Un chromosome de synthèse, et alors !

Synthétiser un chromosome de levure  : pourquoi refaire ce qu'on peut acheter par millions dans un cube de levure au supermarché ?

Une news récente dans la revue Science (Elizabeth Pennisi, E. 2014) rapporte les premiers résultats d'un consortium qui est en train de synthétiser tous les chromosomes de la levure.
Ils ont déjà produit le premier chromosome de synthèse d'un eukaryote   : le chromosome III de Saccharomyces cerevisiae long de 316,617 paires de bases qui est fonctionnel et stable dans la cellule (Annaluru, N. et al. 20142). Ils établissent avec leurs méthodes les bases pour produire des chromosomes de synthèse. Ce projet qui enrôle toute une armée internationale de chercheurs souvent jeunes est mené par Jef Boeke, qui pourtant en 2004 ne voyait pas l'intérêt de refaire ce qui existe déjà à  des millions de copies dans la nature !  Il a bien changé de discours car il conclut qu'il sera bientôt possible de produire des génomes de plantes et d'animaux avec des chromosomes synthétiques en y programmant des fonctions souhaitées et des propriétés phénotypiques rationnellement calculées.  (Les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…).


Fig 1: des algues qui ne font que produire de grandes quantités de lipides comme bio-carburant (Robert F. Service2011). . [img] source : (Robert F. Service2011)

Essayons  de comprendre ce que cette biologie de synthèse apporte de nouveau pour mettre en perspective ces recherches et aider nos élèves à comprendre le sens d'un changement qui pourrait profondément modifier notre rapport au vivant et le futur auquel nous les préparons.

La biologie de synthèse … bof, des OGM un peu plus poussés ?

Le projet de la biologie de synthèse – fabriquer des organismes vivants à partir de l'information qui les définit – n'apparait au premier coup d'oeil pas très innovant : cela fait des décennies que nous produisons des organismes à partir d'ADN bien choisis et parfois modifiés. Cela fait des millénaires que par la sélection, ou l'application méticuleusement contrôlée de pollen, de sperme on modifie la composition génétique d'organismes agricoles ou d'élevage. On a produit de nouveaux organismes en fusionnant des génomes entiers (la polyploïdie est très fréquente dans les plantes cultivées) pour de nombreux agrumes, le blé ou le maïs.

Cependant dans tous ces cas on manipule des cellules (gamètes souvent) ou des molécules d'ADN pris dans une être vivant ou plusieurs. La biologie synthétique a le projet de composer l'information du génome - dans un ordinateur par exemple - puis de synthétiser les molécules correspondantes pour former l'organisme vivant. A la limite en n'empruntant aucune molécule à une cellule vivante : d'où l'expression de synthèse.

Un organisme vivant est un ensemble de molécules organisées ?

Il est intéressant de relever qu'on suppose ici que toutes les caractéristiques d'un être vivant sont définies par les molécules qui le composent et leur organisation. 
En effet, dans un premier temps la biologie synthétique cherche à synthétiser les molécules du génome pour les insérer dans un organisme similaire dont on aura éliminé l'ADN (avant ou après l'introduction de l'ADN de synthèse).

Implicitement le rôle du cytoplasme est considéré comme sans importance sur le devenir de la lignée d'organisme produite.  C'est une évidence pour le biologiste actuel, ça ne l'a pas toujours été.  Ce concept structurant en biologie s'est imposé - entre autres je sais que c'est plus complexe historiquement - par des expériences démontrant que c'est le noyau ou l'ADN qui s'y trouve qui détermine la nature de l'organisme.  Je vais rapidement rappeler - en m'inspirant de Morange (2003) et Strasser, B. J. (2003) - quelques étapes qui ont conduit la biologie à donner à l'ADN cette place centrale pour voir en quoi cette place va changer de l'ADN vu comme molécule à l'ADN vu comme support d'information et comment cela conduit à la biologie synthétique avant de présenter les recherches les plus récentes et proposer quelques articles pour approfondir.

C'est l'ADN qui compte… donc la synthèse de l'ADN est presque la synthèse du vivant

Le rôle central de l'information stockée dans l'ADN ( et son organisation et sa méthylation etc. faut-il ajouter aujourd'hui)  est tellement profondément inscrit dans la biologie actuelle qu'on oublie peut-être que les élèves n'ont pas intégré ce concept avant les enseignements. Ils accueillent les expériences et les exposés de biologie avec leurs modèles naïfs de la nature du vivant, et comprennent parfois mal ce qu'ils voient et entendent dans les cours et de TP ! 
De nombreuses expériences ont établi  la nature chimique des gènes et finalement cette primauté de l'information sur les molécules.

-->« La biologie moléculaire  […est ] une nouvelle manière de percevoir le vivant comme réservoir et transmetteur d'information. » « Cette nouvelle vision ouvre des possibilités d'action qui se révéleront lors de l'essor du génie génétique « (Morange, 2003 p.6)
L'expérience de Griffith (1928) sur la transformation est souvent interprétée comme montrant que c'est l'ADN (dans nos mots actuels) et non le cytoplasme des pneumocoques qui détermine les propriétés de la bactérie et en particulier la virulence.

Fig 2: L'expérience de Griffith est un pas dans le sens de la primauté de l'information (génétique) sur le cytoplasme. [img] source : GREAT NECK SOUTH HIGH SCHOOL MR. KRAUZ

Avery en 1944 ... puis Hershey et Chase en 1952

La première expérience qui, rétrospectivement, démontrait que les gènes étaient formés d'ADN, fut réalisée par l'Américain Oswald T. Avery et ses collaborateurs et publiée en 1944 dans le Journal of Experimental Medicine  "Pourtant, cette expérience n'était pas mentionnée dans les premières descriptions de la naissance et du développement de biologie moléculaire. Une deuxième expérience, effectuée huit ans plus tard, devait produire le même résultat. Elle est souvent présentée en parallèle ou à la place de l'expérience d'Avery. De cet oubli devait naître une littérature abondante, faisant de O.T. Avery un savant méconnu, l'équivalent pour la biologie moléculaire de Mendel pour la génétique." 
-->(Morange, 2003)
L'expérience de Hershey, A.D. et Chase, M. (1952) établit - dans la plupart des ouvrages -  la primauté de l'ADN sur les protéines.



Fig 3: L'expérience de Hershey et Chase contribue à montrer le rôle central de l'ADN dans le pouvoir infectieux des phages  [img] source : http://www.quia.com/

"Avery avait apporté un résultat inattendu et répondu à une question que personne ne se posait : la nature du matériel héréditaire. Hershey et Chase posaient eux, une question très simple : Etant donné que le bactériophage était formé de deux constituants seulement ADN et protéines, lequel était important pour la reproduction ? 
L'environnement conceptuel entourant les deux expériences était donc très différent. De plus, alors que Avery était un chercheur isolé, peu médiatique, les résultats de Hershey et Chase furent diffusés par ce réseau informel mais efficace, que constituait le groupe du phage. L'expérience de Hershey et Chase profita aussi de la publicité que reçut la découverte presque simultanée de la structure en double hélice de l'ADN par J. Watson et F. Crick"  Morange, (2003) p. 68-69

-->

C'est le noyau qui compte … donc transférer le noyau c'est transférer les l'essentiel du vivant

L'expérience de clonage par transfert nucléaire (1962) du prix Nobel John Gurdon (nobelprize.org) contribue encore à confirmer que c'est le noyau qui détermine les propriétés de l'individu plus que le cytoplasme.  Le transfert du noyau d'un têtard dans un ovule irradié pour supprimer son ADN produit un individu identique au donneur de noyau (= son clone) mais différent du donneur de l'ovule (du cytoplasme). 

Fig 4 : L'expérience de transfert nucléaire de Gurdon  [img] source :memorial university

Une nouvelle vision de la biologie : ingénierie de l'information plutôt que bricolage des molécules !

Ainsi la primauté de l'ADN s'établit par de nombreuses expériences. Notons bien que la nature chimique de l'ADN est souvent confondue avec l'information qui est enregistrée dans la séquence de bases. Pourtant c'est cette distinction entre les molécules qui portent l'information et l'information elle-même qui est nécessaire pour comprendre l'intérêt de la biologie synthétique

"Les concepts, tels ceux d'information, de rétrocontrôle, de programme, si utiles pour comprendre et expliquer les résultats de la biologie ne sont pas « empruntés » à l'informatique. Communs à celles-ci et à la biologie, ils furent au cœur de cette nouvelle vision du monde qui s'est mise en place pendant et après la Seconde Guerre mondiale. Ils constituèrent le cadre dans lequel les expériences, les théorie et les modèles de la biologie moléculaire vinrent se mouler et prendre ainsi peu à peu forme. (Morange, 2003 p. 132)

"Il reste encore aux historiens beaucoup de travail avant que nous comprenions ce qui s'est passé dans les années quarante à soixante, quand naquirent et se développèrent ces deux disciplines fondamentales que sont l'informatique et la biologie moléculaire, quand se mit en place cette nouvelle vision du monde où « l'information et la logique importent davantage que l'énergie ou la constitution matérielle »." (Morange, 2003 p. 132 )

Requiem pour la biologie moléculaire ?!

Ainsi pour Morange (2003) la biologie des molécules est déjà du passé  : la Postface à l'édition de 2003 est titrée : "Requiem pour la biologie moléculaire" !  Il explicite 
-->(p. 361)

"Une nouvelle vision du monde vivant est-elle en train d'émerger, à même de remplacer la précédente? À la fin du livre, nous indiquions quelques pistes de développement: l'impulsion donnée à la biologie évolutive par l'étude des marqueurs moléculaires, le rapprochement entre biologie du développement et biologie de l'évolution, ce qu'on appelle l'«Évo-Dévo' » . Ces domaines de recherche ont en effet considérablement progressé, et sont aujourd'hui très actifs. Mais le plus significatif, aux yeux du grand public et en termes d'applications futures, est très certainement le développement de la génomique, et celui de la postgénomique qui a suivi presque immédiatement l'obtention des premières séquences génomiques complètes."

Sans prétendre avoir l'autorité de discuter ou de valider cette analyse, force est de constater que la biologie est entrée dans une phase nouvelle où l'information devient plus importante que les molécules qui la portent.
De nos jours l'analyse des molécules des systèmes vivants étudiés est en train de devenir une opération triviale confiée à des services ou même des machines (séquenceurs p. ex)  : elle n'est que rarement la plus-value qui justifie une publication. Ce qui compte c'est ce qu'on a fait aux systèmes vivants avant (de séquencer par exemple) pour extraire des informations et comment on traite ces informations (comment on compare, trie, aligne, par exemple) après.
Dans le prolongement direct de cette évolution, la biologie synthétique va une étape plus loin : elle essaye de produire un organisme en synthétisant les molécules (molécules d'ADN puisqu'on pense que c'est là que tout se joue) correspondant à l'information qui définit un organisme vivant.

Du bricolage tâtonnant des OGM à l'ingénierie ?

A terme on pourra composer un génome et le faire produire à une machine, c'est-à-dire traduire cette information en molécules qui devraient générer un être vivant.  Un  des changements les plus profonds est qu'au lieu de choisir des molécules et tâtonner pour les insérer - si possible au bon endroit - ce que (Schwille, P. 2011) qualifie de bricolage, on passe au stade de l'ingénierie : on compose un génome entièrement in silico, à partir de modules de fonction connue  (Nagarajan et al. 2011) puis on synthétisera l'ADN de ce génome et finalement la cellule… Un peu comme on compose un ordinateur en choisissant telle carte-mère, tel disque dur, tel processeur etc.   (Les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…).
Au lieu d'un copier-coller de molécules on passe à une conception raisonnée d'un système vivant.
On pourrait ainsi produire des cellules qui remplissent précisément certaines fonctions et rien que celles-là. Par exemples des algues qui ne font que produire de grandes quantités de lipides comme bio-carburant (Robert F. Service2011).

Un concours (IGEM) de la création biologique la plus originale a désigné cette année des jeunes étudiants  (cf  Dossiers La Recherche N°9 Biologie Synthétique, Avril-mai 2014 extraits intranet.pdf) 

De nombreuses étapes de cette biologie synthétique sont déjà du passé : voyons en quelques unes pour comprendre celle qui vient d'être réalisée.

Une bactérie synthétique ... pas encore mais une bactérie à l'ADN synthétique pour commencer !

Craig Venter et son équipe ont réussi à synthétiser l'ADN d'une bactérie Mycoplasma  ( Bio-tremplins Septembre 2009 Venter a encore frappé - il veut recréer le vivant ? )  : ils ont synthétisé par étapes le génome complet de la bactérie : à partir d'oligonucléotides de synthèse assemblés, son équipe a produit 1078 fragments de 1080 bases, puis les a assemblés en 109 fragments de 10'080 bases, puis 11  fragments de 100'000 bases et finalement assemblé cela pour faire le génome de 1'077947 bases (cf. figure 5)

Fig 5: L'équipe de Venter a produit 1078 fragments de 1080 bases, puis les a assemblés en 109 fragments de 10'080 bases, puis 11  fragments de 100'000 bases et finalement assemblé cela pour faire le génome de 1'077947 bases [img] source : Gibson, D. G., Glass, J. I., Lartigue, C., Noskov, V. N., Chuang, R.-Y., Algire, M. A., … Venter, J. C. (2010).

Ces avancées étaient bien résumées dans une news de Science en 2009

• Pennisi, Elizabeth. (2009) Genetic Engineering: Two Steps Forward for Synthetic Biology Science News of the Week 21 August 2009: Vol. 325. no. 5943, pp. 928 - 929 | DOI: 10.1126/science.325_928

Depuis les choses ont bien avancé : Un numéro spécial de Science en 2011 fait le point :

• Special Issue: Synthetic Biology

Je recommande une sorte d'édito remarquable : Vinson, V., & Pennisi, E. (2011). The Allure of Synthetic Biology. Science, 333(6047), 1235‑1235. doi:10.1126/science.333.6047.1235

Synthetic Biology News  The Life Hacker, John Bohannon Science 2 September 2011: 1236-1237.He is a pioneer of genome sequencing, but Harvard University's George Church wants to do more than read DNA. He is changing the genetic code itself Summary, Full Text Full Text (PDF) Algae's Second Try, Robert F. Service Science 2 September 2011: 1238-1239. Fifteen years ago, the United States gave up on algae-based biofuels. Now synthetic biology has helped revitalize the field. Summary  Full Text Full Text (PDF) A Lab of Their Own, Sam Kean Science 2 September 2011: 1240-1241. Do-it-yourself biologists in New York are following their dreams, setting up a community lab that combines synthetic biology with art, fun, and perhaps profit. Summary Full Text Full Text (PDF) Podcast Interview Visions of Synthetic Biology, Sara Reardon Science 2 September 2011: 1242-1243., Artists are embracing synthetic biology as a tool, but not necessarily as a promising way for the future. Summary Full Text Full Text (PDF) Reviews Synthetic Biology: Integrated Gene Circuits, Nagarajan Nandagopal and Michael B. Elowitz Science 2 September 2011: 1244-1248.Abstract Full Text Full Text (PDF) Synthetic Biology Moving into the Clinic, Warren C. Ruder, Ting Lu, and James J. Collins Science 2 September 2011: 1248-1252.Abstract. Full Text, Full Text (PDF) Perspective Bottom-Up Synthetic Biology: Engineering in a Tinkerer's World , Petra Schwille Science 2 September 2011: 1252-1254., Abstract, Full Text,Full Text (PDF)

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Et maintenant on a produit un chromosome entier !

Une news récente dans la revue Science (Elizabeth Pennisi, E. 2014) rapporte les premiers résultats d'un consortium Sc2.0 (Saccharomyces cerevisiae renouvelé comme le web 2.0) qui a déjà produit le premier chromosome de synthèse d'un eukaryote  : les 316,617 paires de bases du chromosome III de Saccharomyces cerevisiae. Il est fonctionnel dans la cellule (Annaluru, N. et al. 20142), et ils ont testé sa stabilité sur  125 générations de 30 lignages et n'ont détecté aucune perte.
Ils établissent ainsi les bases pour produire des chromosomes de synthèse. Pour parvenir à ce résultat ils ont simplifié et adapté le chromosome (Cf fig.6) et ont nommé ce chromosome réinventé Sc2.0 .


Fig 6 : Genome remake. The successful reinvention of yeast chromosome 3 involved the removal of many elements and multiple additions to its DNA (upper diagram). This chromosome now serves as a model for the international effort to synthesize all the other chromosomes (lower chart).[img] source :  CREDITS (TOP TO BOTTOM): K. ENGMAN/SCIENCE; JEF BOEKE/NEW YORK UNIVERSITY"

Une biologie qui observe le vivant ou qui le synthétise pour expérimenter et produire ?

Ce projet qui enrôle toute "une armée internationale de chercheurs souvent jeunes) est mené par Jef Boeke, qui pourtant en 2004 ne voyait pas l'intérêt de refaire ce qui existe déjà. Maintenant il conclut qu'il sera bientôt possible de produire des génomes de plants et d'animaux avec des chromosomes synthétiques encodant des fonctions souhaitables et des propriétés phénotypiques.

"Rapid advances in synthetic biology coupled with ever decreasing costs of DNA synthesis suggest that it will soon become feasible to engineer new eukaryotic genomes, including plant and animal genomes, with synthetic chromosomes encoding desired functions and phenotypic properties based on specific design principles." (Annaluru, N., 2014)

Pour de simples biologistes noyés dans les corrections et les problèmes d'élèves, ce que cette démarche apporte de nouveau n'est pas immédiatement évident… Surtout que la tradition en biologie est fondée sur l'observation du vivant plutôt que sa synthèse. Espérons que cette bio-tremplins vous aura donné le goût de lire plus (elle aura été un tremplin vers les articles de recherche !)  et de vous faire une opinion personnelle.

Pour nos élèves ou pour nous : quelques textes en français ?

• Minet, Pascaline. (2014), Un chromosome artificiel fabriqué en laboratoire, Le Temps ici
• Biologie Synthétique, Dossiers La Recherche N°9 Avril-mai 2014 extraits intranet.pdf

Mais alors le vivant c'est juste l'information injectée a des molécules banales 

La nature de ce qu'est un biologiste (l'épistémologie si vous voulez) est encore une fois en train de changer : autrefois on définissait la biologie d'abord par l'observation, elle est devenue expérimentale, sur un mode bricoleur au sens noble, et elle deviendrait une science d'ingénieur, orientée vers la pratique, calculée déterminée …  Le grand virage de l'EPFL vers les sciences de la vie est certainement une confirmation de ce changement.  Les enseignants de biologie sauront-ils s'y retrouver ?

La biologie synthétique pose une grand nombre de nouvelles questions… En voici quelques unes qui seront sans doute posées aux citoyens que nos élèves seront dans peu d'années ! Saurons-nous les préparer à comprendre cette biologie-là et à décider sur de telles questions ?

Si il se confirme qu'on peut produire un organisme en définissant son génome (et son épigénome, etc.), la question de la nature,  du vivant et de la nature du vivant est reposée en d'autres termes : le vivant de synthèse est-il le même que le vivant naturel ? Le vivant serait alors réduit à l'organisation précise qu'on donne à des molécules banales ? Est-ce que "je" se réduit à des molécules ?
L'étincelle de vie que nous voyons s'éteindre lors du décès d'un être aimé est-elle une simple configuration de molécules qui est moins favorable .... et qu'on pourrait changer ?

Quels organismes aura-t-on le droit de fabriquer ? 
A-t-on le droit de séquencer mon chat ( un poil suffirait) et de le refaire pour le vendre ?
Il y en a bien d'autres ?
Elles sont traitées notamment dans cet ouvrage Bensaude-Vincent, B., & Benoit-Browaeys, D. (2011). Fabriquer la vie. Où va la biologie de synthèse?

Sources :

• Annaluru, N., Muller, H., Mitchell, L. A., Ramalingam, S., Stracquadanio, G., Richardson, S. M., … Chandrasegaran, S. (2014). Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Science, 1249252. doi:10.1126/science.1249252
• Bensaude-Vincent, B., & Benoit-Browaeys, D. (2011). Fabriquer la vie. Où va la biologie de synthèse? (Vol. 67): Seuil.
  
• Gibson, D. G., Glass, J. I., Lartigue, C., Noskov, V. N., Chuang, R.-Y., Algire, M. A., … Venter, J. C. (2010). Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science, 329(5987), 52‑56. doi:10.1126/science.1190719
• Griffith F.: The significance of pneumococcal types, in: J. Hyg. 27 (1928) 113-159
  
• Gurdon JB 1962a. The transplantation of nuclei between two species of Xenopus. Dev Biol 5: 68–83.
• Hershey, A.D. and Chase, M. (1952) Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 36:39–56.
• Minet, Pascaline. (2014), Un chromosome artificiel fabriqué en laboratoire, Le Temps ici
• Morange, M. (2003). Histoire  de la biologie moléculaire. Paris: La Découverte.
  
• Pennisi, E. (2014). Building the Ultimate Yeast Genome. Science, 343(6178), 1426‑1429. doi:10.1126/science.343.6178.142
• Strasser, B. J. (2003). The transformation of the biological sciences in post-war Europe. EMBO reports, 4(6), 540-542.  doi: 10.1038/sj.embor.embor879
  
  

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L’apprentissage coopératif : un outil pour structurer le travail de groupe en biologie

Mini-colloque de didactique de la biologie:

Investigation et coopération dans l'apprentissage scientifique Mercredi 30 avril 2014

Fig 1: Comment organiser le travail de groupe pour qu'il débouche sur de véritables apprentissages   source  Buchs, C. (sous presse).
Le travail de groupe est souvent pratiqué dans les cours de sciences. C'est en particulier la cas dans les travaux pratiques et dans les démarches d'investigation.

Avec cette forme sociale de travail l'enseignant vise généralement à ce que les élèves acquièrent des connaissances et des compétences scientifiques tout en développant des capacités transversales comme la communication, l'échange et la coopération.

Céline Buchs propose des pistes pour apprendre (parti la coopération sur la base des travaux concernant l'apprentissage coopératif.

Comment organiser le travail de groupe pour qu'il débouche sur de véritables apprentissages ? Comment responsabiliser les élèves? Comment développer les habiletés coopératives ?

Voir aussi Abrami, P., Chambers, B., Poulsen, C., De Simone, C., D'Apollonia, S., & Howden, J. (1996). L'apprentissage coopératif: théories, méthodes, activités: Editions de la Chenelière. responsabilisation intranet.pdf et Interdépendance positive intranet.pdf

Conférence d'ouverture:

«L'apprentissage coopératif : un outil pour structurer le travail de groupe en biologie »

Céline Buchs
8h30 – 10h, Science II salle A50-B

Céline Buchs est Maître d'enseignement et de recherche à la section des Sciences de l'éducation. Elle est spécialiste de la pédagogie coopérative et a publié plusieurs travaux sur le sujet. http://www.unige.ch/fapse/SSE/teachers/buchs/

Présentation publique des projets des étudiants 10h30 – 12h , science II salle A50-B 13h30 - 17h, science III salle 1S081

Après la conférence d'ouverture, les étudiants de 1ère et de 2e année présentent leurs projets réalisés dans le cadre des ateliers de didactique de la biologie.
Cette présentation intervient dans la validation de l'atelier. Tous les détails sur http://doiop.com/didabio14 Organisation: R. Kopp et F. Lombard affichetteminicolloque2014.pdf 31-Mar-2014 10:43 159K

Sources :

• Abrami, P., Chambers, B., Poulsen, C., De Simone, C., D'Apollonia, S., & Howden, J. (1996). L'apprentissage coopératif: théories, méthodes, activités: Editions de la Chenelière. responsabilisation intranet.pdf et Interdépendance positive intranet.pdf 
• Buchs, C. (sous presse). Apprendre ensemble : des pistes pour structurer les interactions en classe. In M. Giglio & F. Arcidiacono (Eds), Les interactions sociales en classe: réflexions et perspectives. Berne: Peter Lang.
   

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Mise a jour le 31 mai : mise à jour de la figure 1 à la demande de l'auteure.

Pourquoi le zèbre a des rayures : de nouveaux résultats, de nouvelles explications. La science avance…

La question "pourquoi les  zèbres sont rayés ?" est posée depuis la petite enfance à des adultes qui sont souvent empruntés.
         

De nouvelles expériences et corrélations rapportés par Lee, J. (2014) dans ScienceNow ici  apportent une réponse assez solide à cette question : ce serait pour mieux échapper aux insectes piqueurs comme les taons et vecteurs de maladies la mouche Tsé-Tsé.


Fig 1: Les rayures du zèbre étaient difficiles à expliquer   [img] source Morell, Virginia, (2014). ScienceShot

Depuis plus de 150 ans on cherche…

On a évoqué différentes hypothèses: un camouflage dans la savane arborée, un effet de brouillage visuel, rendant plus difficile pour un prédateur  de sélectionner un animal (Egri, Á., et al. 2012). (Les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…). Le net regorge d'explications : par exemple :

• Pourquoi les zèbres ont-ils des rayures ?

Des expériences préalables avaient mis en évidence que les pelages foncés attirent plus les Tabanidés (Taons, etc.) parce qu'ils polarisent la lumière d'une manière qui évoque les plans d'eau que ces insectes apprécient. Cf figure 2.  Tous ceux qui ont été en safari ont appris qu'il faut s'habiller de clair...

Fig 2: la polarisation de la lumière par le noir est un facteur dans la perception des insectes dont on a pensé qu'elle pourrait influencer les pelages des zèbres ces images montrent que c'est peu convaincant  [img] source (Egri, Á., et al. 2012). 

Cela ne semblait pas bien expliquer les données d'observation : les zèbres ne sont pas blancs !

En testant différents modèles colorés différemment des chercheurs Suédois ont cherché à établir ce qui attire les Tabanidés. Ces expériences - un peu dans la veine des expériences de Niko Tinbergen (cf. un exemple en  figure 3) pour déterminer le stimulus-signal chez le goéland argenté - pourraient apporter un peu de renouveau dans les exemples classiques présentés en classe. Et offrir une alternative pour ceux gênés par les critiques (Ten Cate, C. (2009) ici ) sur la transposition didactique qu'il effectue en diffusant ses travaux

Fig 3 : Les expérience classiques de Niko Tinbergen sur la coloration du bec préfigurent le paradigme expérimental  employé  [img]
 

Les taons moins attirés par les rayures : vérification!

Les chercheurs suédois ont essayé des carrés de différents couleurs puis installé des modèles de cheval de différentes teintes (cf. fig. 4) dans une ferme à chevaux en Hongrie (Egri, Á., et al. 2012). ici (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…) 
Ils ont piégé les insectes se posant sur les surfaces pour ensuite les compter.


Fig 4 : Des modèles d'équidés peints de différents motifs dans une ferme à chevaux de Hongrie ont permis de tester l'attractivité envers les insectes comme les Taons  [img] source :Gabor Horvath

L'équipe de  Åkesson a trouvé que les rayures sont effectivement - pour les taons - moins attractives même que le blanc (cf fig. 5). Ils publient dans The Journal of Experimental Biology. (Egri, Á., et al. 2012). ici.


Fig 5 :Différents motifs et rayures attirent plus ou moins les insectes  [img] source :Egri, Á., et al. (2012). Traduction voir ici 

Ainsi ils établissent bien que les rayures sont moins attractives pour les mouches Tabanidées.  Mais cela n'établit pas encore que c'est ce qui se passe effectivement dans l'environnement naturel du zèbre.

La répartition des mouches et des zèbres rayés correspond

Or une étude juste parue, Caro, T., et al. (2014) ici, a cherché a corréler les cartes de répartition correspondant aux différentes hypothèses et a trouvé une remarquable correspondance avec celle des taons (Tabanides)   et mouches Tsé-Tsé (Glossina sp.). On sait que ces insectes sont vecteurs de très nombreuses maladies et leur piqûre peut être très douloureuse. Après avoir essayé tous les autres modèles envisageables, les chercheurs argumentent que ces mouches pourraient être le facteur principal qui a sélectionné au cours de l'évolution la robe rayée du zèbre.


Fig 6 :la répartition des mouches (Tabanus ~taons et Glossinia ~Tsétsé)   [img] source :Caro, T., et al. (2014).

Bio-Tremplins vous encourage à aller lire l'article d'origine (C'est en cela que cette publication est un Tremplin : elle offre un apéritif qui vous donne envie de lire plus…)
Les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles les autres peuvent avoir l'abstract ce qui est souvent déjà pas mal ! 

Comment une discussion nuancée des résultats devient une affirmation "scientifiquement prouvée"

Alors que même les nouvelles  ScienceShot dans Science titrent en suggérant une certitude "Why the Zebra Has Its Stripes", les chercheurs disent avec prudence que cette hypothèse est "une solution à cette énigme - que Darwin et Wallace avaient envisagée - est à portée de main".

Despite over a century of interest, the function of zebra stripes has never been examined systematically. Here we match variation in striping of equid species and subspecies to geographic range overlap of environmental variables in multifactor models controlling for phylogeny to simultaneously test the five major explanations for this infamous colouration. For subspecies, there are significant associations between our proxy for tabanid biting fly annoyance and most striping measures (facial and neck stripe number, flank and rump striping, leg stripe intensity and shadow striping), and between belly stripe number and tsetse fly distribution, several of which are replicated at the species level. Conversely, there is no consistent support for camouflage, predator avoidance, heat management or social interaction hypotheses. Susceptibility to ectoparasite attack is discussed in relation to short coat hair, disease transmission and blood loss. A solution to the riddle of zebra stripes, discussed by Wallace and Darwin, is at hand. Caro, T., et al. (2014) abstract.

En effet ce modèle offre une bonne corrélation et toutes les autres hypothèses qu'on a pu essayer n'expliquent pas aussi bien les données. Comment cette prudence sera traduite en vérités simples par le processus de transposition didactique et de vulgarisation est prévisible : la manière dont les résultats ont été établis se perdra, la discussion du degré de certitude et de la portée sera  évacuée, pour ne retenir qu'une conclusion simple affirmative, et présentée de manière à frapper les esprits.
Une rapide vérification montre que c'est déjà le cas à l'heure ou j'écris ces lignes.

• On sait enfin pourquoi les zèbres ont des rayures...
• Pourquoi les zèbres ont des rayures: c'est pour échapper aux insectes!
• Des chercheurs ont percé le mystère de la robe noire et blanche de ces équidés africains. (La différence entre le titre très assertif et le texte plus nuancé est intéressante ici)
• Contre-exemple : Herzberg, Nathaniel, (2015) Les zèbres ne sont pas des planqués Le temps février 2015  intranet.pdf

Inévitable ? Peut-être, courant certainement : voir par exemple l'analyse très détaillée de cette transformation dans un autre cas, celui des campagnols, de la vasopressine et du "gène de la fidélité masculine"  L' amour, poésie ou molécules ?(Bio-Tremplins du 20 avril 2009)

Une responsabilité pour les enseignants …

Comment limiter les dégâts… atténuer cette dégradation de ce qui définit la connaissance scientifique (Les affirmations y sont basées sur les données et leur solidité discutées en rapport avec la manière ont elles sont produites et la force qu'elles donnent pour justifier les conclusions) ?


C'est l'enjeu de la transposition didactique (Brousseau, G.,1998) que doivent affronter tous les enseignants de science, les responsables de plan d'études etc. C'est une lourde responsabilité surtout Là où la liberté académique de l'enseignant secondaire est importante comme à Genève par exemple.

Sources :

• Caro, T., Izzo, A., Reiner, R. C., Walker, H., & Stankowich, T. (2014). The function of zebra stripes. Nature Communications, 5. doi:10.1038/ncomms4535 | Intranet.pdf
• Brousseau, G. (1998). Théorie des situations didactiques. Grenoble: La pensée sauvage.
  
• Egri, Á., Blahó, M., Kriska, G., Farkas, R., Gyurkovszky, M., Åkesson, S., & Horváth, G. (2012). Polarotactic tabanids find striped patterns with brightness and/or polarization modulation least attractive: an advantage of zebra stripes. The Journal of Experimental Biology, 215(5), 736‑745. doi
• Lee, Jane J. (2014). Mystery of Zebra's Stripes Finally Solved? . Text. Consulté 4 avril 2014, à l'adresse http://news.sciencemag.org/2012/02/mystery-zebras-stripes-finally-solved
• Morell, Virginia, (2014). ScienceShot: Why the Zebra Has Its Stripes. . Text. Consulté 4 avril 2014, à l'adresse http://news.sciencemag.org/evolution/2014/04/scienceshot-why-zebra-has-its-stripes
  
• Herzberg, Nathaniel, (2015) Les zèbres ne sont pas des planqués Le temps février 2015  intranet.pdf
• Ten Cate, C. (2009). Niko Tinbergen and the red patch on the herring gull's beak. Animal Behaviour, 77(4), 785‑794. doi:10.1016/j.anbehav.2008.12.021
• Vogel, G., & Angemann, H. (1970). Atlas de Biologie (M. Ricard, Trans.). Paris: Stock.
  
  

Mise a jour février 2016 : réparé liens d'image et ajouté lien Herzog

Bouquetins et orchidées: «25th International Wildlife Research Week»

 Donner aux passionnés de nature une belle opportunité de s'épanouir ?

Fig 1: De vraies recherches offertes aux jeunes scientifiques : une belle opportunité  [img] source :  La Science appelle les jeunes

Fin juin, La Science appelle les jeunes organise la «25th International Wildlife Research Week». Au cours de cette semaine d'étude, des jeunes de 16 à 21 ans venus de Suisse et de toute l'Europe observent le monde des animaux et des plantes des Alpes et effectuent des recherches à ce sujet. Via leur propre «petit» projet de recherche, les jeunes ont l'occasion unique d'assimiler des méthodes de travail et d'analyse des données.

La langue officielle de la semaine d'étude est l'anglais. De très bonnes connaissances de cette langue sont nécessaires. Toutefois, les responsables parlent aussi allemand, français et italien.

Date: du 21 au 28 juin 2014
Lieu: Valchava (Grisons)
Groupe cible: jeunes de 16 à 21 ans (secondaire II)
Date limite d'inscription: 30. avril 2014
Appel à candidatures
Inscription online et plus d'informations

La manifestation finale publique, au cours de laquelle les jeunes présentent leurs projets de recherche, se déroule le vendredi 27 juin 2014 à partir de 17h00 au musée Chasa Jaura à Valchava.

Veuillez faire connaître la semaine d'étude auprès de vos élèves ou des enseignants responsables.

Pour toutes autres questions, nous nous tenons volontiers à votre disposition.

Merci de votre soutien!

Sincères salutations

SCHWEIZER JUGEND FORSCHT
Katrin Suter-Burri

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Katrin Suter-Burri Dr. sc. nat. ETH Projektleiterin LA SCIENCE APPELLE LES JEUNES katrin.suter-burri@sjf.ch
www.sjf.ch und auf facebook

De nouvelles manières de faire la recherche révèlent de nouvelles cibles thérapeutiques contre la malaria

Un espoir contre la malaria identifié grâce aux  bases de données et aux simulations

Le parasite de la malaria s'est particulièrement bien adapté au cours de son évolution, car il est équipé pour développer des résistances aux traitements. Le manque de nouvelles approches thérapeutiques contribue également à la persistance de ce fléau d'envergure mondiale. Une étude conduite par Didier Picard, professeur à la Faculté des sciences de l'Université de Genève (UNIGE), décrit une nouvelle classe de molécules ciblant les deux problèmes à la fois. A l'aide d'outils informatiques de modélisation ultra sophistiqués, les chercheurs sont parvenus à identifier un type de molécules candidates toxiques pour le pathogène, mais pas pour les globules rouges humains infectés. L'étude, menée en collaboration avec des chercheurs de l'Ecole de Pharmacie Genève-Lausanne (EPGL) et de l'Université de Bâle, est publiée dans le Journal of Medicinal Chemistry. L'article est ici (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles… cette publication est un tremplin vers les articles de recherche )

La malaria tue annuellement près d'un million de personnes, surtout des enfants

La malaria était encore courante autour de la méditerranée jusqu'à vers 1950 selon Hedrick, P. W. (2011). Elle frappe 243 million de personnes (2008) et on estime à 863 000 les morts causés annuellement par la malaria (WHO, 2009), soit un enfant toutes les 40 secondes et plus de 2000 par jour (Sachs, J., & al. ,2002) . La plus grande partie de cette mortalité est due à Plasmodium falciparum. Selon Hedrick, P. W. (2011) elle constitue la pression de sélection la plus forte dans l'histoire évolutive humaine récente.  (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

"The high mortality and widespread impact of malaria have resulted in this disease being the strongest evolutionary selective force in recent human history, and genes that confer resistance to malaria provide some of the best-known case studies of strong positive selection in modern humans." Hedrick, P. W. (2011).

On pense naturellement à l'anémie falciforme (drépanocytose) exemple classique dans les écoles, mais Hedrick, P. W. (2011) discutent aussi dans leur article Population genetics of malaria resistance in humans : de la déficience en G6PD, Duffy, ovalocytose, les variantes ABO et HLA (human leukocyte antigen).

La recherche de thérapies contre la malaria se heurte à divers obstacles, dont la variabilité du parasite, son cycle complexe,  (cf. par exemple Winzeler, E. A. (2008). Malaria research in the post-genomic era), mais aussi à son métabolisme assez particulier et très bien adapté aux globules rouges où une partie de son cycle se déroule comme nous le verrons plus bas.

Fig 1: Le  cycle de la Malaria est complexe img] source Winzeler, E. A. (2008).

Les protéines chaperonnes protègent des effets du chaud

Un des symptômes de la malaria est des fièvres très intenses (43°C) et récurrentes tous les 2-3 jours. Cette température élevée semble favoriser le parasite. A cette température les protéines peuvent changer de conformation, et on sait que les protéines Hsp (Heat shock protein) - induites à ces températures - sont des chaperonnes qui guident la conformation des protéines. Selon Acharya, P.,et al (2007), le parasite exploite ces protéines Hsp pour détourner et réguler le fonctionnement des protéines du globule rouge (érythrocyte). On se souvient qu'il n'a pas de noyau et que la production de nouvelles protéines n'y est pas possible.

"Even though mature human erythrocytes present neither an active metabolism nor transport apparatus, the parasite spends a significant portion of its life cycle in them. While this may be an efficient immune-evasion strategy, the parasites must compensate for the lack of biochemical support in the host. The parasite needs to re-establish new transport mechanisms, develop elaborate secretory apparatus, and recruit available host resources most efficiently. Studies performed in various laboratories suggest that the parasite has evolved to rely on its chaperone systems as a combined strategy to support re-structuring of the host cell as well as respond to stressful environment of the host." Acharya, P.,et al (2007). (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

Les chaperonnes déforment et détournent les fonctions de protéines humaines pour permettre le cycle du parasite

Il semble (Acharya, P.,et al. 2007) qu'une complexe restructuration des protéines de la cellule-hôte permette au parasite son développement et de résister aux conditions difficiles de son environnement. En cela le plasmodium diffère d'autres parasites intracellulaires comme les virus par exemple qui contrôlent la production des protéines, puisqu'il n'y a pas de biosynthèse des protéines dans les érythrocytes.
Le modèle simplifié pour comprendre les protéines présentes dans une cellule et leur activité ("dogme central de la biologie") posait que la structure des protéines est déterminées par leur séquence qui est déterminée par l'ARN et l'ADN.  Ici à partir de protéines avec la même séquence, le parasite arriverait à les modifier pour obtenir des fonctions nécessaires à son cycle biologique en activant des protéines chaperonnes qui les déforment !

Des cibles potentielles

Parce qu'elles sont cruciales pour le parasite, ces protéines Hsp constituent donc une cible thérapeutiques potentielle. L'une de ces protéines (Hsp90) est étudiée depuis longtemps par l'équipe du Pr. Picard à l'UniGE. Or la séquence de cette protéine est très conservée (on la retrouve très semblable chez des organismes très différents; on parle d'orthologue) ce qui est en général interprété comme une pression de sélection forte: les organismes que le hasard a muni de variantes mutées différentes ne se développent pas ou en tous cas se reproduisent moins. Vous et moi sommes donc les descendants de ceux qui ont hérité de gènes pour Hsp fonctionnels et comme il y a peu de conformations fonctionnelles possibles nous avons probablement des Hsp très similaires.
Du coup les protéines Hsp90 sont aussi très semblables entre diverses espèces notamment entre P. falciparum et H. sapiens. Dans l'idéal, on cherche à interférer avec une protéine qui est très peu variable et cruciale pour le pathogène, mais très différente de celles des humains.   On ne peut donc pas facilement inhiber Hsp90 sans atteindre aussi nos cellules.

 "The high sequence conservation of druggable pockets of closely related proteins can make it challenging to develop selective inhibitors." Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014) (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

C'est là que l'étude menée par le Pr. Picard apporte des informations critiques : Ils ont observé que malgré une séquence très très semblable de PfHsp90  (Hsp90 deP. falciparum ) et Hsp90 (humaine)  leur conformation dynamique est différente (cf figure 2). Le doctorant Tai Wang a notamment utilisé des outils informatiques de modélisation des protéines ultra sophistiqués (cf Le prix Nobel de chimie : un changement du paradigme de recherche ? ) pour caractériser les diverses conformations tri-dimensionnelle de l'HSP90 parasitaire.



Fig 2: En jaune la partie qui pourrait lier une molécule thérapeutique. En rouge et vert les séquences et les domaines  de protéine délimitant la PfHsp90-specific hydrophobic pocket étudiée  [img] source Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014) 

Encore de la science in silico

Dans le labo du Pr Picard, il a découvert une niche capable de lier des substances inhibitrices, totalement absente chez son alter ego humain.
Ce n'est pas tant la séquence que la structure dynamique qui diffère.

"Upon examining the available crystal structures in detail, we discovered an area of structural divergence in PfHsp90 that arises without underlying sequence divergence. […] Thus, our structural and computational discoveries led us to conclude that the minor primary sequence differences between the human and Plasmodium Hsp90s translate into far more important structural differences"  (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

Screening

A l'aide d'un superordinateur, le chercheur a ensuite effectué le criblage d'une librairie virtuelle contenant plus d'un million de composés chimiques, en retenant ceux pouvant se loger dans cette niche. Ce criblage in silico l'a mené à sélectionner cinq candidats, des 7-azaindole .

Fig 3 : Représentation modélisée d'une molécule inhibitrice ( jaune) dans une 'niche' de la protéine HSP90 du parasite (rose). [img] source Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014) 

Simulation en temps réel

Ces expériences ont ensuite été complétées par une technique de modélisation 'en temps réel'. «Les simulations m'ont permis d'analyser la dynamique d'interaction entre l'HSP90 et les candidats et de découvrir des inhibiteurs qui interagissent de façon spécifique avec la chaperonne du Plasmodium falciparum».

Fig 4: L'ATP-binding pocket de PfHsp90 a une extension spécifique du Plasmodium, malgré une séquence identique à la Hsp90 humaine mais  diffère par la structure tertiaire et sa dynamique. En rouge et vert les séquences et les domaines  de protéine délimitant la PfHsp90-specific hydrophobic pocket étudiée  [img] source Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014)

Vérification in vivo

Les molécules ont ensuite été testées in vitro dans différents systèmes. Les biologistes ont notamment démontré la toxicité de ces inhibiteurs sur des cultures de Plasmodium falciparum, à des doses capables de tuer les parasites sans affecter les globules rouges infectés. «Ces molécules, récemment brevetées, font partie d'un groupe de composés apparentés aux 7-azaindoles, qui se lient exclusivement à l'HSP90 du parasite, mais pas à la forme humaine. La prochaine étape sera de les peaufiner pour pouvoir effectuer les tests cliniques», conclut Didier Picard.

mais le plus intéressant est la méthode qui combine biologie in silico, simulation chimiques et vérification in vivo. 

"The strength of our approach is that it takes advantage of conformational differences that may be apparent in static crystal structure, but even more so upon comparing dynamic properties. It is not that human Hsp90s, and the IXXSG mutant of PfHsp90 for that matter, cannot at all adopt the conformation that is favored by PfHsp90. They can, but ligand binding is entropically penalized when the GHL conformation is not constrained. As a result, the species selectivity of our current compounds is primarily due to a thermodynamic difference in binding to PfHsp90 compared to human Hsp90s. "Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014) (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

Et plus loin

"Our discovery of a promising new pharmacophore constitutes a proof of concept for our novel workflow. The detailed scrutiny of the target protein allowed us to set up a large-scale in silico screen for compounds that could take advantage of a Pf-specific hydrophobic pocket. The analysis of the differences in conformational dynamics done in parallel set the stage for predicting the binding site and explaining the species selectivity of compounds that came out of the VS and experimental pipeline. Demonstrated here for two orthologous proteins, this concept may be more generally applicable, notably to closely related proteins of the same species. In drug screens, conformationally constrained mutants could help to eliminate compounds that target closely related unwanted targets" Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014) (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

Une nouvelle façon de faire de la recherche… de nouvelles possibilités d'enseigner ?

La complémentarité entre les approches in silico et in vitro dans cette étude manifeste bien le rôle crucial que la biologie et la chimie de l'information prennent dans la recherche actuelle. L'expérimentation n'est pas seulement affaire de molécules et de manipulation de pipettes, mais peut-être d'abord le traitement d'information pour explorer les hypothèses les confronter les tester...  En quoi cela change-t-il ce qui  se passe dans les labos et TP dans lesquels nos élèves apprennent ce qu'est la chimie et la biologie ?  

L'activité du chercheur qui produit un savoir digne d'être publié est ici principalement la manipulation de modèles pour traiter les informations des bases de données et de simulations derrière un ordinateur.

Le prix Nobel de Chimie 2014 a ouvert une voie qui a changé la façon de faire la chimie, l'avènement des bases de données de génomes que le projet génome humain a révélé au public une nouvelle façon de faire la biologie, tous deux manifestent une transformation en profondeur de nos sciences. 
Bien sûr à la fin on a vérification dans le wet lab, pipette à la main sur des cellules et des être vivants… Ce qui justifie la publication c'est tout le traitement de modèles sur des extraits de banques de données : cette expérimentation-là… pas la manipulation qui confirme.

Ainsi ce qui définit le biologie et le chimiste n'est peut-être pas tant des gestes que le type d'information qu'il traite…

Pour comprendre ces expériences, que doit savoir un enseignant ?

Quelles possibilités en classe offrent les accès aisés aux données authentiques (les tablettes sont presque en classe… d'interdites elles vont devenir obligatoires et prescrites d'ici peu) ?

Vos élèves peuvent par exemple aller voir 

• La structure 3-D de PfHsp90  sur PDB
  
• La séquence de la protéine Hsp90 alpha sur UniProt
  
• " Molecular chaperone that promotes the maturation, structural maintenance and proper regulation of specific target proteins involved for instance in cell cycle control and signal transduction. Undergoes a functional cycle that is linked to its ATPase activity. This cycle probably induces conformational changes in the client proteins, thereby causing their activation. Interacts dynamically with various co-chaperones that modulate its substrate recognition, ATPase cycle and chaperone function."

Pour que l'élève comprenne la biologie et la chimie du XXième que doit-on lui faire faire ?

S'agit-il que l'enseignant les montre au projecteur, ou de guider les élèves pour les trouver, ou encore de leur faire comparer Hsp90 ( P07900) et PfHsp90  ( Q8IL32) par un alignement puis discuter les raisons possibles de cette incroyable similitude  ?

• par exemple ici : lien actif quelques jours , puis image ici i

Il n'y a sûrement pas une réponse unique pour toutes les situations  d'enseignement.
Il y a toute une didactique à inventer...  et déjà de magnifiques opportunités de permettre aux élèves d'expérimenter  en classe ?

Est-il possible de l'ignorer complètement ?

Sources :  (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)

• Acharya, P., Kumar, R., & Tatu, U. (2007). Chaperoning a cellular upheaval in malaria: Heat shock proteins in Plasmodium falciparum. Molecular and Biochemical Parasitology, 153(2), 85‑94. doi:10.1016/j.molbiopara.2007.01.009
• Wang, T., Bisson, W. H., Mäser, P., Scapozza, L., & Picard, D. (2014). Differences in Conformational Dynamics between Plasmodium falciparum and Human Hsp90 Orthologues Enable the Structure-Based Discovery of Pathogen-Selective Inhibitors. Journal of Medicinal Chemistry. doi:10.1021/jm401801t
  
• Hedrick, P. W. (2011). Population genetics of malaria resistance in humans. Heredity, 107(4), 283‑304. doi:10.1038/hdy.2011.16
• Roy, N., Nageshan, R. K., Ranade, S., & Tatu, U. (2012). Heat shock protein 90 from neglected protozoan parasites. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research, 1823(3), 707‑711. doi:10.1016/j.bbamcr.2011.12.003
• Sachs, J., & Malaney, P. (2002). The economic and social burden of malaria. Nature, 415(6872), 680‑685. doi:10.1038/415680a
• Winzeler, E. A. (2008). Malaria research in the post-genomic era. Nature, 455(7214), 751‑756. doi:10.1038/nature07361
• Labie, D. (2005). La fièvre récurrente du paludisme : un atout majeur pour le parasite. Erudit.org: médecine sciences, 21(3), 243‑244.
• http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jm401801t
  

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L'épignénétique … le grand retour du Lamarckisme ?

L'épigénétique : le buzz ?

Selon Hughes, V. (2014), la révolution épignénétique a débuté au début des années 2000, quand des chercheurs ont commencé à rapporter que des facteurs environnementaux - depuis la négligence maternelle et la maltraitance infantile  jusqu'à un régime trop riche en graisses ou la pollution de l'air - pouvaient influencer le degré d e méthylation de l'ADN (l'addition ou le retrait de groupes chimiques sur l'ADN qui activent ou désactivent les gènes). Depuis de nombreux spécialistes et d'autres…  se sont saisi de ce terme pour ouvrir de nouvelles pistes de recherches sérieuses mais aussi parfois pour justifier les aspects fumeux de leur théorie. Certains qui n'avaient jamais avalé que Darwin ait surpassé Lamarck jubilent. Difficile donc de faire la part des choses.
Bio-Tremplins vous propose des pistes pour faire envie  et ... un tremplin vers les articles d'origine

Selon Hughes, V. (2014), cette idée d'un génome sensible à l'environnement fait encore débat (Cf Nature 467, 146–148; 2010), mais la notion que ces marques épigénétiques se transmettraient de génération en génération est encore plus provoquante.  Elle vient de recevoir une confirmation très bien étayée.

Transmission de caractères acquis ?

Une étude récente Dias, B. G., & al.. (2014), rapportée dans une News and Views de Nature Neurosciences Szyf, M. (2014) étudie un cas assez clair et facile à comprendre de transmission épigénétique : des souris reçoivent des chocs électriques en présence d'une odeur particulière (acétophénone). Leurs descendantes à la première et la deuxième génération réagissent plus en présence de la même odeur en tressaillant ("startle")  lors d'un signal sonore.  Les chercheurs interprètent ces résultats comme la transmission d'un apprentissage : la peur de l'odeur (acétophénone) que les souris ont appris est transmis à la F1 et la F2. On a donc hérédité de caractères acquis.



Fig 1: la peur de l'odeur (acétophénone) que les souris ont appris est transmis à la F1 et la F2. On a donc hérédité de caractères acquis. [img] source : Szyf, M. (2014)

Les mécanismes de cette transmission partiellement éliucidés

Les mécanismes de cette transmission sont partiellement élucidés : les données de Dias, B. G., & al.. (2014) montrent que la méthylation est en jeu et est transmise à à travers 2 générations au moins.   L'odeur acétophénone est détectée par le récepteur Olfr151 et ils ont observé que certains sites de ce gène sont plus  dé-méthylé chez les souris conditionnées à craindre acétophénone et leur descendantes que chez des témoins.

• Bio-Tremplins vous suggère d'en lire plus dans  les articles d'origine Szyf, M. (2014). doi:10.1038/nn.3603 et  Dias, B. G., & al.. (2014). doi:10.1038/nn.3594  (les membres Expériment@l peuvent obtenir ces articles…)
  

Les motifs de la méthylation peuvent se transmettre à travers les générations

Fig 2:  Comment la méthylation se transmet de génération en génération n'est pas encore totalement compris . [img] source Hughes, V. (2014).

Une petite synthèse est faite par  Hughes, V. (2014) sous le titre provoquant "Epigenetics: The sins of the father" qui évoque les péchés de la génération précédente.
Il évoque de nombreux aspects de la recherche impliquant l'épigénétique

• Bio-Tremplins vous suggère d'en lire plus dans  l'article d'origine Hughes, V. (2014). doi:10.1038/507022a (les membres Expériment@l peuvent obtenir cet article…) 

Sources :

• Dias, B. G., & Ressler, K. J. (2014). Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations. Nature Neuroscience, 17(1), 89‑96. doi:10.1038/nn.3594
• Hughes, V. (2014). Epigenetics: The sins of the father. Nature, 507(7490), 22‑24. doi:10.1038/507022a
• Szyf, M. (2014). Lamarck revisited: epigenetic inheritance of ancestral odor fear conditioning. Nature Neuroscience, 17(1), 2‑4. doi:10.1038/nn.3603
  
  

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