La vie dans des conditions extrêmes

Transgenèse, mutagenèse et génomique fonctionnelle chez les mammifères.

Conférence du 29 janvier 2000 par Daniel Metzer. La connaissance des génomes de l'homme et de la souris sera acquise dans moins de cinq ans. Leur comparaison révélera l'existence de dizaines de milliers de gènes, jusqu'alors inconnus, dont la fonction devra être établie. Cela nécessitera des études non seulement au niveau moléculaire et cellulaire, mais aussi à des niveaux de complexité supérieurs représentés par les tissus et organes, et finalement l'animal et l'homme dans leur globalité. La souris est un excellent modèle pour définir les fonctions des gènes humains car elle présente de grandes similitudes génétiques, immunologiques, reproductives, physiologiques et pathologiques avec l'homme. De plus, on dispose actuellement d'outils performants pour manipuler le génome de cet animal. Il est en effet possible, grâce à la transgenèse, d'insérer un gène normal ou modifié dans son génome, et de l'exprimer sélectivement à un endroit donné. On peut également modifier ou altérer un gène défini par recombinaison homologue, et induire des mutations somatiques de ce gène dans des cellules ou tissus choisis, et à un moment défini de la vie de l'animal. L'ensemble de ces techniques, récemment mises au point, permettra d'approfondir les études de la fonction des gènes chez la souris, et d'établir plus facilement des "modèles souris" de maladies humaines. De plus, les techniques de mutagenèse utilisées chez la souris auront des applications en thérapie génique. En effet, il est envisageable de remplacer des gènes mutés, ou de diriger l'expression de transgènes, dans des cellules somatiques déficientes prélevées sur des malades, et de les réinjecter, après la modification génétique, à ces patients. Ainsi, la transgenèse, la mutagenèse et la génomique fonctionnelle devraient avoir de nombreuses retombées positives en santé humaine.

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Bactéries de l'extrême.

En 1969, Thomas Brock a montré par ses travaux que des micro-organismes peuvent vivre à des températures avoisinant et même dépassant 100 C. Ces bactéries thermophiles prolifèrent au voisinage des sources chaudes terrestres et sous-marines. Yves Fouquet, géologue à l'IFREMER, décrit les phénomènes tectoniques à l'origine des sources hydrothermales. Celles-ci sont très nombreuses en Islande du fait de l'activité volcanique de l'île et le docteur Jacob Kristjansson en étudie la microfaune. Daniel Prieur, microbiologiste au CNRS à la station biologique de Roscoff (Finistère), relate la mission Microsmoke (novembre et décembre 1995) qui a pu atteindre les fosses les plus profondes de l'Océan Atlantique (Fosse aux Serpents à 3500 m au-dessous du niveau de la mer) grâce au Nautile, engin d'exploration de l'IFREMER. Les sources chaudes sous-marines forment progressivement des cheminées poreuses à l'intérieur desquelles se développent les bactéries thermophiles. Grâce aux bras télécommandés du Nautile, les scientifiques peuvent prélever des échantillons de fluide hydrothermal et des morceaux de cheminées qui sont ensuite analysés en laboratoire. Les chercheurs ont ainsi constaté que ces micro-organismes ont développé des structures moléculaires très particulières pour leurs protéines et leurs acides nucléiques afin de résister aux pressions et températures élevées de leur environnement, ainsi que l'explique Patrick Forterre, microbiologiste à l'Université d'Orsay. Les bactéries thermophiles sont peut-être une des premières formes de vie apparues sur terre et leur résistance exceptionnelle permet aux chercheurs d'explorer les conditions extrêmes pour lesquelles la vie est encore possible.

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Comment l'abeille devient reine . ( Jean-jacques PERRIER)

La gelée royale fait devenir reines certaines larves d'abeille. Un mécanisme moléculaire expliquant son rôle vient d'être décrit. De grande taille, lente à se mouvoir, la reine d'une colonie d'abeilles passe l'essentiel de sa vie – quatre à cinq ans – à pondre, choyée par sa cour. Les ouvrières, au contraire, sont petites, agiles, stériles et ne vivent que quelques semaines, durant lesquelles elles débordent d'activités variées. Pourtant, la reine et les ouvrières sont sœurs et génétiquement identiques. Comment un même génome peut-il produire des individus si différents ? Une équipe germano-australienne vient d'éclairer les mécanismes moléculaires en jeu.On savait déjà que la clé de ces destins différents est alimentaire. Les larves élevées comme de futures reines et la reine en place (une fois qu'elle a éliminé ses rivales) sont nourries exclusivement de gelée royale. Les autres larves, qui deviendront des ouvrières, sont nourries surtout de miel et de pollen.

En 2008, l'équipe de Sylvain Forêt et Ryszard Maleszka, de l'Université nationale australienne, à Canberra, a montré que la suppression de la synthèse d'une enzyme, l'ADN méthyle-transférase, chez des larves nourries pour devenir ouvrières, les fait se développer en reines fécondes, reproduisant l'effet de la gelée royale. Cette enzyme étant nécessaire à la méthylation de l'ADN, c'est-à-dire à l'ajout de radicaux méthyle sur certaines bases de cette molécule (des cytosines), la gelée royale apporte vraisemblablement des substances inhibant ce processus, dit épigénétique.

Suspectant que la reine et les ouvrières n'expriment pas leurs gènes de la même façon, les mêmes chercheurs, associés à un groupe du Centre allemand de recherche sur le cancer, à Heidelberg, ont séquencé les génomes issus du cerveau de reines et d'ouvrières. La technique utilisée leur a permis d'identifier tous les sites méthylés de l'ADN, le « méthylome ». Ils ont observé que quelque 560 gènes étaient méthylés différemment chez les unes et chez les autres. De plus, ce marquage chimique concerne plus souvent des sites de l'ADN impliqués dans la production de différentes versions d'un même gène, par un mécanisme nommé épissage alternatif. La méthylation paraît donc réguler quelles formes d'un gène codant telle ou telle protéine s'expriment, et avec quelle amplitude, chez une reine et chez une ouvrière.

Comment les enzymes de méthylation repèrent-elles quelles sont les cytosines cibles parmi les dix millions possibles chez l'abeille ? On l'ignore, mais un mécanisme expliquant les différences entre reines et ouvrières se dessine : la présence ou l'absence de gelée royale détermine différents profils de méthylation de leur ADN. En ajustant l'expression de versions différentes d'un nombre restreint de gènes, ces profils donnent lieu à des caractéristiques anatomiques, physiologiques et comportementales distinctes.

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