Paris, 20 décembre 2012

Reproduire et comprendre l'évolution des bactéries dans un tube à essai
La capacité des bactéries à produire des mutations, et donc à s'adapter, évolue en fonction de leur environnement et de leur niveau d'adaptation. C'est ce que viennent de montrer des chercheurs du Laboratoire adaptation et pathogénie des micro-organismes (LAPM, CNRS/Université Joseph Fourier-Grenoble) (1), en collaboration avec le Génoscope (CEA/IG-Evry). Les mutations du génome des bactéries participent à leur capacité d'adaptation et sont, par exemple, responsables de l'émergence de bactéries multi-résistantes aux antibiotiques ou de bactéries pathogènes responsables d'infections nosocomiales. Comprendre l'évolution des mécanismes qui contrôlent l'apparition des mutations est donc essentiel pour améliorer la lutte contre ces micro-organismes. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).
Les mutations de l'ADN sont à l'origine des variations qui permettent l'évolution des organismes vivants. Elles peuvent avoir des effets positifs, négatifs ou neutres, et c'est l'équilibre entre ces différents effets qui va conduire à l'adaptation des organismes vivants à leur environnement. Comprendre comment la production de mutations varie au cours du temps est donc indispensable pour décrire les processus évolutifs.

L'équipe dirigée par Dominique Schneider au sein du LAPM a utilisé la plus longue expérience d'évolution en cours dans le monde pour appréhender cette question. Dans le cadre de ce projet, des populations bactériennes ont été initiées à partir d'une cellule unique d'Escherichia coli (« l'ancêtre ») et sont cultivées nuit et jour, 365 jours par an, depuis 1988. Les chercheurs effectuent des prélèvements à intervalles réguliers sur ces populations, et les conservent, ce qui permet d'obtenir de véritables archives fossiles vivantes et d'analyser leur évolution. Au cours de cette longue expérience qui représente aujourd'hui plus de 55 000 générations (ce qui, à l'échelle humaine, correspond à près de deux millions d'années), les chercheurs ont identifié une population de bactéries qui a vu sa capacité à produire des mutations augmenter de plus de 100 fois, constituant ce que les généticiens appellent une population hypermutatrice, avant de constater que cette capacité continuait à évoluer…

En pratique, les chercheurs ont séquencé l'intégralité du génome bactérien à différents temps au cours de l'évolution (171 clones bactériens au total, séquençage réalisé par le Génoscope). Les données de séquençage ont été intégrées à la plateforme MicroScope (2), développée au Génoscope, et comparées au génome de l'ancêtre. Après 20 000 générations, ils ont observé une augmentation très importante du nombre de mutations, la population étant devenue hypermutatrice. En effet, d'une moyenne d'environ 40 à 50 mutations par génome à 20 000 générations, les bactéries sont passées à une moyenne de plus de 700 mutations à 40 000 générations. Mais le plus étonnant est que cette évolution s'est produite en plusieurs étapes avec une augmentation massive du taux de mutation suivie d'une diminution de ce taux de mutation.

L'équipe de Dominique Schneider a pu décrypter les mécanismes moléculaires mis en jeu dans ce processus multi-étapes, en analysant la séquence des génomes entiers de ces bactéries. Au niveau évolutif, cette population bactérienne est passée successivement d'une étape où le taux de mutation était élevé, ce qui lui a permis de s'adapter à son environnement, à une étape où le taux de mutation a diminué mais est resté à un niveau intermédiaire, ce qui lui a permis de poursuivre son adaptation en conservant une probabilité plus élevée de « trouver » des mutations bénéfiques, tout en réduisant la proportion de mutations néfastes.

Grâce à cette expérience d'évolution en tube à essai, les chercheurs ont pu comprendre les différentes étapes qui président in vivo à l'apparition de bactéries mutantes. De telles bactéries hypermutatrices sont connues pour être associées à de graves problèmes de santé publique, comme l'apparition de maladies nosocomiales et de bactéries multi-résistantes aux antibiotiques, ou de certains types de tumeurs chez les eucaryotes (3). Les chercheurs espèrent que le décryptage de ce processus au niveau de génomes entiers va permettre de modéliser le comportement des bactéries pathogènes, de contrôler leurs capacités d'adaptation, et, à terme, de développer de nouveaux outils thérapeutiques pour faire face aux infections bactériennes.

DOCUMENT            CNRS              LIEN

Paris, 22 mars 2011

Lumière sur l'interaction entre les rayons UVA et l'ADN
Les rayons ultra-violets A (UVA) sont connus aujourd'hui pour provoquer des cancers de la peau. Les premières informations sur la façon dont les UVA agissent directement sur l'ADN sont révélées par une équipe CNRS du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-Iramis, à Saclay), en collaboration avec un laboratoire du CEA-Inac, à Grenoble. L'interaction entre UVA et ADN résulte d'un comportement collectif des bases de la double hélice d'ADN qui conduit à des lésions chimiques pouvant induire des mutations cancérigènes. Ces travaux sont publiés en ligne le 18 mars 2011 dans le Journal of the American Chemical Society.
Les rayons ultra-violets A (UVA)(1) représentent plus de 95% du rayonnement UV solaire qui atteint la surface de la Terre. Ces UVA sont aujourd'hui connus pour engendrer des cancers de la peau dûs à des mutations cancérigènes provoquées par des altérations chimiques des bases de l'ADN (adénine, thymine, guanine, cytosine). La modification chimique la plus importante correspond à la dimérisation des thymines : deux thymines proches l'une de l'autre sur l'ADN s'associent pour former une nouvelle entité, appelée « dimère de cyclobutane ».

Une équipe CNRS du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA), en collaboration avec des chercheurs du laboratoire Lésions des Acides Nucléiques du CEA, s'est intéressée aux toutes premières étapes de la formation de telles lésions chimiques. Ils publient la toute première étude décrivant des effets physicochimiques, en amont des effets biologiques, du rayonnement UVA sur de l'ADN modèle. Les physico-chimistes ont examiné le comportement d'une double hélice d'ADN synthétique (formée uniquement de paires adénine-thymine) vis-à-vis des photons UVA. Ils ont ensuite comparé son comportement avec celui des deux simples brins complémentaires (constitués uniquement de thymines ou uniquement d'adénines).

Résultat : la capacité de l'ADN à absorber des photons UVA résulte d'un comportement collectif de ses bases. Etudiées individuellement, les bases de l'ADN (dont la thymine), sont « transparentes » aux UVA. Mais dans cette étude, les scientifiques ont montré que l'absorption des rayons UVA augmente sensiblement suite à l'appariement des deux simples brins pour former une double hélice. De plus, la probabilité qu'un photon UVA absorbé conduise à la formation des cyclobutanes est au moins dix fois plus élevée dans le cas d'un double brin que pour un simple brin. Ces différences s'expliqueraient par des changements de la structure électronique des bases induits par les photons UVA. Suite à l'absorption d'un photon, la nouvelle configuration électronique adoptée par l'ADN, appelée état excité, persiste plus longtemps pour un double brin que pour les simples brins complémentaires. Les thymines ont alors plus de temps à leur disposition pour subir des altérations définitives.

Reste désormais à étendre ces études expérimentales à des séquences d'ADN plus complexes, semblables à l'ADN naturel. Les enjeux en termes de santé publique sont majeurs d'autant que la quantité d'UVA qui nous parvient est très importante comparée aux rayons UVB (représentant moins de 5% des rayons ultraviolets atteignant la surface de la Terre) et que ces mêmes UVA sont encore largement utilisés dans les centres de bronzage.

DOCUMENT          CNRS              LIEN

L'OREILLE  ABSOLUE

FICHIER  A  TELECHARGER

La musique est une énigme. Elle peut nous transporter au sommet de l'extase, faire surgir en un battement d'œil des souvenirs refoulés ou libérer un torrent d'émotions qui nous laisse pantois. Des études ont montré que la musique exerce des effets semblables à ceux de la sexualité ou de la nourriture, ce qui est une compréhension frappante quoique primaire de l'interaction entre la musique et l'esprit.

Ici, à Montréal, des scientifiques mènent des recherches sur la façon dont la musique agit sur le cerveau et remue notre sensibilité. Comment la musique joue-t-elle sur les émotions d'une manière que les mots ne peuvent imiter ? « Le message de la musique et sa capacité d'émouvoir sont plus abstraits que ceux du langage, affirme Ante Padjen, un musicien et chercheur en neurosciences à l'Université McGill. La musique existe dans un contexte culturel et un morceau de musique peut susciter différentes émotions chez différents groupes culturels. Même dans un seul groupe, chaque individu possède une expérience de vie propre dans laquelle il puise lorsqu'il réagit à la musique. »

Le plus gros défi des chercheurs est de découvrir où la biologie se situe parmi toutes ces variables sociales. Quelles règles biologiques persistent malgré les divers contextes culturels dans lesquels la musique est appréciée ?

Les chercheurs de Montréal ne s'entendent pas tous sur la nature de ce qu'ils cherchent. Y a-t-il un seul centre de la musique dans le cerveau ? Des études novatrices en imagerie du cerveau indiquent que plusieurs régions distinctes du cerveau jouent un rôle dans le traitement et l'appréciation de la musique. Toutefois, des études menées chez les personnes souffrant d'une déficience sur le plan musical montrent également que certains réseaux spécialisés distincts du cerveau pourraient être dévoués spécifiquement à la cognition musicale.

La vie sans musique

Par exemple, certains des circuits du cerveau intervenant dans la perception de la musique semblent être séparés des circuits qui traitent le langage et d'autres sons dans l'environnement, comme l'ont montré des études menées chez des personnes souffrant d'amusie, une forme grave de surdité tonale. Les personnes « amusicales » sont incapables de percevoir des différences de hauteur tonale dans la musique et peuvent par conséquent être incapables de chanter dans le ton, de danser sur de la musique ou de mémoriser une mélodie. Étonnamment, ces personnes possèdent par ailleurs des capacités cognitives parfaitement normales et leurs capacités auditives et langagières sont intactes.

Ces études indiquent également que l'on doit d'abord percevoir la musique normalement avant de pouvoir en jouir. Une personne amusicale étudiée par Isabelle Peretz, détentrice d'un doctorat, une psychologue à l'Université de Montréal, ne pouvait déceler des variations de tonalité dans la musique inférieures à deux demi-tons et a déclaré que la musique sonnait comme du bruit et, en fait, l'indisposait.

Dans une autre étude, la même auteure signalait que les personnes amusicales étaient incapables de distinguer les fausses notes et les dissonances. La plupart d'entre elles disaient aussi ne pas aimer la musique. Certaines la trouvaient si déplaisante qu'ils cherchaient à l'éviter complètement.

De toute évidence, un problème fonctionnel dans le cerveau est à l'origine de l'amusie. Toutefois, les études par imagerie du cerveau chez les personnes amusicales n'ont pu encore révéler clairement les différences anatomiques qui seraient en cause.

Les plaisirs de Xanadu

Bien que les lésions soupçonnées chez les personnes amusicales puissent être trop infimes pour être décelées à l'aide des techniques d'imagerie scientifique actuelles, d'autres études d'imagerie, comme celles qui sont menées à Montréal, ont permis des découvertes spectaculaires au sujet de la réaction affective à la musique.

L'une de ces études, menée par des chercheurs de l'Université McGill, a montré pour la première fois que la musique active elle aussi dans le cerveau les centres de récompense ou de plaisir qui sont associés à la nourriture ou au sexe.

L'étude est révélatrice, car elle laisse entendre que la musique est aussi importante pour nous que les stimuli reliés à la survie biologique. « Bien que nous puissions en théorie vivre et nous reproduire sans la capacité d'apprécier la musique, celle-ci semble importante pour ce qui est de notre bonheur et de notre bien-être », conclut Anne Blood, coauteure de l'étude et qui travaille maintenant au Massachusetts General Hospital.

L'étude a établi que seule la musique suffisamment belle pour susciter fois après fois l'euphorie et les frissons activait les centres ou voies de récompense communément appelés centres du plaisir du cerveau.

Ces centres de récompense font partie d'un système fort complexe qui comprend des constellations de cellules organisées en districts fonctionnels. Ce système est responsable des plaisirs naturels associés au goût, à la sexualité et à la chaleur, par exemple. De telles récompenses naturelles mènent à un renforcement ou à la répétition du comportement.

Bien que toutes les expériences agréables semblent se déverser dans une même voie de récompense, le système est en mesure de faire des distinctions et il ne réagit pas de façon identique à tous les stimuli. Il se peut que le système puisse également distinguer divers types de musique, ce qui expliquerait pourquoi les plaisirs de la musique ne sont pas tous égaux, que ce soit chez une même personne ou entre les personnes.

Les neurotransmetteurs portent la musique et son plaisir

Des études scientifiques ont cerné ces centres de plaisir en utilisant des substances chimiques psychiquement actives et des stimulations électriques. Elles ont révélé que les voies nerveuses requièrent un neurotransmetteur appelé dopamine. L'action de la dopamine semble essentielle dans la médiation des réponses que nous percevons comme gratifiantes et elle joue probablement un rôle clé dans la production de sensations d'euphorie. Ainsi, une expérience musicale agréable a probablement une base chimique dans la molécule de dopamine.

La distinction entre les sons musicaux s'effectue dans une région du cerveau d'évolution récente, le cortex auditif, responsable de l'intégration d'un morceau et de notre réaction à la musique et où se décide si le morceau est inspirant ou non. Toutefois, l'information musicale est traitée dans d'autres parties du cerveau avant de se rendre au cortex auditif. Des régions du cerveau relativement primitives qui règlent la motricité et la mémoire peuvent également contribuer à notre réaction affective à la musique. Après diverses consultations, le cerveau prend une décision qui nous mène à danser, claquer des doigts, faire une grimace ou sourire. Assez curieusement, les recherches ont montré que pendant que nous écoutons de la musique, les centres moteurs du cerveau sont activés même si nous ne bougeons pas.

Le chant comme hymne évolutionnaire

Les scientifiques ignorent toujours pourquoi un système aussi raffiné pour la musique s'est développé chez les humains – ou chez d'autres animaux, tant qu'à cela. D'après Mme Blood, le chant peut avoir évolué à partir du phénomène langagier appelé prosodie, c'est-à-dire le changement de ton dans notre discours lorsque nous posons une question ou que nous affirmons une chose. D'autres chercheurs, comme le Dr Sandra Trehub de l'Université de Toronto, estiment que le chant pourrait être venu d'effets de voix non verbaux produits pour rassurer les nourrissons.

Quoi qu'il en soit, la découverte de flûtes du Néanderthalien en Europe montre qu'un « instinct musical » s'est développé chez les humains il y a des millénaires. Ainsi que le dit Ian Cross, un psychologue de la musique de l'Université de Cambridge, « sans la musique, il se pourrait que nous soyons jamais devenus humains ».