPR (Pennisi, E. (2013).

• Pennisi, E. (2013). The CRISPR Craze. Science, 341(6148), 833‑836. http://doi.org/10.1126/science.341.6148.833 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Reardon, S. (2016). Welcome to the CRISPR zoo. Nature, 531(7593), 160‑163. http://doi.org/10.1038/531160a Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
   
  

CRISPR/Cas9 rend possible l'expérimentation en évolution

Callaway, E. (2016) indique que la possibilité de modifier facilement un gène dans un organisme permet des expérience pour vérifier des hypothèses. L'étude de l'évolution repose principalement sur l'induction à partir de données d'observation. Des expériences que CRISPR/Cas9 rendent possible ont - par exemple - permis de vérifier le lien entre rayons des nageoires et doigts chez les vertébrés (Nakamura, T., et al. 2016) Callaway indique : 

"So far, the edits have tended to simply inactivate genes. But evo-devo scientists will soon start swapping genes between distantly related beasts to learn the origins of adaptations such as multicellularity and the anus, to name but two problems troubling the field. Our ability to access and analyse ancient DNA means that we can now insert genes from extinct animals into the genomes of their living relatives.
These sorts of experiments could draw evo-devo fancifully close to de-extinction, the quest to resurrect woolly mammoths and other long-dead animals. But every upturned urinal is not a Dadaist masterwork, and the idea behind the experiments is what matters. These 'hopeful CRISPR monsters' could confirm or reject decades-old theories about key events in evolution, and help us to come up with new ones."

• Callaway, E. (2016). CRISPR's hopeful monsters: gene-editing storms evo-devo labs. Nature News. http://doi.org/10.1038/nature.2016.20449Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Nakamura, T., Gehrke, A. R., Lemberg, J., Szymaszek, J., & Shubin, N. H. (2016). Digits and fin rays share common developmental histories. Nature, advance online publication. http://doi.org/10.1038/nature19322 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Des potentiels cliniques... et des limites évolutives

Puisqu'il s'agit à l'origine d'un mécanisme contre les virus, l'idée de l'utiliser contre les virus humains s'est immédiatement imposée et les premiers essais sont en cours.

• Germale, M. (2016). Ciseaux moléculaires CRISPR/Cas9 contre le SIDA La Recherche-VI-15 extraits intranet.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Malheureusement (et sans surprise pour ceux qui ont compris que  "rien en biologie n'a de sens qu'à la lumière de l'évolution" ( Dobzhansky, T.,  1973) ) la sélection parmi d'innombrables mutations a apparemment révélé des souches de virus insensible à CRISPR/Cas9 : les imperfections dans les mécanismes de  copie du virus accélèrent les mécanismes évolutifs…
Notez qu'on peut discuter le ton assez finaliste ou téléologique du journaliste qui rapporte cette recherche (on sent presque la "ruse" du virus pour contrer efforts des chercheurs ) ...

"HIV can defeat efforts to cripple it with CRISPR gene-editing technology, researchers say. And the very act of editing — involving snipping at the virus's genome — may introduce mutations that help it to resist attack."  […] "DNA sequencing revealed that the virus had developed mutations very near the sequence that CRISPR's Cas9 enzyme had been programmed to cut. To some extent, this was not a surprise: HIV has already shown the ability to evolve resistance to all manner of antiviral drugs (as well as the human immune system). This happens because its genetic material is copied by enzymes that are prone to error. Most mistakes stop the virus working, but occasionally a mutation is beneficial for HIV, allowing it to evade attack. "

•     Callaway, E. (2016). HIV overcomes CRISPR gene-editing attack. Nature News avril 2016. http://doi.org/10.1038/nature.2016.19712 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Des potentiels en thérapie génique ?

Alors que les espoirs pour la thérapie génétique étaient un peu retombés au tournant du siècle, de récents succès relancent cette approche et CRISPR/Cas9 ouvre de nouvelles voies prometteuses . Notamment parce que CRISPR/Cas9 ouvre la possibilité de modifier de manière ciblée le gène défectueux plutôt que de rajouter un gène. Une des limites des premières approches - d'inspiration très Mendelienne il me semble-  était d'imaginer qu'il suffit d'introduire le gène ( l'allèle dominant) dans le génome pour qu'il guérisse puisqu'il est dominant. Or on sait maintenant que l'ADN n'est pas une simple longue ficelle (Bio-Tremplins du 14 novembre 2011) et l'endroit où on insère le gène thérapeutique n'est pas indifférent du tout ... 

• Klinger, C.  (2016) la Renaissance de la thérapie génique. La Recherche février 2010 extraits-intranet.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Reardon, S. (2015). Leukaemia success heralds wave of gene-editing therapies. Nature News, 527(7577), 146. http://doi.org/10.1038/nature.2015.18737 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Des potentiels de modification d'embryons…

Les premiers essais avec  CRISPR/Cas9 sur des humains sont en cours...

• Cyranoski, D. (2016). Chinese scientists to pioneer first human CRISPR trial. Nature News, 535(7613), 476. http://doi.org/10.1038/nature.2016.20302 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Ledford, H. (2015). Where in the world could the first CRISPR baby be born? Nature, 526(7573), 310‑311. http://doi.org/10.1038/526310a Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Kang, X., He, W., Huang, Y., Yu, Q., Chen, Y., Gao, X., … Fan, Y. (2016). Introducing precise genetic modifications into human 3PN embryos by CRISPR/Cas-mediated genome editing. Journal of Assisted Reproduction and Genetics. http://doi.org/10.1007/s10815-016-0710-8 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Bosley, K. S., Botchan, M., Bredenoord, A. L., Carroll, D., Charo, R. A., Charpentier, E., … Zhou, Q. (2015). CRISPR germline engineering—the community speaks. Nature Biotechnology, 33(5), 478‑486. http://doi.org/10.1038/nbt.3227
• Lanphier, E., Urnov, F., Haecker, S. E., Werner, M., & Smolenski, J. (2015). Don't edit the human germ line. Nature, 519(7544), 410‑411. http://doi.org/10.1038/519410a  Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Des potentiels pour le bricoleur ou le parent soucieux de ses enfants

CRISPR/Cas9 rend bien plus accessible la modification génique... peut-être à la portée de tous ?  

• Braly, J. P. (2015). CRISPR : la modification génétique à la portée de tous, La Recherche, janvier 15 extraits-intranet.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Certains envisagent même de modifier eux-mêmes les gènes de leurs propres enfants pour les soigner :

• Check Hayden, E. (2016). Should you edit your children's genes? Nature, 530(7591), 402‑405. http://doi.org/10.1038/530402a Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Des scientifiques responsables

Evidemment des questions éthiques innombrables se posent et les scientifiques eux-mêmes ont convoqué une  réflexion cet hiver sur les potentiels et enjeux de la modification génique chez l'humain

•  Reardon, S. (2015). Global summit reveals divergent views on human gene editing. Nature News, 528(7581), 173. http://doi.org/10.1038/528173aLes membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Bosley, K. S., Botchan, M., Bredenoord, A. L., Carroll, D., Charo, R. A., Charpentier, E., … Zhou, Q. (2015). CRISPR germline engineering—the community speaks. Nature Biotechnology, 33(5), 478‑486. http://doi.org/10.1038/nbt.3227

Des potentiels agricoles ou en élevage, des obstacles éthiques levés ?  

La facilité et la rapidité de  ces mécanismes sont évidemment d'un grand intérêt pour les industriels.
Le mécanisme de modification CRISPR/Cas9 semble bien plus précis et pourrait éviter plusieurs des problèmes comme les séquences d'antibio-résistances restées dans les OGM, le lieu d'insertion imprévisible ou l'apport éthiquement problématique de séquences d'une autre espèce.
Par exemple

• Le porc super-musclé : "à peine une petite modification" du gène de la Myostatine 
• Cyranoski, D. (2015). Super-muscly pigs created by small genetic tweak. Nature News, 523(7558), 13. http://doi.org/10.1038/523013a   Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Voir aussi  Myostatine et dopage : La souris hypermusculaire ! Bio-Tremplins sept 2007

Le terme d'OGM suggère que l'on modifierait les gènes. Jusqu'à présent les OGM sont plutôt des organismes génétiquement incrémentés (OGI ?) : on ajoute un gène, en général sans retirer ni modifier - du moins volontairement - de gène. Le Système CRISPR/Cas9 promet de modifier le gène visé : de changer une séquence "en place". Cela diminue les risques d'effets secondaires, et évite ainsi l'insertion d'un gène "étranger" et serait à ce titre moins susceptible de réactions anti-OGM :  "produire des OGM mais sans ADN étranger "Abdoun, E. et al. (2016) .

• Abdoun, E. et al. (2016) Bricoleurs du vivant CRISPR/Cas9, Dossier,  Science et Vie janvier 2016 extraits intranet.pdf Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

J'avoue une certaine perplexité sur cet argument. Je pense que les oppositions sont fondées par une conception naïve essentialiste : l'ADN humain serait intrinsèquement différent de celui d'autres espèces. L'apport d'un ADN d'une autres espèce menace la nature même de l'individu qui le reçoit. Par extension, toute intervention dans cet ADN - même pour en enlever ou modifier quelques bases avec CRISPR/Cas9 - en perturberait la nature. 

• Coley, J. D., & Tanner, K. (2015). Relations between Intuitive Biological Thinking and Biological Misconceptions in Biology Majors and Nonmajors. CBE-Life Sciences Education, 14(1), ar8. doi: 10.1187/cbe.14-06-0094

Gene-Drive, l'allèle super-dominant : une réaction en chaîne rend possible une modification forcée de l'autre gamète ?

Combiné avec le mécanisme de réparation homologue de l'ADN qui existe dans les cellules, des chercheurs ont réussi à élaborer une construction génique qui va sélectivement s'insérer et remplacer une séquence par celle qu'il apporte, en insérant également de quoi répéter l'opération. Ce système permet une diffusion exponentielle d'un allèle dans une population, même s'il n'apporte pas d'avantage sélectif. Le mécanisme est décrit notamment à partir d'ici :

• CRISPR, ciseau à ADN magique et précis ou menace sur les écosystèmes ? Bio-Tremplins,  21 Aout 2015  Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Habituellement un changement génétique prend longtemps pour se répandre dans la population, car une seule copie du gène muté est transmis à chaque fécondation et donc seule la moitié des descendants reçoit la copie mutée.
Mais  Gene-Drive (mécanisme et liens ici) assure que la mutation produite par CRISPR sur un chromosome se recopie sur le chromosome homologue à chaque génération, assurant que presque tous les descendants de l'individu muté portent la mutation. La mutation se répand alors exponentiellement dans la population comme une sorte de réaction en chaine.

Fig.  4:  Gene Drive assure une sorte de transmission forcée de l'allèle muté et transforme un hétérozygote en homozygote. [img] source  Scopus; Patents: The Lens; Funding: NIH RePORTER.

Les limites de ce modèle dans une perspective évolutive sont discutées par des chercheurs (si de telles éliminations de populations entières se produisaient aussi facilement, ce mécanisme qui existe depuis es millions d'années n'aurait-il pas fait des dégâts observables et laissé des traces dans l'évolution des espèces, disions-nous dans Bio-Tremplins ici) 
Cette question est discutée - et une réponse un peu rassurante est apportée - par des chercheurs notamment ici

• Noble, C., Olejarz, J., Esvelt, K., Church, G., & Nowak, M. (2016). Evolutionary dynamics of CRISPR gene drives. bioRxiv, 57281. http://doi.org/10.1101/057281 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

"The alteration of wild populations has been discussed as a solution to a number of humanity's most pressing ecological and public health concerns. Enabled by the recent revolution in genome edit- ing, CRISPR gene drives, selfish genetic elements which can spread through populations even if they confer no advantage to their host organism, are rapidly emerging as the most promising ap- proach. But before real-world applications are considered, it is imperative to develop a clear un- derstanding of the outcomes of drive release in nature. Toward this aim, we mathematically study the evolutionary dynamics of CRISPR gene drives. We demonstrate that the emergence of drive- resistant alleles presents a major challenge to previously reported constructs, and we show that an alternative design which selects against resistant alleles greatly improves evolutionary stability. We discuss all results in the context of CRISPR technology and provide insights which inform the engineering of practical gene drive systems."

D'ailleurs l'existence de ces même mécanismes évolutifs est manifeste par le fait qu'ils ont restreint les espoirs dans la lutte contre le HIV : des mutations de la séquence du Virus l'ont rendu insensible à l'attaque de CRISPR/Cas9  comme indiqué plus haut dansCallaway, E. (2016).

Encore une fois ... "rien en biologie n'a de sens qu'à la lumière de l'évolution" ( Dobzhansky, T.,  1973)

• Dobzhansky, T. (1973). Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. American Biology Teacher, 35(3), 125-129.
  
  

Des applications en classe ?

Le système CRISPR/Cas9 est probablement plus simple à comprendre pour nos élèves que la modification génique classique surtout comme elle a été faite historiquement avec le gène de l'insuline, les clones bactériens dont le plasmide a effectivement reçu le gène de l'insuline révélés par le gène ßgal qui ne s'exprime plus et la coloration…

Faut-il leur enseigner ce qui va être le principal mécanisme dans leur vie de citoyen ou celui que nous connaissons bien ? La question ne peut plus être éludée... 

Le système CRISPR/Cas9 pose quelques questions qui permettent des activités

• Pourquoi l'évolution a-t-elle sélectionné une longueur d'une vingtaine de bases pour la séquence "target" - environ la même longueur que les primers de la PCR ?  Expérimentation possible pour les élèves : déterminer la longueur minimale qui assure une bonne spécificité en utilisant BLAST avec des séquences de taille décroissante :   Scénario 6

De nouvelles activités expérimentales

On sait qu'un savoir s'enseigne seulement si des activités d'élèves peuvent être proposées aux élèves et si il est facile de composer des épreuves et d'évaluer ces travaux (Chevallard, Y., 1991).  Peut-être que cela explique - en partie - le succès qui ne se dément pas de la Génétique de Mendel dans les programmes.

• Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 1re ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.

D'autres applications en classe seront discutées à la formation continue ici

La didactique est encore à inventer sur ces questions, mais peut-être que certains d'entre vous ont déjà inventé des scénarios innovants ?
Venez les partager à la formation continue ici

Gene-Drive le gène qui s'impose - ou la dominance que les élèves imaginent en étudiant Mendel ? 

Gene-Drive est une exception ( de plus…) au modèle de Mendel … L'examen d'un tableau des zygotes produits (tableau de Punett) avec Gene-Drive peut être une manière de discuter- par contraste – les effets du modèle mendélien lois en distinguant le cas Gene-Drive du cas normal.
On pourrait les aider à prendre conscience de leurs modèles naifs en leur faisant produire un tableau de Punett d'un croisement monohybride avec dominance simple et le même avec Gene-Drive sur l'allèle récessif ou sur l'allèle dominant  ?

Modèle Mendélien	Gris	blanc
Gris	GG	Gb
blanc	Gb	bb

Cela pourrait donner par exemple avec Gene-Drive

Avec l'allèle b muni de Gene-Drive => -gd	Gris	blanc-gd
Gris	GG	bb
blanc-gd	bb	bb

En effet de nombreux élèves semblent - dans mon expérience - imaginer que les allèles dominants s'imposent lors d'une fécondation. S'il est erroné par rapport à  celui de Mendel, ce modèle naïf préfigure assez bien Gene-Drive !
Paradoxalement, les faire comparer ce qui se passe avec Gene-Drive et la classique ségrégation mendélienne pourrait aider à révéler leur modèle naïf et  peut-être le dépasser ? 

Mettre les élèves dans la position de discuter d'anciens documents d'enseignement pourrait les aider à prendre la mesure des progrès de la science ?

Sources :

• Abbott, A. (2016). The quiet revolutionary: How the co-discovery of CRISPR explosively changed Emmanuelle Charpentier's life. Nature, 532(7600), 432‑434. http://doi.org/10.1038/532432a
  
• Abdoun, E. et al. (2016) Bricoleurs du vivant CRISPR/Cas9, Dossier,  Science et Vie janvier 2016 extraits intranet.pdf
• Bio-Tremplins octobre 2015 Il y aurait une science "pour filles" ?
• Bio-Tremplins, 18 septembre 2013 CRISPR - le couteau suisse génétique ?
  
• Bio-Tremplins, 21 août 2015 CRISPR, ciseau à ADN magique et précis ou menace sur les écosystèmes ?
• Bio-Tremplins sept 2007 Myostatine et dopage : La souris hypermusculaire !
• Bio-Tremplins,  21 Aout 2015CRISPR, ciseau à ADN magique et précis ou menace sur les écosystèmes ?
• Bosley, K. S., Botchan, M., Bredenoord, A. L., Carroll, D., Charo, R. A., Charpentier, E., … Zhou, Q. (2015). CRISPR germline engineering—the community speaks. Nature Biotechnology, 33(5), 478‑486. http://doi.org/10.1038/nbt.3227
• Braly, J. P. (2015). CRISPR : la modification génétique à la portée de tous, La Recherche, janvier 15 extraits-intranet.pdf
• Charpentier, E. Kaldy, P. (2015) CRISPR/Cas9 l'outil qui révolutionne la génétique La Recherche Octobre 2015 extraits.pdf
• Callaway, E. (2016). CRISPR's hopeful monsters: gene-editing storms evo-devo labs. Nature News. http://doi.org/10.1038/nature.2016.20449
• Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 1re ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.
• Cyranoski, D. (2015). Super-muscly pigs created by small genetic tweak. Nature News, 523(7558), 13. http://doi.org/10.1038/523013a
• Cyranoski, D. (2016). Chinese scientists to pioneer first human CRISPR trial. Nature News, 535(7613), 476. http://doi.org/10.1038/nature.2016.20302 
• Dossier spécial de Nature sur l'enseignement des sciences… et l'égalité des chances
• Dossier Nature (2016) The CRISPR revolution topic page
• Editorial,Nature (2015) Sexism has no place in science. (2015). Nature News, 522(7556), 255. http://doi.org/10.1038/522255a
• Germale, M. (2016). Ciseaux moléculaires CRISPR/Cas9 contre le SIDA La Recherche-VI-15 extraits intranet.pdf
• Kang, X., He, W., Huang, Y., Yu, Q., Chen, Y., Gao, X., … Fan, Y. (2016). Introducing precise genetic modifications into human 3PN embryos by CRISPR/Cas-mediated genome editing. Journal of Assisted Reproduction and Genetics. http://doi.org/10.1007/s10815-016-0710-8 Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)
• Klinger, C.  (2016) la Renaissance de la thérapie génique. La Recherche février 2010 extraits-intranet.pdf
• Lanphier, E., Urnov, F., Haecker, S. E., Werner, M., & Smolenski, J. (2015). Don't edit the human germ line. Nature, 519(7544), 410‑411. http://doi.org/10.1038/519410a
• Ledford, H. (2015). Where in the world could the first CRISPR baby be born? Nature, 526(7573), 310‑311. http://doi.org/10.1038/526310a
• Nakamura, T., Gehrke, A. R., Lemberg, J., Szymaszek, J., & Shubin, N. H. (2016). Digits and fin rays share common developmental histories. Nature, advance online publication. http://doi.org/10.1038/nature19322
• Noble, C., Olejarz, J., Esvelt, K., Church, G., & Nowak, M. (2016). Evolutionary dynamics of CRISPR gene drives. bioRxiv, 57281. http://doi.org/10.1101/057281
• Pennisi, E. (2013). The CRISPR Craze. Science, 341(6148), 833‑836. http://doi.org/10.1126/science.341.6148.833
• Reardon, S. (2016). Welcome to the CRISPR zoo. Nature, 531(7593), 160‑163. http://doi.org/10.1038/531160a
  
• Reardon, S. (2015). Leukaemia success heralds wave of gene-editing therapies. Nature News, 527(7577), 146. http://doi.org/10.1038/nature.2015.187

une matinée de conférences et du théâtre "Horace Bénédict de Saussure et le Relief des Alpes", samedi 27 août

De Saussure : une figure scientifique et montagnarde Genevoise 

Horace-Bénédict de Saussure a marqué l'histoire scientifique et montagnarde de la région genevoise chacun le sait - notamment en suscitant le course pour  la première ascension du Mont-Blanc dans un contexte de rivalité sportive et régionale sur les sommets. Surtout au collège qui porte son nom... Mais, une fois cela dit que savons-nous vraiment de ce personnage et de son époque,  des rapports à la montagne et à la science  ?


Une série de conférences ce samedi au musée d'histoire des sciences - magnifique bâtiment dans un écrin de verdure au bord du lac - face au Mont-Blanc, justement - vous permettra de découvrir quelques facettes montagnardes - avec le CAS - et scientifiques de ce personnage exceptionnel. 

   
Fig 1: Horace Bénédict de Saussure[img] [img] source : Culture, Histoire et Patrimoine de Passy

• Horace-Bénédict de Saussure - Naturaliste des Alpes - Presse - 2014 - Musée d'histoire des sciences de la Ville de Genève. (s. d.). Consulté 17 août 2016, à l'adresse http://www.ville-ge.ch/mhs/presse_2014_saussure.php
• Raffestin, C. (2001). Les Alpes entre mythes et réalités. Revue de géographie alpine, 89(4), 13‑26. http://doi.org/10.3406/rga.2001.3055
  

Horace Bénédict de Saussure et le relief des Alpes

Pour préparer la rentrée et en lien avec l'exposition temporaire "T'es où ?", les Salons Dufour, la Section genevoise du Club Alpin Suisse et le Musée d'histoire des sciences vous invitent à une matinée de conférences et de théâtre au Musée d'histoire des sciences :



Fig 2: Horace Bénédict de Saussure [img] source : MHS

Horace Bénédict de Saussure et le relief des Alpes
samedi 27 août
de 9h à 12h30 environ


Programme
Accueil, par L.-I. Stahl Gretsch (Musée d'histoire des sciences) et Marc Studer (président Les Salons du Général Dufour)
Conférences :
- Dufour et la création de la Section genevoise du Club Alpin Suisse, par Quentin Deville (président du Club Alpin Suisse (CAS), Section Genève)
- Les Pierres du Niton, par Jean Sesiano (Université de Genève et membre du Club Alpin Suisse (CAS), Section Genève)
- Le franchissement des Alpes par l'altimétrie, les triangulations et les cartes, par Martin Rickenbacher (Groupe de travail de l'histoire de la cartographie, Société Suisse de Cartographie, membre de la Commission historique des Salons du Général Dufour)
- L'évolution de la représentation du relief à travers l'Histoire, par Bertrand Levy (maître d'enseignement et de recherche au Département Géographie et Environnement de l'Université de Genève,  rédacteur du Globe (revue genevoise de géographie), membre de la Société de Géographie de Genève)
- Les expéditions de Saussure racontées par les reliefs, par Stéphane Fischer (assistant-conservateur au Musée d'Histoire des Sciences)
Théâtre :
 La lenteur du paysage – sur les traces de Horace-Bénédict de Saussure, d'après "Voyage dans les Alpes", par Natacha Jaquerod, Isabelle Bosson et la troupe de Théâtre Cie Le Facteur Sensible.

Gratuit et tout public, dans la mesure des places disponibles

Pour bien tomber  dans les pommes ?

Alors qu'on dispose de 114 génomes de plantes sur MapViewer (y compris Vitis vinifera (la vigne) et Theobroma cacao (le cacaoyer))  on n'y trouve pas la pomme...

• Genome de plantes
  

Ce qui est intéressant est que l'on considère implicitement en évoquant LE génome d'une espèce  que ce génome serait unique, comme on a parlé longtemps DU génome humain. Ce changement de perspective est manifeste dans la recherche notamment avec le 1000 Genomes Project qui explore les implications de la diversité humaine  tutoriels et des vidéos ici )

Or la diversité à l'intérieur d'une espèce ( on parle parfois de biodiversité génétique) est cruciale au cours de l'évolution : ne sont parvenues jusqu'à nous que les espèces dont la diversité génétique leur a permis de s'adapter aux modifications du milieu au cours des millions d'années. 

Certains s'inquiètent de la réduction de cette diversité génétique - notamment dans les espèces cultivées - selon la FAO (ici), 75% de la nourriture mondiale est produite à partir de seulement 12 plants et 5 espèces animales. La diversité  à l'intérieur de ces espèces est d'autant plus importante alors qu'elle est réduite : 90% des variétés de ces espèces ont disparu selon ce même document.

Quelques références utiles sur les effets - pour l'humain -  de la baisse de Biodiversité :

• Bio-Tremplins sept 2012 : La biodiversité : à la mode ?
• Cardinale, B. J., Duffy, J. E., Gonzalez, A., Hooper, D. U., Perrings, C., Venail, P., … Naeem, S. (2012). Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature, 486(7401), 59‑67. http://doi.org/10.1038/nature11148

Et la pomme alors ?

Fig 1: un petit échantillon de variétés de pommes [img] source marginalrevolution

Alors que la Pomme ne figure pas dans ces 12espèces, on sait que de nombreuses variétés ont disparu au cours du dernier siècle. Un temps on ne trouvait plus que les Golden dans les rayons des supermarchés.

De plus en plus on s’inquiète de cet appauvrissement et pas seulement à cause de la biodiversité génétique, mais aussi pour des questions gustatives ou sentimentales ( j'avoue que j'apprécie plus d'anciennes variétés de petits pommes acidulées que les fades golden... ) 
Une association au nom charmant de Rétropomme, vous propose ce week-end de déguster ces anciennes pommes dans une joyeuse ambiance. 

Une manifestation « Rencontre autour du fruit » samedi prochain

Nous avons le plaisir de vous convier à notre prochaine manifestation intitulée « Rencontre autour du fruit » qui aura lieu au verger conservatoire d’Aclens (VD), le samedi 20 août prochain.
De 14h à 17h, venez visiter notre verger et déguster de nombreuses anciennes variétés de fruits de Suisse romande. Cette manifestation est gratuite et ouverte à toutes et tous!
Vous trouverez ci-dessous le lien pour le plan d’accès à la manifestation. Le verger est également accessible en transports publics, avec un bus vous déposant au centre du village d’Aclens. 
C'est ici : cliquer! 

En espérant vous y retrouver nombreux, nous vous adressons nos salutations les meilleures.
Pour Rétropomme
Ludovic Longchamp association Rétropomme Case postale 750 2002 Neuchâtel Tél : +41(0) 32 724 61 92 E-mail : info@retropomme.ch

Ne manquez pas la "nuit" de la science !

Pour de nombreux enseignants il n'y a pas d'apprentissage sans une part de jeu mais bien sûr des règles... 
Expériment@l suggère pour ceux qui ne pourront pas  venir et pour ceux qui pourront aussi :

• Honey, M., & Hilton, M. (2011). Learning science through computer games and simulations: National Academy Press.
  Librement accessible ici
  
  
  
  Learning Science Through Computer Games and Simulations (2011)

Alors venez jouer, apprendre, ... Ne manquez pas :

Un des plus beaux évènements de science grand public, dans un cadre de rêve !

D'autant plus que l'évènement se tient dans le magnifique parc de la Perle du lac et au splendide musée d'histoire des sciences
...et que la "nuit" commence dès 14h samedi et 12h dimanche !
http://www.lanuitdelascience.ch
Vous y retrouverez le Bioscope, avec Les plantes dévoilent leur jeu stand 13

Un thème qui touche de nombreuses disciplines

Le monde scientifique peut être un vaste terrain de jeu. Pour le ou la néophyte qui va ainsi découvrir des phénomènes insoupçonnés ou des explications très rationnelles à des événements en apparence incompréhensibles ou pour l'averti-e qui va pousser plus loin ses connaissances.
Il y a deux ans, à travers les activités proposées lors de la Nuit de la science, nous étions invités à nous méfier des apparences. Aujourd'hui, les organisateurs de cette manifestation nous poussent à jouer le jeu, c'est-à-dire à se laisser embarquer dans un univers dont il faut apprendre quelques règles pour pouvoir mieux le comprendre.
Grâce une nouvelle fois à une belle collaboration entre les différentes institutions au service de la science, comme les musées scientifiques genevois, l'Université, les Hautes écoles, le CERN et un grand nombre associations gravitant dans le monde des maths, de la physique, de la chimie, de la biologie, de la biochimie, etc, le beau parc de la Perle du Lac sera transformé en un vaste terrain de jeu instructif.
La Nuit de la science permet de faire découvrir ce monde énigmatique à l'ensemble de la population, dans un esprit mêlant ludisme et sérieux. C'est le plus souvent par la rencontre que la compréhension est la plus aisée. C'est donc de telles manifestations que la Ville de Genève est fière de proposer, des événements permettant d'estomper les frontières entre « celles et ceux qui savent » et les autres, entre les générations.
Pour François Cavanna, « la science est un jeu dont la règle du jeu consiste à trouver quelle est la règle du jeu ». Je vous invite donc à la chercher et vous souhaite de la trouver !

Site du Musée d'histoire des sciences de la Ville de Genève
Parc de la Perle du Lac - 128 rue de Lausanne - 1202 Genève
Tél.: +41 (0)22 418 50 60 - Fax: +41 (0)22 418 50 61 - mhs@ville-ge.ch

Accès:
Bus 1 et 25 : arrêt Sécheron
Tram 15 : arrêt Butini
Mouettes genevoises M4 : arrêt Châteaubriand
Gare CFF de Genève Cornavin à 15 min à pied
Halte ferroviaire Genève Sécheron (lignes régionales) à 5 min à pied

Horaires:
Samedi 9 juillet: de 14h à tard dans la soirée
Dimanche 10 juillet: de 12h à 20h
Les stands de science sont ouverts en continu de 14h à 23h30 le samedi, de 12h à 19h le dimanche.
Le samedi, les animations dédiées spécialement au jeune public ferment plus tôt dans la soirée.
Les activités ont lieu par tous les temps grâce aux abris imperméables prévus à cet effet. 

Manifestation tout public et gratuite.

Renseignements:
+41(0)22 418 50 60
www.lanuitdelascience.ch

Sources

• Rieber, L. P. (1996). Seriously considering play: Designing interactive learning environments based on the blending of microworlds, simulations, and games. Educational Technology Research & Development, 44(2), 43-58.
  http://it.coe.uga.edu/~lrieber/play.html

«L’UNIGE dans l’espace…,A la chasse des astroparticules», Une exposition à l'UNIGE 18-30 septembre

Mais ou est donc cette antimatière ?

Les physiciens du monde entier se demandent encore où est passée l'antimatière. En effet, la théorie du Big Bang implique qu'à l'origine de l'Univers, matière et antimatière étaient également abondantes. Jusqu'à présent, les scientifiques ont pu exclure l'existence de grandes quantités d'antimatière dans le voisinage de notre amas de galaxies. Mais qu'en est-il ailleurs ?

Afin de présenter ses travaux de recherche sur le rayonnement cosmique, le Département de physique nucléaire et corpusculaire de l'Université de Genève (UNIGE) organise une exposition intitulée « L'UNIGE dans l'espace... à la chasse des astroparticules »,  du 18 août au 30 septembre, à la Salle d'exposition de l'UNIGE  (SEU, Uni Carl Vogt). La chasse aux astroparticules vise à en savoir un maximum sur les origines des rayons cosmiques, les associer aux sources astrophysiques connues ou identifier des sources non conventionnelles comme la matière sombre ou des résidus d'antimatière. 

Mesurer les rayons cosmiques, la fraction des positrons pour discuter un modèle qui contribue à expliquer la matière sombre ?

Pour se préparer et mieux profiter de l'expo (ou pour ceux qui ne peuvent pas venir…ou pour approfondir après !)  le prof. Martin Pohl propose aux abonnés Expériment@l un article dans Europhysics News

• • Pohl, M. (2014). First result from the AMS experiment: the beginning of a rich cosmic ray program. Europhysics News, 45(3), 17‑20. http://doi.org/10.1051/epn/2014302 ici.pdf

Pour vous donner envie voici quelques éléments à titre d'apéritif pour vous inciter à aller lire l'article entier ici.pdf ( c'est l'effet -Tremplins)

Abstract  : "More than 100 years after the discovery of cosmic rays by Victor Hess, our knowledge of their sources and transport is still rather rudimentary. This does not only concern the astrophysical phenomena, which create and accelerate charged particles, but also the potential role of particle physics and cosmological mechanisms."

Avec AMS, les chercheurs étudient notamment la fraction de positrons et montrent qu'ils ne viennent pas d'une direction priviliégiée  " The positron-to-electron ratio shows no anisotropy [3] indicating the energetic positrons are not coming from a preferred direction in space. Together, these features show evidence of new physics phenomena. Even with the high statistics, 6.8 million events, and the accuracy of AMS, the fraction shows no fine structure."  cf figure 1

Fig 1: The positron fraction measured by AMS demonstrates excellent agreement with the simple model described in the text. It shows no fine structure. [img] source Pohl, M. (2014) 

Cela devrait permettre à terme de déterminer si ce spectre provient de la collision de particules de matière sombre ou de pulsars dans la galaxie "The exact shape of the spectrum as shown in Fig. [1], extended to higher energies,will ultimately determine whether this spectrum originates from the collision of dark matter particles or from pulsars in the galaxy."

Pour en savoir plus l'article est ici.pdf et donne des références à d'autres articles passionants

Les projets

Il y a aussi des sites web qui introduisent ces projets:

- pour AMS : www.ams02.org, ams.nasa.gov

- pour POLAR : http://isdc.unige.ch/polar/

- pour DAMPE : dpnc.unige.ch/dampe/

Fig 2: Le détecteur AMS. situé à plus de 400km au-dessus de la terre, récolte des données sur les rayons cosmiques primordiaux qui traversent le détecteur.  [img] source Pohl, M. (2014) 

Depuis de nombreuses années déjà, la Suisse est une partenaire essentielle dans les recherches en astrophysique. Pionnière dans ce domaine dès le début du 20ème siècle, membre fondateur des grandes organisations spatiales européennes, conceptrice d'instruments scientifiques de pointe, la Suisse développe et exporte son savoir-faire jusqu'au tréfonds de l'Univers.

Une exposition ouverte au public, des conférences !

Divers évènements entourent cette exposition ouverte au public et gratuite. Outre les visites guidées (mardi 25 août et jeudi 27 septembre de 12h30 à 13h30, sur inscription), le lancement du détecteur d'astroparticules « POLAR » sera retransmis en direct dimanche 18 septembre à la SEU (heure à définir en fonction des conditions météorologiques), puis rediffusé en continu au sein de l'exposition. Le jeudi 15 septembre, une visite du centre de contrôle de l'Alpha Magnetic Sprectrometer (AMS), seul centre de contrôle hors NASA relié à la Station Spatiale Internationale, sera organisée au CERN de 12h à 14h (sur inscription, places limitées). Enfin, le Prix Nobel de physique Samuel Ting donnera une conférence intitulée « The Cosmos is the Ultimate Laboratory », le mardi 27 septembre à 18h30 à l'auditoire du Musée d'Ethnographie de Genève (sur inscription, place limitées).

si vous n'arrivez pas à lire ce message correctement, cliquez ici pour l'ouvrir dans votre navigateur. Le professeur Martin Pohl et son groupe «AMS et POLAR» du Département de physique nucléaire et corpusculaire ont le plaisir de vous inviter au vernissage de l'exposition «L'UNIGE dans l'espace… A la chasse des astroparticules» Une exposition sur le rayonnement cosmique du Département de physique nucléaire et corpusculaire Le jeudi 18 août à 18h30 à la SEU - Salle d'exposition de l'Université (Uni Carl Vogt, 66 bd Carl-Vogt) et aux événements suivants: Visites guidées - de l'exposition, jeudi 25 août et mardi 27 septembre, de 12h30 à 13h30 | Inscription >> - du centre de contrôle d'AMS au CERN, jeudi 15 septembre, de 12h00 à 14h00 | Inscription >> Retransmission en direct du lancement du détecteur d'astroparticules «POLAR» vers une orbite proche de la Terre - Dimanche 18 septembre, SEU, sans inscription (l'horaire sera indiqué sur www.unige.ch/-/astroparticules) Conférence du prix Nobel de physique Samuel Ting (en anglais) - Mardi 27 septembre à 18h30, auditoire du Musée d'ethnographie de Genève (MEG) | Inscription >> ____________________________ Le projet AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) a bénéficié du savoir faire de pointe du Département de physique nucléaire et corpusculaire (DPNC) de l'UNIGE. Un spectromètre de grande sensibilité et de haute résolution a été construit à cet effet et est installé depuis 2011 sur la Station spatiale internationale (ISS). Le DPNC a été en charge de la conception du détecteur de traces, dispositif qui se trouve au cœur du prototype AMS 01 et du modèle de vol AMS 02. Le but de cette recherche, que les physiciens de l'UNIGE suivent de très près en s'impliquant aussi dans l'analyse scientifique des données, est d'améliorer la connaissance des particules observées directement dans l'espace. Les physiciens du monde entier se demandent encore où est passée l'antimatière. En fait, la théorie du Big Bang implique que matière et antimatière étaient également abondantes à l'origine de l'Univers. Jusqu'à maintenant on a pu exclure la présence de grandes quantités d'antimatière dans le voisinage de notre amas de galaxies. Mais qu'en est-il ailleurs? La chasse aux astroparticules vise à détecter la moindre trace d'antimatière primordiale… si elle existe encore et si… nous parvenons à construire et faire partir des détecteurs à sa rencontre… au milieu de l'Univers! www.unige.ch/-/astroparticules

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• Pohl, M. (2014). First result from the AMS experiment: the beginning of a rich cosmic ray program. Europhysics News, 45(3), 17‑20. http://doi.org/10.1051/epn/2014302
  
  

les parasites qui manipulent le comportement de leur hôte pour les exposer au prédateur dont le parasite à besoin...

Un parasite pousse les chimpanzés dans les griffes des léopards !

Toxoplasma gondii modifie le comportement des chimpanzés : au lieu de fuir l'odeur  de leur principal prédateur (notamment de son urine ), le léopard, les singes infectés par ce parasite sont attirés vers le félin. Or le parasite ne peut fermer son cycle vital que chez ce prédateur. Nous vous proposerons des extraits des articles scientifiques d'où ces savoirs proviennent, Nous vous faciliterons l'accès aux articles pour permettre aux scientifiques que vous êtes d'approfondir- c'est ce qui caractérise ces Tremplins. Nous présenterons aussi quelques autres exemples de parasites qui manipulent le comportement de leur hôte, évoquerons quelques vulgarisations sensationnalistes. Nous discuterons un peu les obstacles conceptuels que ces curiosités écologiques révèlent peut-être auprès du public et des élèves.

Les "Zombies" dans Science et Vie Junior

Sous un titre accrocheur " les zombies sont parmi nous" un dossier dans Science et Vie Junior (mai 2016) extraits intranet.pdf évoque et illustre magnifiquement (cf. Fig 1) ces manipulations du comportement du chimpanzé par le parasite Toxoplasma gondii. 
L'article d'origine semble être Poirotte, C., et al. (2016) ici. (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)  Les BD semblent provenir de National Geographic. ici

Fig 1: Toxoplasma gondii modifie le comportement des chimpanzés. ils sont attirés par le félin. [img] source Science et Vie Junior Mai 2016

Un parasite inoffensif et une curiosité du monde animal...

Science et Vie du même mois (extraits-intranet.pdf) discute aussi ce thème curieux de l'écologie des parasites , mais évoque la possibilité - inquiétante - du changement de comportement humain de ce parasite qui infecte très fréquemment les humains à partir de chats  : la prévalence de de l'infection est de 30% selon Flegr, J. (2013).
Poirotte, C., et al. (2016) indiquent que les humains infectés trouvent l'odeur d'urine de chat plaisante alors que les non-infectés l'estiment déplaisante. "infected men rate cat urine, but not tiger urine, as pleasant while non-infected men do not ". 
Kaushik, M., Knowles, S. C. L., & Webster, J. P. (2014). ici (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) indiquent que ce même parasite manipule le comportement des rats et fait qu'ils recherchent l'odeur du chat !
On avait jusque récemment déclaré cette infection sans problèmes apparents sauf durant la grossesse "La toxoplasmose est l'une des affections parasitaires les plus fréquentes. Si elle est généralement bénigne, sa survenue pendant la grossesse peut être grave en raison du risque de lésions du système nerveux central du fœtus" selon Doctissimo . Cela pourrait être en train de changer...

...ou un parasite qui rend mentalement mou et plus vulnérable ?

En effet les humains infectés subissent des effets sur la personnalité et la concentration, les temps de réaction. "T. gondii induces behavioral modifications such as personality changes, prolonged reaction times and decreased long-term concentration." selon Poirotte, C., et al. (2016) ici (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) 
En se référant à Flegr, J. (2013). Dans un article au titre provocant "How and why Toxoplasma makes us crazy"  Ce dernier indique que cette infection pourrait avoir des effets dramatiques sur la santé mentale et des effets sur les accidents de la route et au travail ainsi que les suicides. Il évoque la possibilité que cette modification du comportement rendrait plus vulnérables aux prédateurs félins de notre passé évolutif ceux qui sont infectés ""At least some of these effects, […] are products of manipulation activity by Toxoplasma aiming to increase the probability of transmission from intermediate to definitive host through predation."Flegr, J. (2013) ici  (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

Le lien entre des troubles du comportement humain et parasite est renforcé par d'autres recherches montrant que  les anti-parasitaires ( contre T. gondii)  semblent avoir les mêmes effets que les antidépresseurs sur certaines désordres affectifs fréquents  humains comme la dépression (Webster, J.,et al., 2006) ici (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) 

Et les mécanismes sous-jacents ?

Flegr, J. (2013) évoque - sans donner de détails-   un mécanisme possible pour ces effets sur le psychisme  "…these effects, possibly mediated by increased dopamine and decreased tryptophan…"Flegr, J. (2013) ici  (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) .
Pour un biologiste l'idée que la dopamine puisse - libérée au bon endroit - influencer les temps de réaction, la concentration et la personnalité, est facile à imaginer On l'on sait que ce neurotransmetteur est au coeur des mécanismes qui motivent (au sens psychologique : incitent à l'action et l'orientent (Myers, D. G., 1998)).
Mais cette hypothèse plaisante ne semble pas avoir pu être vérifiée de manière indiscutable et les auteurs discutent ces modèles avec circonspection et en indiquent les limites. Comme souvent la vulgarisation transforme cette prudence des scientifiques en certitude. Science et Vie (extraits-ici) adopte un ton assez affirmatif en indiquant que les kystes se retrouvent dans l'amygdale, et suggèrent que cela explique le lien entre peur et odeur. Les lecteurs trouveront de nombreux exemples dans la presse qui sont bien plus affirmatifs. Et ceux qui enseignent seront bien empruntés pour ne pas tomber dans les affirmations simple dans des enseignements surchargés... ? la question de la vérité dans l'enseignement des sciences est une vaste question sur laquelle nous reviendrons ...

Poulin (2010) ici dans cet excellent review est très prudent  :  "The mechanisms used by parasites to alter host behavior following infection remain perhaps the least understood aspect of host manipulation by parasites. Once an animal acquires a parasite, existing behavior patterns are changed, or novel behaviors are manifested, via either direct or indirect mechanisms (Lefèvre et al., 2009a; Thomas et al., 2005). Parasites may directly secrete neuroactive substances causing a change in host behavior, or the presence of the parasite may indirectly influence or interfere with host biochemical pathways, leading coincidentally to a change in host behavior. " Poulin, R. (2010) p. 176 (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) Il évoque des neuromédiateurs dans certains cas, mais le mécanisme d'action reste à élucider semble-t-il."For example, the trematode Schistosoma mansoni secretes opioid peptides into its host, thus influencing both host immunity and neural function." Poulin, R. (2010) p. 176
Des prix Nobel à faire pour nos élèves en élucidant ces mécanismes ?

une perspective évolutionniste.

"En biologie rien n'a de sens si ce n'est à la lumière de l'évolution" disait Dobzhansky (1973). Les explications basées sur la méchanceté du parasite, sa ruse, sa perversité, l'innocence de la pauvre vicitme, sont donc non-pertinentes (ou plutôt elles nous disent quelque chose sur notre vision du monde et nos explications spontanées où l'intentionnalité et le finalisme semblent être profondément ancrés (Coley, J. D., & Tanner, K.,2015) ici).

Voyons plutôt quelques extraits de ce que proposent les spécialistes pour vous faire envie de lire plus... (Tremplins ;-)

Que ces changements de comportements soient de simples effets secondaire pathologiques de l'infection est peu plausible selon Poulin, R. (2010). Il discute comment ces modifications - qui conduisent les hôtes dans lesquels ils sont à la mort - ont pu produire plus de descendants chez le parasite, malgré l'exposition de l'hôte manipulé à des risques accrus.




Fig 2: Curtuteria australis - manipule le comportement de son hôte ce qui l'expose à la prédation par l'hôte final et augmente le taux de transmission - même si cela augmente les pertes avec d'autres prédateurs . [img] source Poulin (2010)

Poulin, et al.  (2010) suggèrent qu'intervenir dans les mécanismes existants de régulations du comportement serait particulièrement efficace en termes d'investissement du parasite vs. transmission accrue.
"In particular, parasites that specifically target host compensatory responses could thus make use of existing host mechanisms to meet their own transmission needs without overly compromising host fitness (Lefèvre et al., 2008 and Lefèvre et al., 2009a). Vector-borne parasites, for instance, are known to change the feeding behavior of their vector, for example, increasing its probing rate, in ways that make parasite transmission more likely (Hurd, 2003, Moore, 1993 and Rogers & Bates, 2007).
Plus loin Poulin, et al.  (2010) mentionnent le cas d'un parasite (plasmodium gallinaceum) qui diminue la capacité de son hôte (le moustique Aedes aegypti) à trouver où piquer, ce qui réduit la fécondité et les pousse à piquer plus la récupérer :
" In addition, vectors also usually incur a reduction in fecundity when they harbor parasites (Hurd et al., 1995). However, when malaria-infected mosquitos are allowed to bite more hosts per unit time (the consequence of manipulation by the parasite), they recover their normal fecundity (Rossignol et al., 1986 ici (Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes) )."

Pourquoi c'est tellement troublant qu'un parasite manipule le comportement de son hôte - humain ?

Qu'un parasite cause du tort - peu ou prou - à son hôte  est facile à concevoir. Que le parasite Schistosoma cause des troubles comme des saignements urinaires ou des troubles intestinaux, est facile à imaginer.

Que son proche parent dans nos lacs Trichobilharzia - appelé "puce de canards" - gâte nos baignades dès que l'eau atteint enfin une température agréable ne surprend guère. Pour un review, cf Soldánová, et al. (2013). ici.

Il cause une réaction du système immunitaire - médiée par les IgE - contre les parasites (celui dont les déclenchemnents intempestifs cause l'allergie : cf. IgE-mediated activation of accessory cells has an important role in resistance to parasite infection.).
Que cela produise des démangeaisons lors des contacts ultérieurs est bien désagréable mais ne remet pas en cause nos conceptions de l'esprit et du corps.

Fig 3: Des cercaires de  Trichobilharzia issu d'un mollusque recherchent un oiseau lacustre et atteignent parfois accidentellement un nageur. [img] source Soldánová, et al. (2013).

Que le parasite puisse manipuler le comportement de son hôte -surtout humain ! - d'une manière qui mette sa vie en grand danger est plus difficile à concevoir et plus troublant.

Ce coté troublant explique peut-être la couverture médiatique actuelle à la recherche de sensationnalisme ; Science et Vie junior parle de "Zombie", 

Dans le fond pourquoi est-ce si choquant ?

Pourquoi est-il si surprenant qu'un parasite manipule notre comportement ? Peut-être parce que cela met en cause la séparation entre le corps et l'esprit (dualisme) ? Accepter que la motivation, celle qui incite à savourer des oeuvres littéraires ou philosophiques soit liée à un neurotransmetteur particulier est plus facile pour un biologiste, probablement. Dans ce modèle on imagine assez facilement que si un parasite perturbe ce circuit de la dopamine il manipule nos envies et oriente nos actions. Pourtant les drogues comme le tabac ou l'alcool ont bien cet effet !

Peut-être est-ce troublant parce que cela semble remettre en question le libre arbitre si important pour les adolescents en quête de leur autonomie ? Ce parasite nous conduirait à faire ce que nous n'avons pas voulu ou à ne pas faire ce que nous avons voulu.Pourtant les drogues comme le tabac ou l'alcool ont bien cet effet !

Les lecteurs qui auraient connaissance de textes sur ces points pourraient commenter dans Bio-Tremplins | Expériment@l ou simplement nous écrire et nous reporterons sur les plateformes.

Gageons que ces étranges manipulations du comportement par le parasite pourront stimuler des débats en classe sur les questions des fondements biologiques du comportement, sur le libre arbitre, sur les désordres psychologiques,  sur les cycles parasitaires, sur l'importance des hôtes intermédiaires pour l'adaptation des parasites, et sans doute bien d'autres.

D'autres exemples :

Le trematode qui rend les fourmis suicidaires et les ruminants... formicivore ?

Un autre cas étonnant : celui de Dicrocoelium dendriticum dont les métacercaires manipulent le comportement des fourmis infestées : elles grimpent alors au sommet des herbes et leurs mandibules restent bloquées fermées pour la nuit. Ainsi elles sont plus facilement ingérées par les herbivores.

Life Cycle

Fig 4: Dicrocoelium dendricitum manipule le comportement des fourmis,  ce qui les rend plus facilement ingérés par les herbivores. [img] source CDC
Ruminants are the usual definitive hosts for Dicrocoelium dendricitum, although other herbivorous animals, carnivores, and humans can serve as definitive hosts. Embryonated eggs are shed in feces . The eggs are ingested by a snail . Many species of snail may serve as the first intermediate host, including Zebrina spp. and Cionella spp. When the miracidia hatch , they migrate through the gut wall and settle into the adjacent vascular connective tissue, where they become mother sporocysts . The sporocysts migrate to the digestive gland where they give rise to several daughter sporocysts. Inside each daughter sporocyst, cercariae are produced . The cercariae migrate to the respiration chamber where they are shed in slime ball from the snail . After a slime ball is ingested by an ant, the cercariae become free in the intestine and migrate to the hemocoel where they become metacercariae . Many ants may serve as the second intermediate host, especially members of the genus, Formica. After an ant is eaten by the definitive host , the metacercariae excyst in the small intestine. The worms migrate to the bile duct where they mature into adults . Humans can serve as definitive hosts after accidentally ingesting infected ants .

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Fig 5: Dicrocoelium dendricitum manipule le comportement des fourmis,  ce qui les rend plus facilement ingérés par les herbivores. [img] source USCDC

Les nématomorphes, qui poussent des insectes à "se suicider" dans l'eau pour boucler leur cycle de vie.

• http://www.dailymotion.com/video/xsezzl_ver-parasite-force-un-cricket-a-se-suicider_animals(âmes sensibles s'abstenir)

Le Leucochloridium...  qui infecte les tentacules des escargots

http://sweetrandomscience.blogspot.ch/2013/06/10-histoires-de-zombies-le-parasite.html

Le ménage à trois où une coccinelle (Coleomegilla maculata) infectée par un virus protège la pupe d'une guêpe parasite (Dinocampus coccinellae)

• Dheilly, N. M., Maure, F., Ravallec, M., Galinier, R., Doyon, J., Duval, D., … Mitta, G. (2015). Who is the puppet master? Replication of a parasitic wasp-associated virus correlates with host behaviour manipulation. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 282(1803), 20142773. http://doi.org/10.1098/rspb.2014.2773
• Zimmer, Carl. (2015) Parasitic Wasps Infected with Mind-Controlling Viruses. National Geographic, (2015, février 11). Consulté 30 juin 2016, à l'adresse http://phenomena.nationalgeographic.com/2015/02/10/parasites-within-parasites/
  

(Selon Patrick Schmitz, il semble que c'est dans cette édition que sont parues les versions originales des BDs de Science et Vie)

Références

• Barnéoud, Lisa. (2016), Toxoplasma gondii, le parasite qui pousse à faire des rucs dingues, Science et Vie, Mai 2016 pp. 70-74 extraits-intranet.pdf
• Dobzhansky, T. (1973). Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. American Biology Teacher, 35(3), 125-129.
  
• Coley, J. D., & Tanner, K. (2015). Relations between Intuitive Biological Thinking and Biological Misconceptions in Biology Majors and Nonmajors. CBE-Life Sciences Education, 14(1), ar8. http://doi.org/10.1187/cbe.14-06-0094
  
• Flegr, J. (2013). How and why Toxoplasma makes us crazy. Trends in Parasitology, 29(4), 156‑163. http://doi.org/10.1016/j.pt.2013.01.007
• Goubet, Fabien. (2016)  un parasite pousse les chimpanzes dans les griffes des leopards, Le Temps extraits-intranet.pdf
• Kaushik, M., Knowles, S. C. L., & Webster, J. P. (2014). What Makes a Feline Fatal in Toxoplasma gondii's Fatal Feline Attraction? Infected Rats Choose Wild Cats. Integrative and Comparative Biology, 54(2), 118‑128. http://doi.org/10.1093/icb/icu060
• Myers, D. G. (1998). Psychologie: Flammarion.
  
• Poulin, R. (2013). Parasite manipulation of host personality and behavioural syndromes. Journal of Experimental Biology, 216(1), 18‑26. http://doi.org/10.1242/jeb.073353
• Poulin, R. (2010). Chapter 5 - Parasite Manipulation of Host Behavior: An Update and Frequently Asked Questions. In T. J. R. H. Jane Brockmann Marc Naguib, Katherine E.Wynne-Edwards, John C.Mitani and Leigh W.Simmons (Éd.), Advances in the Study of Behavior (Vol. 41, p. 151‑186). Academic Press. Consulté à l'adresse http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065345410410050
• Poirotte, C., Kappeler, P. M., Ngoubangoye, B., Bourgeois, S., Moussodji, M., & Charpentier, M. J. E. (2016). Morbid attraction to leopard urine in Toxoplasma-infected chimpanzees. Current Biology, 26(3), R98‑R99. http://doi.org/10.1016/j.cub.2015.12.020
• Rossignol, P. A., Ribeiro, J. M., & Spielman, A. (1986). Increased biting rate and reduced fertility in sporozoite-infected mosquitoes. The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene, 35(2), 277‑279.http://europepmc.org/abstract/med/3953943
  
• Peyrières, Carine. (2016) Les animaux zombies, Science et Vie junior mai 2016extraits intranet.pdf
• Soldánová, M., Selbach, C., Kalbe, M., Kostadinova, A., & Sures, B. (2013). Swimmer's itch: etiology, impact, and risk factors in Europe. Trends in Parasitology, 29(2), 65‑74. http://doi.org/10.1016/j.pt.2012.12.002
  
• Webster, J. ., Lamberton, P. H. ., Donnelly, C. ., & Torrey, E. . (2006). Parasites as causative agents of human affective disorders? The impact of anti-psychotic, mood-stabilizer and anti-parasite medication on Toxoplasma gondii's ability to alter host behaviour. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 273(1589), 1023‑1030. http://doi.org/10.1098/rspb.2005.3413
• Dheilly, N. M., Maure, F., Ravallec, M., Galinier, R., Doyon, J., Duval, D., … Mitta, G. (2015). Who is the puppet master? Replication of a parasitic wasp-associated virus correlates with host behaviour manipulation. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 282(1803), 20142773. http://doi.org/10.1098/rspb.2014.2773
• Zimmer, Carl. (2015) Parasitic Wasps Infected with Mind-Controlling Viruses. National Geographic, (2015, février 11). Consulté 30 juin 2016, à l'adresse http://phenomena.nationalgeographic.com/2015/02/10/parasites-within-parasites/
•  Zimmer, Carl. (2015) Mindsuckers,  National Geographic, (2014, novembre). Consulté 30 juin 2016, à l'adresse http://ngm.nationalgeographic.com/2014/11/mindsuckers/zimmer-text
  

Remerciements

Nous remercions pour leurs précieuses suggestions, références et relectures Christian Lavorel, Fabrice Pittet, Patrick Schmitz, Laura Weiss, Bruno Strasser
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