Retour sur les tardigrades

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Il y a quelques mois j’avais écrit un billet sur les tardigrades (voir le lien) dans lequel il était fait mention d’une controverse au sujet de leur patrimoine génétique. Inutile de rappeler ici ce qu’est un tardigrade car l’objet de ce présent billet tente de trouver une explication aux propriétés d’extrème résistance de ces animalcules. Une équipe de biologistes de l’Université de Tokyo dirigée par le Docteur Takekazu Kunieda a réalisé le séquençage de l’ADN du tardigrade Ramazzottius varieornatus particulièrement résistant aux radiations ionisantes et à la dessication totale. Afin d’expliquer les mécanismes de résistance remarquables de ces petits acariens ils ont ensuite étudié l’expression des gènes induite par les conditions extrêmes et les résultats obtenus sont tout à fait surprenants.

Le premier résultat global est la séquence finale du génome complet de ce tardigrade qui code pour 19521 gènes. Un peu plus de 50 % de ces gènes présentent des similitudes avec ceux des autres métazoaires et 40 % sont uniques aux tardigrades. Pour le reste il reste encore quelques incertitudes résultant probablement de traces de contaminations à hauteur de seulement 1,8 % et enfin une centaine de gènes effectivement exprimés par le tardigrade sont le résultat d’un transfert horizontal, c’est-à-dire provenant de virus, de champignons ou de bactéries. Il faut garder à l’esprit que le tardigrade vit dans l’eau et se nourrit de détritus. il est donc exposé dans son milieu naturel à toutes sortes de microorganismes.

La partie la plus intéressante de ces travaux de recherche est la présence chez le tardigrade de toute une série d’activités enzymatiques qui le protègent des phénomènes d’oxydation apparaissant lors de la dessication ou à l’exposition aux radiations ionisantes. Les enzymes très présents sont ceux qui détruisent l’eau oxygénée apparaissant lors de la dessication. D’une part le tardigrade dispose de deux fois plus de l’enzyme appelé superoxyde-dismutase qui détruit l’eau oxygénée, un poison mortel pour les cellules, que n’importe quel autre métazoaire, y compris l’homme ! Il possède également plusieurs formes de certains enzymes de réparation de l’ADN ou de la chromatine alors que par exemple chez l’homme ces activités particulières n’existe que sous une seule forme.

Mieux encore, toutes les voies métaboliques de dégradation existant normalement dans les cellules et pouvant faire apparaître de l’eau oxygénée chez les métazoaires, y compris l’homme, sont réduites à leur plus simple expression ou ont totalement disparu chez le tardigrade afin qu’il soit mieux protégé contre le stress dit oxydatif. De plus le tardigrade a mis au point des systèmes qui protègent son équipement en protéines de la coagulation à la chaleur (le tardigrade supporte allègrement des températures de plus de 100 degrés) et de la dénaturation lors de dessication extrême, des protéines uniques dans le monde vivant. Enfin au niveau des mécanismes de protection de l’ADN, le tardigrade exprime à des niveaux records une protéine spéciale qui compacte le complexe ADN-chromatine lors de la multiplication cellulaire, une protéine qui existe aussi chez les cellules embryonaires y compris d’origine humaine et dont le rôle, pour faire bref, est d’éviter à la cellule de faire n’importe quoi lors d’une division. Cette protéine particulière protège l’ADN efficacement lors d’un traitement avec des radiations ionisantes en favorisant l’intervention des activités enzymatiques de réparation de l’ADN.

Pour le tardigrade la nature a admirablement bien fait les choses …

Source : Nature en accès libre, doi : 10.1038/ncomms12808 Illustration (Nature) : tardigrade dans des conditions normales, à droite tardigrade déshydraté. Les traits symbolisent 100 microns.

https://jacqueshenry.wordpress.com/2015/12/14/la-controverse-du-tardigrade/

La controverse du tardigrade

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Avant d’exposer la controverse qui est le sujet de ce billet il faut rappeler brièvement ce qu’est un tardigrade. C’est peut-être la créature à huit pattes, un peu comme les acariens, la plus communément répandue dans le monde, de l’Arctique à l’Antarctique, dans les déserts brûlants et secs, les très hautes montagnes et les profondeurs des abysses, ici Hypsibius dujardini, rien à voir avec l’acteur de cinéma ! Non seulement ces bestioles résistent à la dessiccation quasi totale mais elles peuvent être plongées dans de l’hélium liquide ( -272 °C) ou dans un four à 149 °C, elles résistent toujours (elles se moquent des changements climatiques), ou être soumises à des radiations ionisantes plusieurs centaines de fois plus élevées que les doses létales pour l’homme, elles résistent encore. Ce sont les êtres vivants autres que les bactéries les plus vieux sur Terre puisqu’on en a identifié dans des roches datant de plus de 600 millions d’années. Le tardigrade est opportuniste et se nourrit de plantes, de lichens et de détritus microscopiques d’origine animale pour atteindre une taille d’environ un demi-millimètre. Voilà pour le tardigrade.

La controverse qui a agité le monde scientifique ces dernières semaines a en réalité été provoquée par les machines de séquençage de l’ADN qui lisent ce qu’on veut bien leur donner à lire. En effet l’un des points les plus critiques de cette technologie est la préparation de l’échantillon d’ADN car l’une des premières étapes consiste à amplifier cet ADN et si l’échantillon est contaminé alors ces contaminations sont également amplifiées. Il est donc nécessaire d’être absolument certain que l’échantillon est « propre » avant de tirer des conclusions hâtives depuis les résultats recrachés par la machine de séquençage Illumina.

C’est pourtant ce qui est arrivé, et c’est assez fâcheux, à l’équipe de biologistes de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill qui a clamé dans un article des PNAS que le tardigrade avait emmagasiné des milliers de gènes d’origine bactérienne, une exception dans le règne animal, un transfert horizontal massif, du jamais vu (voir le lien).

Une équipe de l’Université d’Edinburgh en Écosse avait aussi travaillé sur la séquence d’ADN du même tardigrade et a publié ses travaux quelques jours après ceux de l’équipe de Caroline du Nord en leur opposant un démenti cinglant (voir le lien en accès libre sur biorxiv.org). L’équipe écossaise dirigée par le Docteur Mark Blaxter a développé un ensemble d’arguments permettant de prouver sans ambiguité que les travaux des Caroliniens étaient lourdement entachés d’erreur.

Il en est ressorti que le génome du tardigrade utilisé, Hypsibius dujardini, comprend 135 millions de paires de bases et peut coder pour 23021 protéines différentes ( http://www.tardigrades.org ), ce qui n’a pas encore été vérifié. Si on se souvient que le génome humain code pour à peine 25000 protéines différentes, il nous faut rester modestes ! La controverse a donc trouvé une issue très rapidement. Le tardigrade est un animalcule plutôt compliqué, possédant un système nerveux et une sorte de squelette constitué de fibres musculaires avec des pattes munies de crochets, un orifice buccal, un tube digestif et des organes reproducteurs. Inutile de souhaiter une longue vie au tardigrade qui a été promu au rang d’animal de laboratoire pour réaliser des études sur l’évolution du développement car son proche cousin est le « ver velours » qu’on ne trouve par contre que dans les régions tropicales, ici un Onichophora, qui ne lui ressemble pas du tout …

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PNAS : DOI : 10.1073/pnas.1510461112

biorxiv en accès libre : http://dx.doi.org/10.1101/033464

Illustrations Wikipedia