Diagnostiquer à coup sûr la présence d’un virus dans un prélèvement sanguin : l’affaire de quelques heures.

Il y a quelques semaines le Docteur Ian Lipkin, spécialiste des diagnostics à l’école de médecine de l’Université Columbia a eu une grosse surprise. Son laboratoire a reçu un échantillon de sang d’un patient de l’hôpital universitaire pour analyse car les médecins ne comprenaient pas de quelle maladie mystérieuse souffrait ce malade, un genre de fièvre hémorragique. Comme quelques temps auparavant Lipkin avait découvert un nouveau virus apparenté à celui de la polyomyélite à l’aide des techniques d’analyse qu’il avait développé dans son laboratoire et que les symptomes du patient d’alors ressemblaient étrangement à ceux décrits pour ce nouveau patient, il préféra ne pas prendre de risques et effectua l’analyse du sang de ce patient. Il identifia immédiatement le virus comme étant celui de la dengue, une fièvre hémorragique. Une brève enquête révéla que le patient avait séjourné au Viet-Nam quelques mois auparavant. Comme il était sous traitement immunodépresseur pour recevoir une greffe de moëlle osseuse, le virus de la dengue réapparut.

Cette histoire n’aurait aucun intérêt si on ne se penchait pas sur la technologie innovante mise au point par Lipkin. Il a adapté la technique dite PCR (Polymerase Chain Reaction) pour effectuer des diagnostics à haute fréquence. La PCR consiste à amplifier le nombre de copies d’un morceau d’ADN présent dans un échantillon afin d’en déterminer ultérieurement la séquence avec une machine de séquençage automatique Illumina (voir le lien):

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Pour être certain de ce que l’on veut amplifier, il est nécessaire de connaître le petit morceau d’ADN qui sert à amorcer la réaction (DNA primer) et plus ce morceau comporte de bases (A, T, G et C) plus la spécificité de la PCR est élevée. Il existe maintenant des millions d’amorces disponibles commercialement et Lipkin, n’ayant pas froid aux yeux, on peut dire les choses ainsi, a réalisé une gymnastique incroyable en ajoutant dans le milieu réactionnel les amorces – un peu plus de deux millions – correspondant à pas moins de 502 virus pathogènes pour les mammifères dont l’homme. Il a fait le pari que comme les virus ont tendance à muter sans arrêt une amorce suffisamment longue ne s’apariant pas parfaitement avec un acide nucléique pourrait tout de même fonctionner correctement. Passons sur la préparation des échantillons car beaucoup de virus ont un matériel génétique constitué d’ARN qu’il faut transformer en ADN par une opération maintenant routinière et il faut éviter que l’ADN soit malencontreusement détruit par des activités enzymatiques indésirables présentes dans l’échantillon analysé.

Bref, une fois cette amplification par PCR terminée le mélange est analysé dans un séquençeur automatique et le tour est joué. Sans entrer dans les détails complexes de la technique développée par Lipkin la spécificité, les faux-positifs et le traitement des échantillons ont été optimisés ainsi que le logiciel d’analyse des résultats du séquençage pour atteindre des résultats rapides et fiables car souvent, en milieu hospitalier la vie d’un malade peut dépendre de la rapidité d’un diagnostic. Lipkin a appellé sa technologie VirCapSeq-VERT ou plateforme de séquençage de virome de vertébrés, virome signifiant la population de virus rencontrés seulement chez les mammifères. N’importe quel échantillon biologique peut être analysé en toute confiance pour un prix relativement modique de l’ordre de 60 dollars, le système automatisé permettant d’analyser en parallèle jusqu’à 21 échantillons. Belle avancée dans le diagnostic clinique !

Source : http://mbio.asm.org/ Illustration PCR : Wikipedia

http://www.illumina.com/systems/sequencing-platform-comparison.html?sciid=2014107IBN2

L’évolution humaine, un long parcours parfois semé d’embuches

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Le génome humain, comme d’ailleurs celui des autres êtres vivants possédant un noyau, on dit les eucaryotes, se caractérise par deux processus essentiels entrainant une variabilité génétique qui fait que nous avons évolué et sommes devenus différents du lointain ancêtre que nous partageons avec les grands singes et aussi que nous sommes tous différents les uns des autres : les SNPs ou polymorphismes apparaissant à la suite de la modification d’une seule base de l’ADN (Single Nucleotide Polymorphism) et les CNVs (Copy Number Variant) qui concernent le nombre de copies d’un gène. Un gène peut en effet être dupliqué ou éventuellement disparaître. Il s’agit alors d’une délétion qui peut être létale et ne sera donc pas transmise à la descendance. Avec l’apparition des machines de séquençage de l’ADN ultrarapide et de moins en moins coûteux et l’utilisation d’ordinateurs puissants pour analyser ces séquences on s’est rendu compte que les CNVs jouaient un rôle certainement plus important que les SNPs dans la variabilité des populations humaines. Les récents travaux qui ont permis de séquencer des génomes entiers de nos ancêtres éloignés ont permis de mettre en évidence cette importance des CNVs pour trouver une explication dans cette variabilité des populations humaines qu’on appelle d’ailleurs à tort des races.

Je profite de cette occasion pour préciser qu’il n’existe pas de races humaines mais seulement une espèce humaine avec des caractères phénotypiques différents selon les régions du globe. Utiliser le mot race est donc purement politique voire idéologique quand on parle des Bantous, des Peuls ou des Iroquois. Nous sommes tous des Homo sapiens sapiens … et nous devrions tous être frères et nous respecter les uns les autres.

Une étude récente pilotée par le Docteur Evan Eichler du Howard Hugues Medical Center de l’Université de Washington à Seattle a réuni les données relatives à l’ADN de 236 individus représentant 125 populations humaines différentes et 5 anciens ADNs, Neandertal, Denisovan et trois autres spécimens anciens. L’étude minutieuse des fréquences de duplication de gènes indique que 7 % de la totalité du génome est concernée par des CNVs alors que la variabilité induite par les SNPs ne représente que 1,1 % du génome. Les délétions non létales représentent 2,2 % et les duplications 4,4 % des CNVs. Pour affiner l’étude, seules les CNVs bis-alléliques ont été prises en compte. Je sens venir chez mes lecteurs un découragement devant la technicité de cette prose mais il faut rappeler que nous possédons deux fois 23 chromosomes et donc il existe deux copies de tous les gènes présents qu’on appelle allèles.

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Cette étude a mis en évidence la présence de CNVs provenant des Denisovan chez les Papous de Bornéo et de l’archipel de Bougainville qui se situe au sud-est de Bornéo et au nord des îles Salomon. Cette introduction d’une CNV caractéristique est apparue il y a 170000 ans chez les Denisovan et elle n’a été retrouvée par la suite que chez les Papous sur le chromosome 16 et non chez les aborigènes d’Australie, par exemple. De plus elle constitue la plus importante présence de gènes archaïques dans une population humaine moderne et elle a été incorporée (on dit introgression) chez les Papous il y aurait environ 40000 ans. Il faut noter qu’aucune duplication d’origine néanderthalienne n’a pu être identifiée et qu’enfin les CNVs des populations africaines ne diffèrent pas des autres populations en termes de duplication de gènes.

Quant aux CNVs relatives à des délétions, ce sont toujours des évènements ponctuels provenant probablement d’un seul individu et transmis à la descendance quand celles-ci sont non létales. Les populations non africaines montrent une plus grande fréquence de SNVs de délétion car ces populations ont été soumises à des évènements successifs de pression de sélection génétique au cours du temps. Sur cette base il a pu être mis en évidence un isolement génétique des populations océaniennes Papous-Bougainville mais également des populations amérindiennes. La grande variabilité génétique des populations africaines réside dans le fait qu’elles sont toujours restées en contact durant l’évolution. Enfin les CNVs introduisant des duplications favorisent l’adaptabilité des personnes lorsque celles-ci sont soumises à une pression de sélection constante. Ce fut le cas des Denisovan qui divergèrent des autres non-africains il y a 440000 ans. Les Denisovan et les Néanderthaliens divergèrent il y a environ 700000 ans. Il est intéressant de rappeler ici que la deuxième vague « out of Africa » se situe justement aux alentours de 450000 ans avant notre ère et que la divergence entre humains et grands singes remonte avant 3 millions d’années.

Certaines CNVs ont été associées avec une adaptation positive ou au contraire négative à l’environnement. Par exemple une CNV sur le chromosome 16 concernant une haptoglobine et présente uniquement dans les populations africaines est associée à une résistance à la maladie du sommeil, alors qu’une CNV sur le chromosome 3 concernant une transférine provoque une sensibilité à une fièvre hémorragique provoquée par un arenavirus et est présente uniquement chez les Amérindiens.

L’évolution humaine est loin d’être terminée et Charles Darwin, encore vivant, serait émerveillé par cette étude. L’être humain a mis au point plusieurs stratégies pour s’adapter génétiquement à son environnement et les CNVs semblent compter parmi les plus puissantes.

Source : Science, 6 août 2015, 10.1126/science.aab3761 , illustrations tirées de l’article de Science aimablement communiqué par le Docteur Evan Eichler et AAAS News.

Vers une manipulation génétique des embryons humains …

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Au mois de février je relatais la bataille juridique à venir au sujet du CRISPR. La découverte du CRISPR et son utilisation en génétique est considérée par les biologistes comme la plus grande avancée en biologie depuis la découverte de la structure de l’ADN. Et comme il fallait s’y attendre cet outil permettant d’insérer un gène à la bonne place dans l’ADN ou au contraire d’en réduire un autre au silence a été utilisé sur des embryons humains. La boite de Pandore est donc ouverte et l’accélération des travaux des biologistes, stimulés par leur curiosité et aussi par des retombées financières potentiellement immenses, va bousculer l’attitude des comités de bioéthique ad hoc qui se sentent déjà dépassés par la tournure que prennent les évènements.

Pour situer l’importance du problème, une équipe de biologistes chinois a « essayé » l’outil CRISPR sur 86 embryons humains défectueux, c’est-à-dire porteurs de mutations létales. Ils ont soit éliminé le gène défectueux, soit introduit un gène normal en lieu et place du gène anormal et ils ont observé ce qui se passait. Soixante et onze embryons ont survécu à la manipulation. Ils ont poursuivi les tests sur 54 d’entre eux et ont finalement trouvé que seulement 28 embryons avaient correctement incorporé le gène qui permettait de les rendre « normaux ». Les échecs étaient essentiellement provoqués par des ciblages d’insertion de gènes aberrants. Le CRISPR s’est donc révélé ne pas présenter la précision requise pour ce genre de manipulation sur des embryons humains car dans une visée thérapeutique, le taux d’échec doit être nul. L’équipe du Professeur Junjiu Huang de l’Université Sun Yat-sen a donc jeté l’éponge sans toutefois perdre de vue que la technologie CRISPR évolue très rapidement.

Le CRISPR est une machinerie complexe qui reconnaît des petites longueurs d’ADN à condition qu’il soit porteur d’une information constituée d’un brin d’ARN complémentaire de ce site que l’on désire ouvrir pour y insérer un gène différent ou pour éliminer une portion de cet ADN conduisant alors à réduire au silence ce dernier gène que l’on a choisi. Cet outil est disponible commercialement et il suffit, dans la pratique, de disposer du petit morceau d’ARN qui sert de guide et que l’on peut se procurer également auprès d’une multitude de sociétés spécialisées dans ce type de recherche. Initialement ce sont des bactéries qui ont inventé ce système astucieux et sophistiqué pour se débarasser de virus pathogènes. S’il paraît complexe le CRISPR n’en reste pas moins un outil d’une puissance incroyable pour manipuler le génôme de n’importe quel être vivant.

Pour illustrer ce propos, le génôme de la bactérie banale Escherichia coli a été utilisé pour créer 40000 petits ARNs « guides » utilisables avec le CRISPR. Quand on veut savoir à quoi sert un gène de fonction inconnue il suffit de le couper avec le CRISPR après l’avoir informé avec un ARN guide du site précis sur lequel cet outil doit intervenir puis observer ce qui se passe. Par extension, on peut utiliser le CRISPR au cours du développement embryonnaire pour comprendre la fonction de certains gènes impliqués dans la différenciation cellulaire et c’est aussi sur ce point que l’on entre dans l’inconnu, ou plus précisément dans une zone interdite car alors tout devient possible. L’ENCODE Project ( https://www.encodeproject.org ), bien qu’étant une organisation internationale sans but lucratif, favorise cette approche en mettant à la disposition des laboratoire de génétique moléculaire les informations susceptibles d’être utilisées dans ce type de recherche.

Il existe naturellement un conflit d’intérêt entre les tenants de la thérapie génique à l’aide d’adénovirus qui est contrôlée par quelques grands laboratoires pharmaceutiques pour le traitement de certaines maladies d’origine génétique et l’utilisation du CRISPR dans le même but. Avec 2000 dollars d’investissement n’importe quel spécialiste de biologie moléculaire peut se lancer dans l’aventure et dès l’instant où des résultats concluants apparaissent sur des modèles animaux au niveau cellulaire, alors une application humaine est envisageable. L’une des maladies génétiques la plus prometteuse dans ce domaine est le traitement de la beta-thalassémie résultant d’une mutation sur le gène codant pour la chaine beta de l’hémoglobine. Au niveau cellulaire (et avec des embryons humains) la technique CRISPR est porteuse d’espoir. Il reste cependant à convaincre les comités d’éthique, et c’est là que réside le vrai combat, car les effets précis de cette technique ne peuvent pas être connus avant la naissance du dit embryon. C’est d’ailleurs là que c’est problématique : modifier l’embryon au stade de quelques cellules ne permet pas de garder le contrôle sur cette modification car tout peut arriver lors de la différenciation cellulaire au cours du développement du fœtus. Et c’est paradoxalement sur ce dernier point que l’utilisation du CRISPR permettra peut-être d’y voir, si l’on peut dire, un peu plus clair. Quinze pays de l’Union Européenne ont d’ors et déjà interdit l’édition de gènes sur l’embryon humain et 25 autres pays dans le monde ont également pris les mêmes dispositions.

La boite de Pandore est ouverte … difficile d’imaginer qu’elle puisse être refermée autoritairement, la curiosité humaine dépasse souvent la morale élémentaire. On ne peut que constater que la science biologique n’arrivera jamais à corriger le hasard, celui qui nous a finalement différencié du singe avec évidemment des « déchêts » génétiques à chaque génération.

https://jacqueshenry.wordpress.com/2015/02/22/bataille-entre-les-universite-de-berkeley-et-dharvard-pour-la-propriete-du-crispr/

http://link.springer.com/article/10.1007/s13238-015-0153-5/fulltext.html

La pharmacologie de haute précision, c’est déjà la réalité.

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Regeneron, une société de biotechnologies créée en 1988, s’intéressa initialement aux facteurs de régénération cellulaire, comme son nom l’indique ( http://www.regeneron.com/ ). Puis cette firme se diversifia dans le traitement de certaines formes de tumeurs cancéreuses vascularisées avec des inhibiteurs de l’angiogenèse (Aflibercept, une protéine recombinante) dont j’ai parlé dans un des billets de ce blog qui ont vu une application inattendue dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Depuis quelques mois Regeneron a changé de braquet en se lançant dans un programme ambitieux d’identification de gènes dont l’expression est défectueuse dans l’espoir d’intervenir directement sur ces derniers. Pour atteindre ce but, cette société s’est associée avec le système de santé de Pennsylvanie appelé Geisinger qui a accepté le libre accès aux dossiers médicaux de 250000 volontaires qui vont tous avoir, en prime, la totalité de leur ADN exprimé séquencé.
Une telle approche est maintenant permise sur le strict plan financier car séquencer un génome humain complet demande environ 48 heures de fonctionnement d’une machine entièrement automatique et le prix de revient de l’opération est maintenant de l’ordre de 1500 dollars. Il faut rappeler que le premier séquençage du génome humain coûta environ 3 milliards de dollars et dura 13 ans. Il y a encore 5 ans une telle analyse revenait à 20000 dollars. Les machines de séquençage, couplées à des super-ordinateurs, envahissent donc le domaine bio-médical et pharmaceutique et Regeneron a déjà identifié 250 cibles potentielles pour des drogues soit existantes soit à créer afin de traiter des situations cliniques aussi triviales que l’hypercholestérolémie ou encore l’obésité. Il s’agit d’une nouvelle application aux retombées potentielles considérables qu’on peut définir comme un ciblage par des drogues de défauts génétiques mineurs.

Dans un passé encore récent, une telle recherche était longue et extrêmement coûteuse car on partait un peu dans tous les sens et en quelque sorte à l’aventure. Un exemple suffit à illustrer la différence d’approche : on a découvert un peu par hasard que dans un petit village d’Italie beaucoup de personnes avaient presque le privilège d’avoir des taux de cholestérol et de triglycérides très faibles. On a recherché des descendants des familles originaires de ce village du nom de Campodimele et une grande majorité d’entre eux sont porteurs d’une mutation du gène Angptl3 et il a fallu près de 20 années pour comprendre quelle était la cause de ce phénomène et comment on pouvait l’interpréter pour imaginer une drogue pouvant agir sur l’expression de ce gène dont le produit est un facteur régulant le recyclage des lipides au niveau du foie. Les amateurs peuvent lire l’article en libre accès paru en 2010 ( DOI: 10.1056/NEJMoa1002926 ). Regeneron a déjà identifié 100 personnes porteuses de cette mutation sur les premiers 35000 séquençages déjà effectués, sans avoir été contraint d’aller dans un village perdu d’Italie pour retrouver la généalogie de personnes ayant peu de cholestérol et de triglycérides dans leur sang. Regeneron ne cible que les gènes exprimés, soit environ 2 % de la totalité de notre ADN et une analyse, plus rapide que celle de la totalité de l’ADN revient à seulement 700 dollars mais il y a un débat actuel au sujet de cette approche car les zones non codantes de l’ADN comprennent aussi des séquences régulatrices et il est probable que l’approche limitée de Regeneron passe à côté d’aspects intéressants de certains « défauts » génétiques pouvant éventuellement être pris en charge par des thérapeutiques du genre microRNA ou CRISPR.

On entre donc dans la médecine de précision au niveau moléculaire et Regeneron, en partenariat avec Sanofi, espère sortir une molécule anti-cholestérol qui bloque le produit du gène PCSK9 impliqué dans l’homéostase du cholestérol et des LDLs. On s’est en effet rendu compte que les personnes présentant une mutation sur ce gène rendant son produit inactif présentaient des taux de cholestérol anormalement bas. Le chiffre d’affaire escompté pour ce produit serait de l’ordre de 4 milliards de dollars annuellement d’ici 4 années.

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Dans la même veine, la société Amgen a acheté le fichier génétique de 2636 Islandais afin de découvrir pour quelle raison les habitants de ce pays avaient un plus gros risque de souffrir de la maladie d’Alzheimer que d’autres populations. Il en est de même pour des fichiers de malades souffrant de la maladie de Parkinson ou de lupus. Reste à contrôler ces travaux car l’approche choisie peut aussi déboucher sur des abus en tous genres : pourquoi pas une drogue pour modifier la couleur des cheveux ou de la peau ? On est donc à un véritable tournant dans l’approche pharmacologique et l’avenir sera passionnant et plein de surprises.

Source et illustrations : Reuters

Trisomies et autres gènes : Entre tests de dépistage et tests de diagnostic il faudra choisir …

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Depuis la montée en puissance des machines d’analyse automatique d’ADN toutes les portes vers l’inconnu génétique se sont ouvertes, pour le pire mais aussi pour le meilleur. Par exemple il ne faut pas se leurrer car ces techniques d’analyse pourraient aboutir à une certaine forme d’eugénisme sophistiqué et basé non plus sur l’apparence, en d’autres termes le phénotype ou l’expression visible de nos gènes, mais sur le contenu génétique de chacun de nous. L’époque où le bel aryen blond aux yeux bleus était sélectionné pour établir un peuple pur est révolue. Les robots d’analyse de l’ADN répondent déjà, moyennant quelques milliers de dollars, à vos angoisses existentielles. Angelina Jolie a repoussé les limites du nombrilisme en se faisant enlever les deux glandes mammaires et maintenant les ovaires parce qu’elle dispose malencontreusement des deux allèles du gène BRCA1 prédisposant aux cancers du sein et des ovaires. Cette actrice fort belle par ailleurs incarne le nombrilisme, certes, mais aussi une forme d’eugénisme redoutable. Elle a ouvert une porte dangereuse et la publicité qui a entouré son choix de mutilation volontaire va certainement motiver des centaines de milliers de femmes dans le même sens, à savoir la recherche des éléments d’information génétique risqués. La boite de Pandore est donc ouverte pour le plus grand profit d’une société comme Illumina par ailleurs fabricant des robots de séquençage d’ADN et leader dans ce domaine.

C’était pour le pire des aspects de cette nouvelle technologie issue de la biologie moléculaire mais il y a aussi « le meilleur » si l’on peut dire les choses ainsi.

La détection prénatale de la trisomie 21 ou syndrome de Down (et des trisomies 13 et 18) constitue une préoccupation sociétale majeure. Il y a encore trente ans les femmes enceintes dites à risque, nullipares et ayant dépassé l’âge de 35 ans, n’étaient pas systématiquement soumises à la recherche de la trisomie car il s’agissait d’un protocole relativement lourd. L’intervention appelée amniocentèse consistait (et consiste toujours) à prélever un échantillon de liquide amniotique dans l’utérus et n’était pas anodine puisque cette opération conduisait pour une femme sur 600 à une fausse-couche. Il fallait ensuite cultiver les fibroblastes fœtaux recueillis tant bien que mal et établir un caryotype en faisant un cliché au microscope de cellules en cours de doublement (mitose). Il fallait ensuite faire un tirage photographique des chromosomes et les classer en découpant la photographie pour déterminer si tout était normal. Il fallait avoir un œil assez exercé pour effectuer ce genre de travail qui était monstrueusement coûteux mais la détection de la trisomie 21, comme des trisomies 13 et 18, beaucoup plus rares, en justifiait l’infrastructure généralement hospitalière occupant à plein temps plusieurs personnes. L’amniocentèse ne pouvait pas être pratiquée avant trois mois et demi de grossesse afin de ne pas endommager le placenta ou au pire le fœtus.

Avec le développement des techniques automatiques et rapides de séquençage de l’ADN ou de l’ARN, on s’est rendu rapidement compte que dans le sang maternel on retrouvait de l’ADN foetal qui pouvait être amplifié et séquencé. Il n’est donc pas difficile de comprendre les enjeux économiques d’une telle approche et les grands laboratoires pharmaceutiques se sont bien entendu précipité sur l’opportunité à saisir en particulier les laboratoires Roche qui expérimentent un test appelé Harmony déjà utilisé chez près de 16000 femmes enceintes présentant peu de risques de trisomie car toutes âgées de 30 ans au maximum. Le corps médical, toujours un peu réticent devant l’innovation, a conseillé aux femmes dont le test Harmony révélait une trisomie 21 de se soumettre à une amniocentèse de contrôle. Le test de Roche identifia tous les 38 cas confirmés par la suite alors que l’approche traditionnelle n’en avait révélé que 30. Pour bien comprendre ce dont il s’agit ces 16000 femmes faisaient partie à leur insu d’un essai clinique en phase 3 et avaient donc vu leur sang analysé et subi une amniocentèse. Neuf faux positifs ont été identifiés mais parmi ces 16000 femmes le test ne fut pas réalisable pour 600 d’entre elles en raison de la faible teneur en ADN foetal dans le sang maternel. S’il s’agit d’une étude supposée réalisée pour promouvoir le test Harmony de Roche et financée par ce dernier, d’autres start-up impliquées avant ce géant du diagnostic dans le dépistage des trisomies ne tolèreront pas cette attitude agressive de Roche auprès du corps médical. Car il y a de gros problèmes de protection industrielle entre la société Sequenom et Ariosa. Ariosa a été racheté par Roche mais le test mis au point par cette société, justement le test Harmony, contrefait un brevet déposé par Sequenom. La situation est douteuse dans la mesure où Sequenom a acquis les droits du brevet faisant l’objet de litiges auprès de la société Isis et ce brevet expire en 2017. Autant dire qu’il y a urgence à se positionner.

Encore une fois l’efficacité de ces tests varie selon les études, les faux positifs variant de 0,01 à 0,2 %, ce qui laisse une grande marge pour confirmer au final le test par une amniocentèse, business is business. Enfin, le corps médical ne peut pas se permettre de prendre des risques ni professionnels vis-à-vis de ses patientes ni juridiquement. S’agit-il de tests de dépistage ou de diagnostic ? La confusion n’a pas lieu d’être puisque la nuance n’apparaît plus, dans le cas de la détection des trisomies à l’aide des techniques modernes de la biologie moléculaire. Il s’agit en effet d’un dépistage rapide, précoce (moins de dix semaines après les dernières règles), non invasif et déjà remarquablement fiable. La biologie moléculaire devra rester un outil pour le corps médical qui a parfaitement raison d’évoluer lentement et prudemment, car cette technologie permettra beaucoup d’autres diagnostics (et dépistages rendus ainsi possibles) qui feront partie du quotidien dans quelques années.

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Source : Thomson Reuters et New England Journal of Medicine et pour les curieux en ce qui concerne les faux-positifs cet article en libre accès : http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1408408#t=articleTop

Deux tiers des cancers sont le fait de la malchance …

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La vieille dame qui vit dans sa maison à coté de celle de mon fils à Tokyo doit, à en juger de loin, avoir au moins 95 ans. Chaque fois que je séjourne à Tokyo je l’observe quand je vais fumer ma cigarette dans ce que l’on peut appeler le « jardin » de la maison de mon fils. Cette vieille, très vieille dame sort parfois pour étendre sa lessive sur les barres en acier inoxydable disposées sur des potences devant son logement, une cigarette à la bouche. Si elle détecte ma présence parce qu’elle est presque complètement sourde, elle me salue, « konichiwa », et m’explique en japonais, que naturellement je ne comprends pas, que le temps est probablement beau, ou froid ou humide …

Le soir, comme je suis moi-même fumeur, j’ouvre la fenêtre de la pièce où je dors sur un futon mais ne fume jamais dans cette chambre ni nulle part à l’intérieur de la maison, et de lourdes effluves de fumée de cigarette envahissent cette pièce précisément au moment où cette très vieille dame envisage d’aérer sa maison avant de s’endormir devant sa télévision. Elle fume deux paquets de cigarettes par jour et n’en est pas moins active puisqu’elle peint toujours des tableaux qui ont un franc succès international.

Vous vous demandez où je veux en venir parce qu’après tout, l’existence même de cette vieille dame n’a pas grand intérêt. En réalité la relation de cause à effet entre le fait de fumer et l’apparition de cancers du poumon a été remise en cause, en partie seulement – ne me faites pas dire ce que je n’ai pas dit – dans une étude réalisée à la faculté de médecine de la Johns Hopkins University. Près des deux tiers des cancers sont dus à des mutations spontanées de l’ADN des cellules en perpétuelle division dans notre corps. Le foie, les reins, le pancréas, les poumons, les intestins et bien d’autres organes se régénèrent en partie au cours de la vie à partir de cellules non différenciées existant dans ces dits organes. Comme les bactéries ou les virus ces cellules subissent une pression de mutation constante dont les causes peuvent être externes comme par exemple des radiations ionisantes, rayons cosmiques, radioactivité naturelle et artificielle, rayons X ou ultra-violets, des agents chimiques externes (c’est le cas de la fumée de cigarette) mais aussi et surtout, et c’est là que réside la « malchance », des erreurs de copie de l’ADN lors d’une division cellulaire conduisant à une cellule cancéreuse qui va se multiplier anarchiquement. L’organisme dispose de moyens de défense pour se débarrasser en permanence des cellules monstrueuses apparues n’importe où dans le corps en mettant en œuvre des lymphocytes sentinelles. Il arrive parfois, et c’est de la vraie malchance, que les mutations ponctuelles entrainent l’apparition de cellules qui ne sont plus reconnues par notre système immunitaire et alors un cancer apparaît …

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La « malchance » du cancéreux se situe donc à deux niveaux, une accumulation de mutations délétères et un mauvais fonctionnement du système immunitaire. Cette vieille Japonaise, fumeuse compulsive depuis de nombreuses années, dispose-t-elle des bons systèmes de défense ? Nul ne le sait précisément. Les études comparatives entre l’incidence de cancers de l’intestin grêle et du colon (voir l’illustration tirée de l’article paru dans Science, ci-dessous) ont montré que la fréquence plus élevée d’apparition de cancers du colon était directement liée à la plus importante fréquence de division des cellules souches de ce tissu. Certains types de cancers, sein, prostate, échappent encore à cette corrélation entre vitesse de division cellulaire et apparition de cancer mais dans ces deux derniers cas, les facteurs génétiques ne peuvent être niés. On pourrait ajouter à cette étude les cancers d’origine virale puisque dans tous les cas il s’agit d’une perturbation profonde de l’ADN induite par la présence du virus, un exemple bien connu étant celui du papillome.

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Mais revenons à cette vieille Japonaise fumeuse. L’étude parue dans la revue Science montre que pour les cancers du poumon le risque est augmenté d’un facteur 18 par la cigarette. L’échelle de la figure est logarithmique et peut être trompeuse mais elle indique que 75 % des risques de cancer du poumons sont dus à la cigarette, en d’autres termes ce risque est multiplié par la proportion de fumeurs dans une population donnée divisée par le nombre total de cancers du poumon. C’est dans cette approche de calcul statistique un peu à l’emporte pièce sinon spécieuse que réside la faiblesse de cette étude. En effet il est difficile d’évaluer les éventuels effets synergiques d’un composé chimique de la fumée de cigarette et les erreurs spontanées au cours du processus de copie de l’ADN. Il n’est en effet pas possible d’exclure ce type de synergie. De plus certaines estimations du taux de renouvellement des tissus font appel à des calculs parfois complexes ne reposant sur aucunes données expérimentales tangibles. Par exemple, parmi les 4 principaux cancers, sein, prostate, poumon et œsophage, le risque pour ce dernier tissu est de 0,51 % sur une vie, en d’autres termes et statistiquement on court une chance sur deux cent de souffrir d’un cancer de l’oesophage au cours de la vie. La vaste majorité des cancers de l’oesophage se répartit entre adénocarcinomes et carcinomes squameux, 38 % étant des carcinomes à cellules squameuses. L’incidence d’apparition de ce type de cancer au cours de la vie est donc de 0,0051 x 0,38 = 0,001938. Comme l’oesophage mesure de 18 à 25 centimètres de long avec un diamètre de 2 à 3 centimètres, la surface interne est donc d’environ 172 cm2. L’aire d’une cellule squameuse de la couche basale de l’épithélium de l’oesophage est de 80 micron2 et comme la fraction de cellules souches de la couche basale de l’épithélium a été estimée être de 0,4 %, il y a donc 0,21 milliard de cellules basales et parmi celles-ci 0,86 million de cellules souches. La muqueuse oesophagienne comporte environ 15 couches de cellules, le nombre total de cellules épithéliales est donc estimé à 3,24 milliards. À partir de ces données un peu ardues on a pu estimer que le temps de renouvellement de la couche la plus externe de cellules de l’épithélium est de 21 jours. Ce genre de calcul a été appliqué à tous les tissus étudiés au niveau des 31 cancers (voir le graphique) considérés dans cette étude. On peut en déduire que cette étude comporte donc un certain nombre d’approximation d’autant plus que curieusement les trois principaux cancers répandus dans la population occidentale, n’ont pas été inclus dans ce détail d’estimation, sein, prostate et poumon. Voir le lien : http://www.sciencemag.org/content/suppl/2014/12/31/347.6217.78.DC1/Tomasetti_SM.pdf

Néanmoins cette étude met l’accent sur la nécessité de développer des moyens de détection précoce (s’il en existera un jour) de l’apparition de cellules cancéreuses afin de circonscrire aussi tôt que possible par les techniques existantes (chimiothérapie, rayonnements ou chirurgie) le développement de tumeurs. Mais de toutes les façons on est encore très loin de pouvoir traiter tous les cancers car il s’agit malheureusement pour deux tiers d’entre eux du résultat d’un processus naturel que nous ne pouvons pas contrôler, pas très rassurant …

Source et illustrations : Johns Hopkins University News et Science ( DOI: 10.1126/science.1260825 )

Sommes-nous tous des extraterrestres ? Peut-être …

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Il s’agit d’une réflexion vers laquelle je suis souvent revenu personnellement depuis ces longues conversation inoubliables avec Francis Crick (Prix Nobel de Médecine 1962) qui pensait que la panspermie (voir note en fin de billet) devait être une hypothèse à ne pas écarter dans le cadre d’une approche globale de la biologie avec pour principale préoccupation l’explication de l’apparition de la vie. En effet, si on observe non pas l’Univers mais simplement notre petite planète bleue, la seule explication plausible à la présence d’éléments chimiques « lourds » comme le silicium ou encore le fer et jusqu’à l’uranium sur la Terre est que le système solaire est le résultat de l’explosion d’une super-nova c’est-à-dire une étoile qui existait avant le Soleil et dont ce dernier n’est qu’un vestige entouré de matière disparate constituée de quelques concrétions significatives comme les planètes et d’une nuée de « poussières » constituant la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort qui s’étend jusqu’à presque la moitié de la distance séparant le Soleil de son plus proche voisin, Alpha du Centaure.

Puisque l’Univers date de 13 milliards d’années selon la théorie du Big-Bang et que le système solaire ne date « que » de 5 milliards d’années environ, en 8 milliards d’années il a pu se passer bien des choses autour de l’étoile qui finit par exploser en emportant tout sur le passage de l’onde de choc provoquée par cette explosion et en donnant naissance au système solaire. En écrivant ce texte, je suis assis sur un balcon orienté plein sud et je vois Sirius, la deuxième étoile la plus proche du Soleil après Alpha du Centaure, s’élever lentement à l’est. Entre ces trois étoiles, le vide, rien que le vide et un intense trafic de particules venues de nulle part et allant également nulle part.

Rien ne permet d’exclure que l’étoile qui donna naissance au système solaire en explosant n’ait pas aussi été entourée d’une ou plusieurs planètes favorables à l’apparition de la vie, en 8 milliards d’années il s’est en effet passé beaucoup de choses, je le répète, et comme la vie telle que nous la connaissons sur notre planète Terre repose sur un pilier incontournable, à notre échelle et selon nos observations, la présence d’acides nucléique, ADN ou ARN, le support génétique de la vie, comment ne pas exclure sinon prouver que l’ADN de formes de vie précédant la vie sur la Terre depuis plusieurs milliards d’années ait pu être capable d’ensemencer notre planète pour qu’une nouvelle vie y apparaisse ? Parce qu’après tout quand cette étoile explosa et volatilisa ses planètes éventuellement porteuses de vie, rien ne prouve que des fragments de ces dernières n’aient pas été soufflés par l’explosion en emportant avec eux des traces de vie.

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Cette hypothèse de la panspermie n’est pas du tout invraisemblable. Cependant l’ADN n’est pas une molécule très résistante aux conditions extrêmes de températures et de radiations mais on peut imaginer que la vie sur Terre ait « réapparu » en un peu plus d’un milliard d’années à partir de fragments d’ADN ayant échappé à l’anéantissement et se retrouvant sur la Terre dans la « bouillie primordiale » (expérience de Miller-Urey, 1952) pour catalyser une nouvelle apparition de la vie. L’une des missions de la sonde Rosetta n’est-elle pas de tenter de retrouver des molécules chimiques complexes dont la structure ne peut pas être expliquée autrement que comme les restes de formes de vie. Par exemple on trouve dans le pétrole des hydrocarbures cycliques complexes qui proviennent des pigments impliqués dans la photosynthèse. L’ensemencement de la Terre par de l’ADN aurait donc pu subvenir par les retombées de fragments solides après que notre planète se fut suffisamment refroidie pour devenir compatible avec la vie, soit un bon milliard d’années après la constitution du système solaire sur les restes de l’explosion de la supernova ancestrale. Encore fallait-il que cet ADN ait résisté à ces évènements extrêmes …

C’est de manière tout à fait inattendue qu’une équipe de chercheurs de l’Université de Zürich, en collaboration avec diverses équipes universitaires allemandes a apporté une petite vraisemblance à la panspermie dont était adepte Francis Crick et dont je viens de décrire le processus qui est d’ailleurs valable aussi pour la planète Mars. Il s’est agi de profiter de fusées-sondes encore utilisées pour de nombreuses études de la haute atmosphère jusqu’à des altitudes de 250 kilomètres. Lors de l’ascension et de la retombée vers le sol, le bouclier protégeant les instruments de mesure embarqués s’échauffe par friction avec les gaz constituant l’atmosphère, un genre de simulation de l’entrée dans les hautes couches de l’atmosphère des météorites, à la seule différence près que la vitesse d’entrée des météorites est de l’ordre de 20 km par seconde alors qu’une fusée sonde atteint au mieux une vitesse de l’ordre de 1 km par seconde mais l’expérience de résistance de l’ADN dans ces conditions valait tout de même le coup d’être tentée. À divers endroits de l’ogive de protection de la fusée de l’ADN a été badigeonné et après récupération de la fusée, cet ADN a été soigneusement prélevé et analysé. Il s’agissait d’un petit morceau d’ADN circulaire appelé dans le jargon scientifique un plasmide codant pour deux informations facilement détectables expérimentalement, une résistance à la kanamycine, un antibiotique communément trouvé dans le sol, donc en fait le gène de l’enzyme capable de détruire la kanamycine, et le gène d’une protéine fluorescente. Le plasmide présentant la propriété de pouvoir pénétrer à l’intérieur d’une cellule vivante, le test d’intégrité de l’ADN après sa promenade dans les hautes couches de l’atmosphère et son retour vers le sol fut donc facilement obtenu.

Cette expérience assez simple décrite dans PlosOne en libre accès ( DOI: 10.1371/journal.pone.0112979 ) a montré que l’ADN était remarquablement résistant alors que, dans des conditions similaires, des bactéries sous forme de spores ne résistaient pas à un tel traitement. L’endroit le plus propice pour retrouver jusqu’à 60 % d’ADN fonctionnel était l’anfractuosité des boulons reliant l’ogive de protection au corps de la fusée. Quand on a vu l’aspect de la comète Churyumov-Gerasimenko révélée par la sonde Rosetta, on peut sans hésitation imaginer que de l’ADN provenant de formes vivantes (hypothétiques) ayant existé avant l’explosion de la supernova qui donna naissance au Soleil ait pu subsister dans un recoin de cette comète depuis plus de 5 milliards d’années …

Finalement nous sommes peut-être tous des descendants d’ extraterrestres n’en déplaise aux créationistes.

Note : La panspermie est une hypothèse proposant que des formes de vie microscopiques peuvent survivre à l’intérieur de débris éjectés dans l’espace après un événement cataclysmique. Lorsque ces débris retombent sur une planète hospitalière alors la vie réapparaît avec le processus d’évolution qui lui est associé (Wikipedia).

Découverte du « troisième homme » grâce à l’ADN

Qui n’a pas vu au moins une fois le géantissime film de Carol Reed (1949) « Le Troisième Homme » avec Orson Welles dans le rôle principal de celui qui est mort et enterré et qui réapparaît presque magiquement. Un chef-d’oeuvre du film noir avec une fantastique poursuite dans les égouts de Vienne ! En paléoanthropologie le « troisième homme » européen vient d’être identifié avec l’appui des puissantes techniques de séquençage de l’ADN. Le fossile en question ayant permis cette découverte a été appelé Kostenki 14 et il a été trouvé en 1954 lors de fouilles extensives réalisées sur un site qui semble avoir été occupé par l’homme pendant des dizaines de milliers d’années entre les périodes glaciaires qui se sont succédé en Europe après que l’homme moderne ait émigré d’Afrique. Ce site a été occupé avant le maximum glaciaire (26500-20000) puis réoccupé après le dernier âge glaciaire récent (13000-10000). Le fossile Kostenki 14 du nom de la localité de Russie occidentale où il a été découvert a été daté entre 38700 et 36200 années avant notre ère, donc avant la période glaciaire dite du Würm. Cette période glaciaire du Würm a été traversée par des épisodes plus chauds qui ont donc modulé l’occupation humaine dans ce site de Kostenki. Ceci prouve que l’homme moderne a survécu à la dernière grande glaciation et qu’il n’a cessé d’occuper une grande partie de l’Europe alors que l’homme de Neandertal avait occupé ces mêmes lieux et les occupait encore.

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Le séquençage du génome de l’homme de Kostenki (14) est donc l’un des plus anciens d’hommes modernes avec celui de l’adolescent de Mal’ta datant de 24000 ans et découvert près du lac Baïkal. L’ADN du garçon de Mal’ta présente des homologies très étroites avec celui de l’homme de Kostenki. Le garçon de Mal’ta est plus proche de l’homme de Kostenki que des hommes modernes qui ont atteint l’Asie de l’Est. Les Eurasiens se sont donc dispersé sur cet immense territoire en au moins trois populations distinctes avant la glaciation du Würm c’est-à-dire avant 36000 ans : les Eurasiens de l’ouest (Kostenki), les Asiatiques de l’Est et un troisième homme mystérieux, tous trois issus originellement d’Afrique mais dont la différenciation constitua les traits uniques de leurs descendants non africains. Cette différenciation eut lieu pourtant après une certaine hybridation avec les hommes de Neandertal qui étaient les premiers occupants des lieux. Cette méta-population en terme spatial occupa donc l’Eurasie pendant au moins 30000 ans, se mélangea puis se fragmenta à nouveau à l’occasion des périodes glaciaires et également à la suite de progrès techniques leur donnant la possibilité de s’étendre plus rapidement comme par exemple l’amélioration des techniques de chasse.

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Ce pool génétique d’Eurasiens plutôt stable génétiquement fut finalement profondément modifié par l’arrivée des populations du Moyen-Orient qui apportaient avec eux les techniques de l’agriculture il y a 8000 ans. Le génome de Kostenki contient un petit pourcentage de gènes neandertaliens comme d’ailleurs celui du garçon de Mal’ta, ce qui prouve que l’Homme moderne se mélangea très tôt avec l’homme de Neandertal. Cet événement a pu être daté par les techniques de « datation » génétique consistant à quantifier les SNPs (single nucleotide polymorphism) et ce croisement entre l’homme de Neandertal et l’homme moderne eut lieu il y a 54000 ans c’est-à-dire avant que les sous-groupes de populations eurasiennes se séparent. Ce résultat signifie que les Eurasiens, depuis la Scandinavie à la Chine et les Amériques ont tous un petit élément d’information génétique provenant de l’homme de Neandertal !

Cependant, cette étude montre que le mélange homme moderne-Neandertal ne se reproduisit plus jamais ensuite alors que ces « cousins » cohabitèrent encore plus de 10000 ans sur les mêmes territoires. C’est une sorte de mystère qui ne sera peut-être jamais élucidé. Les précédentes études ont montré que l’ADN mitochondrial des hommes modernes exclusivement transmis par la mère ne contenait aucune trace de celui des neandertaliens, ce qui tendrait à prouver que seule la descendance mâle issue du croisement entre Homo sapiens sapiens et l’homme de Neandertal était viable et fertile ou encore que la descendance femelle (féminine) était stérile.

Bref, tout semble compliqué mais cette récente étude sur le génome de l’homme de Kostenki montre également un fait tout à fait nouveau et troublant, la présence d’un troisième homme dans cette saga de nos ancêtres très lointains. L’ADN de l’homme de Kostenki renferme une petite séquence que l’on retrouve aujourd’hui chez des habitants du Moyen-Orient, les descendants de ces agriculteurs qui essaimèrent en Europe il y a 8000 ans. Comment se fait-il que l’homme de Kostenki aux mœurs et comportements de chasseur-cueilleur ait pu avoir des contacts avec ces peuples 28000 années auparavant (36000 – 8000) ?

D’une manière ou d’une autre il y eut donc avant même la dispersion en Eurasie des divers groupes qui peuplèrent ces immenses contrées un contact bref mais dont il reste des traces dans l’ADN avec une peuplade venant du Moyen-Orient peut-être bien avant cette date de 36000 ans avant notre ère et qui restèrent isolés plusieurs dizaines de milliers d’années par la suite. Peut-être s’agissait-il de petits groupes d’individus vivant dans des sortes de poches isolées comme par exemple les montagnes de Zagros en Iran et en Irak. Par un concours de circonstances inconnues il y eut un contact probablement bref entre ces populations et les chasseurs-cueilleurs du nord de la Mer Noire actuelle. Il faut bien garder en mémoire que ces évènements qui conduisirent à ces mélanges génétiques tout à fait imprévus se déroulèrent au cours de plusieurs dizaines de milliers d’années et il n’est pas difficile d’imaginer que compte tenu des oscillations climatiques à un moment ou à un autre une rencontre inattendue ait pu avoir lieu en laissant des traces à jamais inscrites dans l’ADN. Peut-être que cette étude a enfin élucidé le mystère du « troisième homme » et du mélange génétique dont nous sommes, nous Eurasiens, tous issus.

Source et illustrations : University of Cambridge News desk.

L’archéologue Mikhail Mikhaylovich Gerasimov découvrant le crâne de l’homme de Kostinki en 1954. Crane de l’homme de Kostinki.

L’emblématique monarque migrateur : une énigme enfin résolue

Monarch butterflies fly at the El Rosario butterfly sanctuary in Michoacan

Cette illustration montre des monarques (Danaus plexippus) dans le sanctuaire pour papillons d’El Rosario dans les montagnes du Michoacan (février 2011, Reuters). Ces papillons sont un peu comme les oiseaux migrateurs, il partent en villégiature l’été dans le nord des Etats-Unis et au Canada et reviennent tous dans une toute petite région du Mexique pour profiter des douceurs de l’hiver. Il y a aux Canaries un monarque en tous points semblable (pas tout à fait, on va le découvrir) à ses proches cousins américains qui est sédentaire. D’ailleurs pourquoi prendrait-il la peine de se fatiguer à parcourir des milliers de kilomètres puisque dans les Îles Canaries il n’y a pas de saisons mais seulement un long printemps avec des fleurs toute l’année, pour preuve cette photo prise le 30 septembre dans les rues de Santa Cruz de Tenerife :

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Je ne vais pas encore une fois parler des Canaries, non, mais du monarque, de celui qui effectue cette migration monstrueuse de 5000 kilomètres et ce n’est que ce monarque d’Amérique du Nord qui effectue cette migration et pas les autres. Et cette différence dans les comportements respectifs de différents monarques est plutôt énigmatique. Le fait qu’il n’y ait pas d’hiver à l’île Maurice où on trouve aussi des monarques ou encore en Nouvelle-Calédonie et au Vanuatu où il n’y a pas d’hiver non plus n’est pas une raison suffisante. La raison pour laquelle le monarque d’Amérique du Nord migre chaque année (le monarque vit environ 4 ans) se devait d’être expliquée et c’est ce qui a été finalement réalisé en procédant au séquençage des génomes de monarques de plusieurs régions du monde par une équipe de biologistes de l’Université de Chicago.

La larve du monarque, une chenille comme pour tous les papillons, se nourrit exclusivement sur l’asclépiade, une plante justement présente dans les îles Canaries. Pour l’anecdote cette plante (Asclepias) synthétise un alcaloïde appelé cardenolide qui est un stéroïde provoquant à très faibles doses un arrêt cardiaque chez les vertébrés. Cette famille de molécule comprend également la digitaline, d’où l’usage immémorial de la digitale pour se débarrasser de ses meilleurs amis. La larve du monarque tolère le cardenolide qu’elle stocke comme arme de défense et c’est la raison pour laquelle elle n’a que très peu de prédateurs. La décroissance du monarque nord-américain est attribuée à l’usage d’herbicides qui ont détruit une grande partie des asclépiades tant dans les fossés des routes qu’en bordure des cultures. Une campagne de réintroduction de cette plante a été entreprise par des associations de protection du monarque mais ce n’est pas l’objet de ce billet.

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Revenons donc au monarque nord-américain qui n’a qu’assez récemment envahi les îles du Pacifique Sud, de l’Océan Indien et de l’Océan Atlantique dont justement les Canaries. L’équipe du Docteur Kronforst de l’Université de Chicago a entrepris de mettre les choses au clair en procédant au séquençage des génomes de 89 monarques y compris bien sûr celui d’Amérique du Nord pour tenter de trouver une différence qui puisse expliquer cette divergence de comportement migratoire. La présence de monarques dans les îles des Océans Pacifique et Atlantique était supposée relativement récente, il n’en est rien selon les résultats de cette étude génétique. Il semblerait au contraire que les papillons, pour des raisons inconnues et qui restent à préciser aient progressivement atteint les Açores puis Madère et les Canaries où ils sont restés et devenus sédentaires. Pour les autres océans, c’est un peu plus compliqué à expliquer si on considère que le monarque est bien originaire de l’Amérique du Nord, Mexique compris, car l’immensité de l’Océan Pacifique paraît infranchissable pour ce papillon et à plus forte raison pour l’Océan Indien encore plus éloigné. En réalité le monarque est bien un papillon originaire des régions tropicales d’Amérique Centrale, mais qu’est-il donc arrivé pour qu’il se mette à migrer ? Ce n’est pas du tout comme cela que les choses se sont passé.

Par analyse des génomes de ces différents papillons, plus de 500 gènes ont été identifiés comme présentant des différences minimes (SNPs) et il a été possible de reconstruire un arbre phylogénétique très précis :

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Cet arbre en quelque sorte généalogique montre que le monarque est bien originaire d’Amérique Centrale et il a traversé l’Océan Atlantique pour s’établir aux Açores, puis à Madère et aux Canaries. Depuis le Mexique le monarque a traversé l’Océan Pacifique, belle prouesse, pour atteindre Hawaii puis les Samoa, Fiji, la Nouvelle-Calédonie et l’Australie. Ce qui s’est passé après ces migrations a été une forte sélection qui a conduit à une modification génomique profonde concernant le développement musculaire ou encore les fonctions neuronales. Parmi ces modifications il est apparu qu’un unique gène codant pour une espèce particulière de collagène était pratiquement absent chez les monarques migratoires, nommément celui codant pour le collagène IV alpha-1 directement impliqué dans l’efficacité des muscles propulsant les ailes. On savait déjà que les monarques migratoires consommaient moins d’énergie que leurs cousins sédentaires et présentaient également un métabolisme énergétique général beaucoup plus modéré, des caractéristiques leur permettant de voler sur de très longues distances avec des dépenses en énergie modérées. En d’autres termes, quand le papillon n’a plus besoin de migrer, l’efficacité des muscles propulsant les ailes diminue car le gène codant pour ce collagène particulier n’est pas réprimé, en quelque sorte une adaptation moléculaire induite par la sédentarité. Sans entrer dans les détails, le collagène modifié, ou primitivement présent dans le monarque ancestral, favorise une plus grande souplesse des muscles des ailes avec un moindre apport en énergie.

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Au cours de cette étude, la recherche des gènes déterminant la couleur des ailes a aussi été entreprise. Par exemple à Hawaii les monarques locaux (non migrateurs) ont les ailes plutôt claires et non d’un orange soutenu.

L’étude a montré qu’encore dans ce cas un seul gène était impliqué dans cette différence de pigmentation. Curieusement ce gène code pour une protéine faisant partie d’une famille de composants protéiques nécessaires à l’architecture musculaire, ce qui était totalement inconnu. Comment corréler la couleur des ailes du papillon avec ses performances musculaires ? Il semble que cette protéine est aussi nécessaire dans le transport des pigments colorés vers les ailes du papillon. Chez la souris, un gène assez proche de celui du monarque et codant pour la myosine 5a, une protéine présente dans les muscles, affecte la couleur des poils de cet animal. L’étude de ce gène représente donc une nouvelle approche dans l’élucidation de la couleur des insectes.

Pour en terminer et comme je le mentionnais en début de billet, la population de monarques migrateurs a considérablement diminué ces vingt dernières années en passant de près d’un milliard à 35 millions aujourd’hui, une diminution d’un facteur 30 mais parallèlement on a observé une sédentarisation très importante du papillon autour du Golfe du Mexique et d’autres zones de la Caraïbe. Peut-être qu’à terme les monarques migratoires disparaitront mais ce sera probablement pour de simples modifications de l’expression de leur génome, d’une certaine manière une évolution naturelle contre laquelle nous sommes impuissants. Cette constatation remet donc en cause, au moins en partie, l’influence de l’activité humaine sur la modification de l’habitat d’un grand nombre d’espèces animales, une évolution probablement naturelle dans la majorité des cas car la nature n’est pas figée mais évolue sans cesse avec le temps.

Source : Nature (je tiens à la disposition de mes lecteurs l’article de Nature qui n’est pas en accès libre et qui m’a été communiqué par d’aimables contacts universitaires de par le monde)

La douve du foie fait toujours autant de ravages !

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J’ai parlé il y a quelques jours des Demodex, ces acariens microscopiques vivant dans les glandes sébacées, ce sont des parasites presque externes qui ne modifient en rien le fonctionnement interne du corps. Par contre il existe une multitude de parasites internes par exemple de la famille des ténias ou des douves, pour n’en citer que deux mais il ne faut pas oublier de mentionner le Plasmodium de la malaria qui est aussi classé parmi les parasites. Bref, si on se limite à un ténia particulier comme l’échinocoque (Echinococcus multilocularis) il se fixe préférentiellement dans le foie et la parasitose se termine par un cancer mortel du foie. Ce parasite redoutable est transmis par le renard qui s’est au préalable nourri de rongeurs infestés et l’homme constitue l’hôte final dont il mourra à coup sûr. L’échinocoque est toujours présent en Europe et sur le pourtour méditerranéen. Il est cependant très difficile d’établir une épidémiologie précise car il faut parfois plus de 20 ans pour que se développe le cancer final du foie après avoir par exemple mangé des myrtilles sur lesquelles un renard infesté avait uriné. Il s’agit là de l’un des modes de transmission les plus connus.

Pour ce qui concerne encore le foie, il y a donc aussi les parasites de la famille des douves dont on connait le cycle de développement au moins pour l’une d’entre elles, l’Opisthorchis (voir le schéma, CDC) qui provoque des tumeurs de l’arbre biliaire également fatales :

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L’infestation se fait communément en mangeant du poisson cru vivant dans des rivières ou des bassins où se trouve également un escargot faisant partie du cycle de reproduction de cette douve qui peut atteindre deux centimètres et demi de long et un demi centimètre de large, l’horreur ! puisqu’il peut y en avoir plusieurs bien au chaud à l’intérieur du foie :

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Une étude réalisée au sein d’une collaboration internationale entre les Universités de Singapour, de Khon Kaen en Thaïlande, de Melbourne et d’autres instituts de recherche a permis d’élucider le génome de ce parasite et de préciser le mécanisme conduisant à l’apparition de cancer. On estime en effet que plus de cent millions de personnes sont porteuses de ce parasite en particulier en Thaïlande, Laos, Cambodge, Vietnam mais aussi en Chine, en Malaisie et en Indonésie. Il n’existe pas de traitements efficaces homologués pour éradiquer le parasite et les sujets infestés sont condamnés à une mort prématurée certaine s’ils ne sont pas éventuellement traités à temps avec le seul médicament disponible appelé Praziquantel également efficace contre l’Échinocoque mais dont l’usage est plutôt réservé aux vétérinaires car il n’existe pas ou peu de données sur la pharmacologie de ce produit dont on connait mal le mode d’action.

L’élucidation du génome de ce parasite pouvait constituer la base d’une connaissance approfondie de son métabolisme dans la bile, un environnement particulièrement hostile contrairement au sang qui est peut-on dire un milieu physiologique satisfaisant. La bile contient à plus de 80 % des détergents puissants dérivés du cholestérol, l’un des plus connus étant l’acide cholique, il s’agit donc d’un liquide plutôt hostile mais l’Opisthorchis viverrini s’en accommode et la connaissance du génome complet du parasite a permis non seulement de faire avancer la connaissance sur le mécanisme oncogène mais a apporté de précieux renseignements sur le métabolisme afin de développer de nouveaux produits permettant d’atteindre des traitements plus adaptés.

Brièvement le génome de l’Opisthorcis (11 paires de chromosomes) comporte 634 millions de paires de bases codant pour 16379 protéines. Plusieurs centaines de ces protéines sont des enzymes particulièrement adaptés au substrat que constitue la bile, un milieu riche en acides gras, en lipoprotéines de diverses densités et très riche en acide cholique. De plus l’Opisthorcis sécrète des protéines spéciales qui lui permettent de se nourrir partiellement en attaquant les cellules de l’épithélium de l’arbre biliaire appelées cholangiocytes. C’est en endommageant ces cellules qu’apparaissent des réactions inflammatoires qui vont conduire à l’apparition de cellules cancéreuses favorisée par l’expression perturbée par la présence du parasite de gènes codant pour des protéines appelées proto-oncogènes. L’illustration tirée de l’article paru dans Nature ne peut pas mieux résumer ce qui se passe au niveau des canaux biliaires (DOI: 10.1038/ncomms5378) :

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Cette étude va peut-être permettre de mettre au point des médicaments ciblant les enzymes de la douve lui permettant de survivre dans la bile ou d’interférer avec les autres protéines également produites par ce parasite qui présentent des propriétés oncogènes. Pour les curieux, une douve comme l’Opisthorcis peut vivre jusqu’à 15 ans dans le foie, un véritable animal de compagnie !

Sources : Université de Singapour : http://www.a-star.edu.sg/Media/News/Press-Releases/ID/3316/ , Nature. Voir aussi :http://www.plosmedicine.org/article/info:doi/10.1371/journal.pmed.0040201