Bacterioblog

Pour quelques rats de plus

Publié le 24 septembre 2012 par Benjamin

Pour faire suite à mon dernier billet sur l’étude de G.-E. Séralini, revenons brièvement sur l’une des principales critiques adressée à cette étude: la petite taille des groupes de rats testés (10 par traitement). Il est intéressant de constater que les auteurs ont répondu que l’étude avait coûté assez cher comme ça (soit), et que c’était le standard de l’étude de Monsanto… un peu léger. Ce billet en particulier montre l’importante variance des petites populations; je vous propose une variation sur ce thème avec les mêmes outils, mais sans traitement statistique complexe (et il en faut pour analyser des courbes de survie), juste une illustration des biais engendrés par de petits nombres, ou, en langage peu scientifique, comment un rat qui n’a pas eu de chance dans la vie se remarque plus dans un groupe de 10 rats que de 1000.

Pour les amateurs, voici le code R que j’ai pondu au-dessus de mon café aujourd’hui (on a les loisirs qu’on peut), sans doute rustique, mais avec des commentaires qui pourront en éclairer certains (avant twitter, c’est à cela que servaient les #):

#pour créer les graphiques

par(mfrow=c(3,3))

#réglages des paramètres

#nombre de pas de temps

tmax<-100

#nombre de rats par manip

n<-10

#nombre de manips qui constituent un ensemble (ex: 1 groupe témoin et 3 groupes traités = 4 manips)

m<-4

#probabilité de survie à chaque pas de temps (28% à la fin de l’expérience)

p<-0.28^(1/tmax)

#on met les indices à zéro

i<-0

j<-0

r<-0

t<-0#répétons 9 fois le même ensemble de m manips avec n rats chacune

for (r in 1:9){

#création d’un tableau pour stocker les données de l’ensemble de manips; 1 ligne = 1 rat, 1 colonne = 1 pas de temps; valeur de la cellule = 0 si le rat est vivant, 1 si… vous m’avez compris

experiment<-matrix(0,nrow=(m*n),ncol=tmax)

#création d’un tableau pour stocker le nombre de rats morts pour chaque manip et à chaque pas de temps

total<-matrix(0,nrow=m,ncol=tmax)

#on fait défiler le temps

for (t in 1:tmax){

#on fait défiler les rats

for (i in 1:(m*n)){

#on tire au sort un nombre entre 0 et 1!

x<-runif(1,0,1)

#si le nombre aléatoire est supérieur à p (ce qui a exactement une probabilité 1-p)…

if (x>p) {

#… le rat meurt!

experiment[i,t]<-1

#… et il ne ressuscite pas (il est renseigné comme mort pour les pas de temps ultérieur)

experiment[i,(t:tmax)]<-1

}

i<-i+1

}

for(j in 1:m){

#remplissage du tableau de résultats (nombre de rats morts par manip)

total[j,t]<-sum(experiment[(((j-1)*n)+1):(j*n),t])

j<-j+1

}

t<-t+1

}

#sortie graphique

plot(total[1,], type= »l », lwd=4, col= »black », ylab= »", ylim=c(0,n), xlab= »")

title (main=r, font.main= 4)

lines(total[2,], lwd=2, col= »green »)

lines(total[3,], lwd=2, col= »orange »)

lines(total[4,], lwd=2, col= »red »)

r<-r+1

}

#hop!

Pour chacune des figures ci-dessous, j’ai reproduit indépendamment 9 “expériences”, chacune constituée d’un ensemble de m “manips”, comprenant elles-mêmes n “rats”. Ainsi, dans la première série, une expérience comprend 4 manips de 10 rats, ce qui est exactement le contexte de l’étude de Séralini et al (l’étude comprenait 6 expériences différentes, non regroupables, et qui partageaient le même témoin négatif). En quoi consiste ces expériences? Très simple: on mets des rats dans une cage et on attend qu’ils meurent (le tout virtuellement).

Pour reprendre les données du blog cité ci-dessus, je considère que mes “rats” ont 72% de chance de développer une tumeur (ou de mourir, comme vous préférez) au bout d’un certain temps. J’ai découpé ce temps en 100 pas de temps arbitraires, ce qui signifie qu’a chaque pas de temps mes rats ont une probabilité (100%-72%)^(1/100) de rester indemne (en d’autres termes, à condition de ne pas tirer la boule noire à chaque pas de temps, on peut faire partie des 28% de chanceux à la fin de l’expérience). Je ne crois pas qu’il s’agisse d’un modèle de mortalité très exact (en particulier la probabilité devrait augmenter au cours du temps), mais je m’en contenterai pour aujourd’hui. Je précise que mes 4 groupes de 10 rats ont la même probabilité de mourir à chaque pas de temps, mais il se trouve que chaque groupe porte une étiquette: le témoin négatif (courbe noire), le traitement 1 (ou si vous voulez, un peu d’OGM dans la nourriture, courbe verte), les traitement 2 et 3 (un peu plus d’OGM à chaque fois courbes oranges et rouges respectivement). Vous avez compris que dans cette simulation les groupes sont parfaitement interchangeables, car elle suppose que les OGM dans la nourriture n’ont pas d’impact sur le taux de mortalité. Voyons ce qu’une première simulation donne avec des groupes de 10 rats:

Ogm-fig-1

Mêmes causes, mêmes effets: comme les Control Freaks, on remarque que le taux de mortalité observé varie considérablement d’un groupe à l’autre, en gros entre 40% et 100%, avec au départ la même probabilité de mourir!

Les chercheurs ayant réalisé les expériences n°4, 5 et 8 conclueront peut-être que les OGM ont pour effet d’accélérer la mortalité, ou l’apparition de tumeurs. En revanche, les auteurs ayant travaillé sur l’expérience n°1 (et, dans une moindre mesure, 9) constateraient que seuls les groupes ayant consommé des OGM comportaient encore des survivants à la fin de l’expérience! Les chercheurs du labo n°6, eux, voient que les OGM retardent l’apparition de tumeurs. Les autres seraient bien embêtés, et peut-être ne publieraient pas leurs travaux (difficile de pousser un article avec des résultats négatifs ou non conclusifs), essaieraient peut-être de mijoter une explication à base d’effet non-linéaires en fonction des doses, ou seraient peut-être simplement ignorés car incapables d’apporter une contradiction spectaculaire aux autres groupes (la règle “les résultats les plus médiatiques ont raison” l’emporte sur la règle “le dernier qui a parlé a raison”, même si toutes les deux sont aussi détestables). Passons maintenant à 50 rats, le standard pour les études de carcinogenèse, paraît-il:

Ogm-fig-2

Les courbes se rapprochent, mais ce n’est pas parfait: pendant que j’avais le dos tourné, les chercheurs de l’expérience n°9 ont déjà appelé le Nouvel Obs avec super histoire qui fera la une demain! Essayons avec 250 rats par groupe, pour la simple et bonne raison que 250 est à 50 ce que 50 est à 10:

Ogm-fig-3

Ouf! on n’ira pas au paradis des rats mais on y arrive; nos chercheurs virtuels on pris un forfait au Journal of Negative Results in Biomedicine parce qu’ils n’ont pu montrer aucune effet… et pour cause. On peut même se demander ce que les gens espèrent démontrer avec 10 rats… et encore, par opposition à R, dans la vraie vie la variabilité a bien des sources: les différences entre les rats, les lots d’aliments, les protocoles… La solution à l’ambiguïté des résultats de Séralini est donc simple, du moins sur le papier: des rats, des rats, encore des rats! et d’autant plus que l’effet est subtil! et de l’argent, plein, parce que les animaleries ça coûte cher! et des test statistiques aussi! Je n’ai pas réalisé de test sur ces données (Séralini non plus!) ce qui aurait peut-être permis de montrer que ces biais étaient l’effet du hasard… Mais un test, même s’il aide à sortir des pièges du “on voit bien que” n’est pas une garantie absolue! Rappelons que l’essence d’un test statistique, c’est de supposer que la variable testée n’a pas d’effet, et ensuite de montrer que cette “hypothèse nulle” est peu probable. En biologie, une variable est couramment admise avoir un effet si le test pertinent sur les résultats de l’expérience donne une “p-value” inférieur à 5%, c’est-à-dire que si la variable n’avait pas d’effet en réalité, les mêmes résultats auraient une probabilité de 5% de se produire par le seul effet du hasard…. Ce qui arrive par construction et en moyenne une fois sur 20, et encore, cette moyenne tolère des écarts! Ceci est très bien illustré par xkcd (comme souvent):

Xkcd-significant

Pour finir, une dernière précision: auteur excepté, aucun animal n’a été maltraité pendant cette expérience.

Publié dans Biologie, Science et société | Marqué avec OGM, santé | 33 commentaires

Les OGM sont bons pour la santé

Publié le 23 septembre 2012 par Benjamin

… à condition d’en manger assez! Et le plus étonnant, c’est que c’est la conclusion d’une étude récente de Gilles-Eric Séralini et de ses collaborateurs, dont les médias généralistes ont conclu -avec peu de nuance et un soupçon de chauvinisme– à la nocivité des OGM:

Ogm-1

Avec un peu de chance, vous avez déjà lu des comptes rendus de cette étude et êtes familiers avec son protocole, ce qui m’économisera de l’écriture. Venons-en au fait, et plus précisément aux résultats de l’étude qui me permettent d’écrire que les OGM prolongent la vie des rats:

Ogm-2

L’axe horizontal représente le temps écoulé, en jours; l’axe vertical indique le nombre de rats décédés (un nombre qui par construction est compris entre 0 et 10 et ne peut que croître). La courbe en pointillés correspond au groupe témoin, c’est-à-dire aux rats nourris avec le maïs normal, non OGM. Ainsi, le premier rat de ce groupe est mort un peu avant le jour 500, le deuxième autour du jour 575, etc. Les trois barres verticales représentent l’espérance de vie de ce groupe contrôle (en trait plein), plus ou moins l’écart type (en pointillés). Les histogrammes en haut à gauche représentent les causes de la mort avant cette espérance de vie moins l’écart type (en blanc: toujours vivant; en hachuré, mort naturelle; en noir: euthanasie en raison d’un certain nombre de critères plus ou moins bien définis). Les trois courbes de mortalité en trait plein correspondent aux groupes de rats dans les rations desquels on a incorporé 11%, 22% ou 33% de maïs OGM (par épaisseur de trait croissante). Un résultat discuté dans l’article est que les rats avec 11% d’OGM dans l’assiette commencent à mourir bien plus tôt que le groupe témoin, et les auteurs insistent sur les faibles doses requises pour voir un effet. En revanche, les auteurs ne discutent jamais le fait qu’avec 22% ou 33% d’OGM, les rats meurent plus tard! Il est bien question d’effet dose-indépendant, ce qui est commun pour les effets sur le système hormonal; mais au point d’annuler et d’inverser l’effet? C’est un peu court!

Alors, les OGM prolongent-ils la vie des mâles, à condition d’en manger suffisamment? Je ma garderais bien de le conclure, car à moins avis cette observation ne permet que de souligner une des principales faiblesses de l’article, et pourquoi il ne permet pas de conclure l’inverse: le manque de puissance statistique, que l’on aurait avec des vrais tests du même nom et surtout beaucoup plus de rats. A ce sujet, les auteurs soulignent qu’ils ont utilisé 10 rats par groupe, plus que dans toute autre étude sur les OGM, car ils n’avaient “aucune raison a priori de choisir un protocole adapté à l’étude de la carcinogenèse, qui utiliserait 50 rats par groupe”.

L’étude a d’autres lacunes, déjà soulignées par d’autres; celles qui m’embêtent le plus sont le manque de détails sur le maïs “normal”, des tests complémentaires sur le maïs OGM (mycotoxines, etc.), la composition et le contrôle des rations alimentaires, ou une discussion sur la nouveauté de ces résultats alors que les OGM sont largement utilisés depuis des années. Sur cette ligne, une objection que je trouve très intéressante est que les mêmes animaux de laboratoire mangent des OGM depuis une décennie aux Etats-Unis, et ce sans effet notable sur leur mortalité.

Ce qui m’embête davantage, c’est le traitement extra-scientifique de ces résultats, dans l’article lui-même ou dans la presse:

-généraliser à tous les OGM: la couverture du “Nouvel Obs” en fournit un bel exemple, affirmant que “les OGM sont des poisons”. Il faut tout de même rappeler que l’étude mérite confirmation et ne concerne qu’un OGM très précis, et discute même un potentiel mécanisme d’action propre à cet OGM. Quid des autres OGM, comme ceux produisant de la toxine Bt (un insecticide “naturel” autorisé en agriculture bio)? Ce compte-rendu en particulier fait bondir: il s’agit d’une étude “sans appel”, dont l’intérêt est “confirmé” par le professeur X… co-auteur de l’article, ainsi que par des personnalités politiques qui avaient déjà fait de la lutte contre les OGM leur cheval de bataille… bien peu d’experts indépendants!

-justement, admettre a priori que les auteurs sont indépendants: indépendamment du fait que l’étude a été financée en partie par le CRIIGEN fondé par Corinne Lepage et parla grande distribution (via l’association Ceres), il faut être naïf ou partial pour penser que ses résultats ne bénéficient à personne sur les plans médiatique, économique ou politique (bref, au-delà de la seule science, et sans parler de carrière scientifique). Je ne dis pas que ceux-ci ont été manipulés, mais un peu d’esprit critique serait le bienvenu, surtout au vu du traitement habituellement réservé à Monsanto.

-omettre que ces rats sont sujets aux tumeurs: des photos choc de rats nourris avec des OGM qui arborent des tumeurs plus grosses qu’eux frappe l’imagination, et on en trouve dans l’article lui-même. Ce qu’on ne voit pas en revanche, ce sont des tumeurs de rats nourris avec du maïs non-OGM, ce qui est pourtant arrivé fréquemment. Mais bon, la conclusion que l’on peut avoir des tumeurs énormes en mangeant non-OGM ne fait pas vendre autant de papier… Appel: quelqu’un a-t-il des photos de tumeurs spontanées chez ce rat? N’importe lequel de vos groupes témoins fera l’affaire!

Bref, du buzz et toujours du buzz….

Alors, que faire avec ces travaux? De ce que j’ai lu dans la presse et sur le web, les scientifiques s’étant exprimés sont au mieux sceptiques (il faut reconnaître que beaucoup travaillent sur les biotechnologies végétales, mais par construction c’est là qu’on trouve des experts; cependant, Monsanto n’a pas les moyens de tous les acheter), alors que les personnalités politiques sont soit convaincus (selon leurs attaches), soit interpellés au point de demander une confirmation de ces résultats, ce qui me semble la moindre des choses. Il est intéressant de constater que la communauté financière est restée imperturbable, à l’image du cours de bourse de Monsanto (censé refléter les bénéfices futurs de l’entreprise) qui mercredi dernier, après les premiers échos, a atteint un record depuis mai 2009. L’opinion française, elle, semble convaincue, et je n’imagine pas que cela change dans un futur proche.

Pour ma part, même si je trouve ces résultats un peu gros (au hasard comme des tumeurs de Sprague-Dawley), au pire biaisés, je ne crois pas qu’ils aient été fabriqués de toutes pièces; les conclusions auraient été plus nettes! Je suis bien sûr intrigué par le fait que des millions de gens et d’animaux mangent des OGM depuis des années, et que l’on a pas vu d’explosion des tumeurs en nombre et en taille; les pays utilisant massivement des OGM ne se presseront probablement pas pour les interdire, tandis que la France les interdira davantage. J’attends impatiemment les avis scientifiques sur le sujet, pour commencer dans la correspondance de Nature et Science la semaine prochaine, qui s’annonce animée. Je précise que je ne travaille pas du tout dans l’industrie des biotechnologies et que je n’ai aucun intérêt, financier ou autre, dans l’avenir des OGM et de Monsanto (les radins!).

Edit: ce n’est pas non plus comme si rien n’avait été fait sur le sujet…

Publié dans Biologie, Le monde de la recherche, Science et société | Marqué avec OGM, santé | 12 commentaires

Détournements laborantesques

Publié le 25 février 2011 par Benjamin

Vous avez pu le remarquer à l’occasion, j’aime bien les petites escapades humoristiques que font les chercheurs, probablement parce que j’aime bien savoir qu’ils ne se prennent pas (toujours/trop) au sérieux. Bref, je suis friand des petites parodies concoctées dans les laboratoires!

Ha ça! Vous verrez que pour faire les clowns dans le labo, y a du monde! Ces jeunes, ça chorégraphie, ça répète, ça filme et ça monte, mais pendant ce temps la science n’avance pas! Voici donc ma petite sélection pour animer votre week-end, vaguement par ordre de préférence ; faites chauffer la box, vous allez avoir besoin de bande passante!

Commençons avec une vidéo qui a largement circulé ces dernières semaines, « bad project », inspiré de « bad romance » par Lady Gaga, avec une réalisation remarquable. Petit décryptage : Lady Science aimerait bien finir sa thèse en moins de 5 ans, avoir un métier et une vie. Pour cela, l’idéal serait de publier ses travaux dans Cell, la plus prestigieuse des revues de biologie cellulaire. Mais tout ce qu’elle a sous la main est un « mauvais projet » laissé par un doctorant qui vient de quitter le laboratoire…

httpv://www.youtube.com/watch?v=Fl4L4M8m4d0

Cette fois-ci, c’est lady Gaba, du petit nom de l’acide gamma-aminobutyrique bien connu des neurobiologistes, un neurotransmetteur dont le rôle est d’inhiber les neurones du cerveau. Vous verrez que… hum! ce n’est pas précisément l’inhibition qui caractérise nos jeunes chercheuses! On appréciera également l’addition d’images de neurones et d’oscillogrammes qui donnent une couleur très « recherche » à l’ensemble.

httpv://www.youtube.com/watch?v=amknI7qr25g

Voici maintenant une petite chanson sur l’air de « California Gurls » (sic) de Katy Perry à la gloire des étudiants en pharmacie. Mais ils font de la bactério, des antibiogrammes, alors ça va :

httpv://www.youtube.com/watch?v=UKJ-a3nMqT8

Sur l’air de « short skirt, long jacket » de Cake, une petite romance laborantine… une interprétation de bonne qualité et fidèle à l’original.

httpv://www.youtube.com/watch?v=nSFsUF67rCQ

Voici un détournement de « we R who we R » de Ke$ha, où il est question d’astrobiologie (et donc de procaryotes -otes -otes), avec presque moinsde paillettes et d’auto-tune que dans l’original.

httpv://www.youtube.com/watch?v=tm5BO03EWpI

Encore une reprise de Lady Gaga? L’atmosphère pénitentiaire du clip original est assez bien rendue dans le contexte du laboratoire (sit down! you’re lucky you have a chair! il s’agit bien d’un thésard)… mais la bande son manque un peu de punch (mixage à revoir?).

httpv://www.youtube.com/watch?v=pCv5MUE14N8

Restons dans la même veine, même chanson, mais côté étudiant(es), court vêtues, maquillées comme des voitures volées, mais c’est le style qui veut ça :

httpv://www.youtube.com/watch?v=khBmRuFc_P4

Un grand classique : l’adaptation de « Hotel California » pour un observatoire situé sur une île hawaïenne (j’en avais déjà parlé ici, non?). Musicalement, c’est très fort.

httpv://www.youtube.com/watch?v=XPdTlHK1h_0

Et de la même équipe, « born to heterodyne »!

httpv://www.youtube.com/watch?v=mtQpRkA8yQA

Voici ensuite une chanson illustrée plutôt qu’un clip, au titre parlant : I will survive (grad school).

httpv://www.youtube.com/watch?v=z8eZtnKwGXs

Et pour finir, deux morceaux de rap pédagogiques sur la biologie structurale et la PCR :

httpv://www.youtube.com/watch?v=LVZJsBNLjV0

httpv://www.youtube.com/watch?v=oCRJ4r0RDC4

Si vous avez des suggestions, les commentaires sont ouverts!

Publié dans Le monde de la recherche | Marqué avec humour, recherche, vidéo | 9 commentaires

Les bactéries magnétotactiques, des microbes qui ne perdent pas le Nord (2)

Publié le 24 février 2011 par Benjamin

Dans la première partie de ce billet, nous avions vu que les bactéries magnétotactiques (MTB) orientaient leur mouvement en fonction du champ magnétique terrestre, grâce à la combinaison de leur flagelle et de leurs magnétosomes se comportant exactement comme une boussole. En revanche, vous avez dû rester sur votre faim en ce qui concerne les raisons qui poussent les bactéries à agir ainsi, ou, dans un langage plus policé, les pressions évolutives qui ont sélectionné une telle propriété.

Comme dirait un physicien, les bactéries magnétotactiques se déplacent le long des lignes de champ magnétique, que l’on peut matérialiser au moyen d’un aimant et de limaille de fer :

Or, pour une bactérie le champ magnétique le plus significatif est le champ terrestre, équivalent à celui généré par un dipôle orienté Nord-Sud (surprise!) qui se situerait au centre de la Terre. Les lignes de champ se dessinent donc ainsi autour du globe :

Et c’est là que réside l’astuce, que vous avez peut-être déjà devinée en voyant le barreau aimanté et la limaille de fer : lorsque l’on est dans l’hémisphère Nord, suivre une ligne de champ vers le Nord ce n’est pas seulement aller vers le Nord, c’est aussi… descendre! L’intérêt des MTB serait-il de changer d’altitude plutôt que d’aller vers un des pôles?

On commence à le subodorer si l’on observe que dans l’hémisphère Nord les MTB « cherchent » le Nord (leur objectif final n’est donc pas de suivre une ligne de champ), et surtout en considérant leur métabolisme. En effet, les MTB sont pour la plupart des organismes anaérobies ou microaérophiles, c’est-à-dire qu’elles ont besoin au maximum d’un peu d’oxygène pour vivre. Au passage, c’est un mode de vie qui cadre bien avec la capacité à minéraliser du fer dissous, car en général corrélé avec un environnement réducteur. Or, ces bactéries aquatiques ne trouvent ces conditions qu’en s’enfonçant dans le sédiment du fond de l’eau, et pour cela, il leur suffit de suivre leur boussole! Cette hypothèse a été rapidement corroborée par la découverte de bactéries cherchant le Sud dans l’hémisphère Sud ¹, donc cherchant elles aussi à descendre.

Il faut tout de même introduire une nuance importante. En effet, j’ai un peu simplifié les choses : il existe des MTB « à deux sens » qui ne se contentent pas d’aller vers le Nord ou le Sud, mais qui changent brusquement de direction. Il semble donc que le magnétotactisme soit couplé à l’aérotactisme, une réponse aux gradients d’oxygène, ou à d’autres tactismes qui intéressent la bactérie. Ainsi, l’exploration de l’espace par les bactéries est restreinte à une dimension (car les bactéries restent le long des lignes de champ magnétique), et le second tactisme intervient pour stimuler ou ralentir le mouvement selon les conditions locales, en général la concentration en oxygène. La « polarité » des ces MTB versatiles est donc donnée par la direction qu’elles prennent lorsque la concentration en oxygène est trop élevée pour leur métabolisme.

Des mystères troublant demeurent néanmoins. En particulier, je me demande comment font les MTB qui se divisent pour savoir de quel côté de la boussole elles doivent assembler leur flagelle. J’ai deux hypothèses simples qui évitent de faire appel à une régulation magnétique de l’assemblage des protéines : (1) le flagelle est assemblé en fonction d’informations héritées de la division, comme « nouveau pôle » et « pas de flagelle dans la cellule », donc au bon endroit mais indépendamment des magnétosomes, ou (2) le flagelle est assemblé indifféremment au Nord ou au Sud de la bactérie, ce qui amène 50% de la population à se suicider après un fol envol vers la surface dans un feu d’artifice d’oxygène. Ne resterait alors que la population « bien orientée »!

Plus troublant encore, des chercheurs ont récemment identifié une bactérie habitant un lac salé de l’hémisphère Nord et nageant frénétiquement vers le Sud alors qu’elle était soumise à des concentrations d’oxygène élevées ². C’est l’inverse de ce que l’on pouvait attendre, compte tenu de l’ensemble des observations précédentes et de la jolie théorie exposée ci-dessus, au point que l’article a été publié dans Science… Apparemment, cette anomalie serait lié à l’habitat très spécifique, un lac salé dont les eaux sont très stratifiées pendant une partie de l’année, ce qui change les gradients d’oxygène, de potentiel d’oxydo-réduction… ce qui amène les auteurs à conclure que de nouveaux modèles doivent être construits pour expliquer le comportement de ces étranges bactéries, et en particulier qu’il conviendrait désormais de les étudier dans des conditions plus naturelles que celles couramment utilisées au laboratoire ³.

Notes:

Blakemore, R. P., Frankel, R. B., & Kalmijn, A. J. (1980). South-seeking magnetotactic bacteria in the Southern Hemisphere. Nature, 286(5771) ↩
Simmons, S. L., Bazylinski, D. a, & Edwards, K. J. (2006). South-seeking magnetotactic bacteria in the Northern Hemisphere. Science, 311(5759) ↩
comme l’avait remarqué un lecteur attentif en regardant la vidéo jointe à la première partie de ce billet, il existe peut-être dans une population de MTB des individus contestataires qui recherchent la direction opposée… ↩

Publié dans Microbiologie | Marqué avec bactéries, biologie marine, écologie, évolution | 4 commentaires

Un billet « bonus »

Publié le 22 février 2011 par Benjamin

Qu’est-ce qui vous motive, dans le travail comme dans vos autres activités? Pour quoi voudriez-vous améliorer votre performance? Si vous me répondez « pas pour l’argent », je cesserai désormais de vous traiter d’hypocrites, grâce à cette vidéo, que vous finirez de toutes façons par voir un jour car elle circule assez vite (au passage merci à Stefano pour me l’avoir communiquée) :

Du point de vue de la forme, c’est bien mieux qu’un powerpoint ordinaire, mais il faut avoir un grand tableau blanc et un bon dessinateur sous la main… Sur le fond, ce n’est pas exactement mon domaine de compétence, mais je vous livre tout de même quelques réflexions désordonnées, vous êtes les bienvenus pour en faire autant en commentaires.

Des récompenses sonnantes et trébuchantes n’amélioreraient la performance que dans le cadre de travaux « mécaniques » (vers 2:00), et auraient l’effet inverse pour les travaux mettant en oeuvre des compétences cognitives. Comment ne pas relier cela aux récentes statistiques révélant que les vingt-cinq plus grands établissements financiers des USA ont versé 135 milliards de dollars de bonus en 2010? Le métier de trader serait-il plus mécanique qu’intellectuel? C’est l’avis de certains économistes, qui au plus fort de la crise et de l’affaire Kerviel affirmaient à la radio que les bonus ne pouvaient être qu’élevés pour entretenir la motivation des traders, dont le métier est fastidieux mais rapporte beaucoup à leur employeur… Quant à moi, je ne sais pas trop, je n’ai jamais essayé.

La logique du bonus ne serait efficace que tant que l’argent est une préoccupation (vers 5:00). Voilà qui n’est pas sans rappeler la peu flatteuse pyramide de Maslow, qui hiérarchise les besoins comme suit :

Schématiquement, une fois que les besoins matériels sont satisfaits, nous accordons plus d’importance à notre développement personnel, au sens de nos activités, et à l’image que nous renvoyons. J’ai justement l’impression que la question du statut est négligée dans l’exposé, ou qu’elle est diluée dans d’autres considérations.

Enfin et surtout, il est très tentant de penser à une activité exigeante, intellectuelle et peu rentable, la recherche scientifique! Si on y regarde de près, les chercheurs n’ont pas choisi leur carrière pour l’argent (ou alors… les alternatives devaient être bien peu séduisantes), il disposent d’une autonomie certaine dans leurs travaux et leurs axes de recherche (autonomy), leur travail leur permet par essence de développer leur expertise (mastery), et ils peuvent aisément attribuer un sens à leur activité (purpose), d’autant plus qu’ils sont en général passionnés par leur discipline, qu’il s’agisse de faire avancer la connaissance ou la technologie, de combattre des maladies… .

A l’inverse, on peut utiliser le même cadre de lecture pour imaginer les conséquences de tel ou tel scénario. Ainsi, dans une recherche pilotée par projets, un chercheur peut perdre sa motivation avec une partie de son autonomie (la liberté de choisir ses thématiques), et éventuellement ne plus attacher d’importance au sens de ses travaux (il faut tout de même espérer qu’il reste du sens dans une recherche pilotée, comme guérir le cancer). De même, si l’on créait une de recherche avec un management très présent (pure supposition), qui impose les tâches quotidiennes comme les orientations de long terme, ou réduit le travail du chercheur à sa portion mécanique. Enfin, il faut tout de même assurer aux chercheurs les moyens de leur subsistance et de leur logement, sans quoi ces ingrats finiront par attacher plus d’importance à l’argent et moins au sens de leur recherche (cf. Maslow). Bref, dans des situations de ce type et du strict point de vue du rendement, il faudrait que les gains en efficacité compensent la baisse de motivation et la baisse de performance (whatever that means) qui en résulte.

Publié dans Blog | Marqué avec comportement, recherche, vidéo | 5 commentaires

Des bactéries avec des gènes humains?

Publié le 21 février 2011 par Benjamin

Si vous croyez aux test ADN et à la barrière des espèces, accrochez-vous: des chercheurs semblent avoir mis la main sur une séquence d’ADN d’origine humaine dans un génome bactérien. Bon, il faut avouer que la séquence en question est modeste: 685 paires de bases, soit la taille d’un petit gène pour une bactérie dont le génome comprend quelques millions de paires de bases. Cette découverte, publiée dans mBio, une nouvelle revue en ligne de l’American Society for Microbiology, est l’occasion rêvée de parler de transferts horizontaux!

Il existe deux types de transfert d’information génétique : le transfert vertical, qui désigne tout simplement la transmission des gènes à une descendance, et les transferts horizontaux, c’est-à-dire tout le reste, ce qui est indépendant de la reproduction. Pour mémoriser cette nuance, imaginez ces transferts dans un arbre généalogique, où la dimension verticale représente les relations de filiation, tandis que les individus d’une même génération figurent sur la même tranche horizontale.

Les transferts horizontaux sont communs dans la nature, en particulier entre bactéries. C’est le cas les gènes de résistance aux antibiotiques, qui n’évoluent pas indépendamment dans chaque espèce, mais au contraire « sautent » d’une espèce à l’autre. Ces gènes ne sont pas le seul exemple de transfert horizontal, mais ils constituent le plus parlant et le plus simple à mettre en évidence: mettez des bactéries en contact, une espèce verte sensible à un antibiotique, une espèce rouge possédant un gène de résistance, cultivez-les sur un milieu dit « sélectif » contenant l’antibiotique, comptez les bactéries vertes résistantes et vous aurez votre fréquence de transfert… pour un gène donné! Il est beaucoup plus difficile de comptabiliser les gènes transférés mais qui n’engendrent pas de phénotype facile à cribler!

Comment ces transferts horizontaux surviennent-ils? Chez les bactéries, il existe trois mécanismes principaux qui ne sont pas nécessairement présents chez toutes les espèces: (1) la transformation bactérienne, ou l’entrée d’ADN « nu » dans la cellule bactérienne par le biais de transporteurs membranaires, (2) la conjugaison (ci-dessous), ou la transmission de plasmides entre bactéries, souvent assimilée à la reproduction sexuée, mais qui n’a rien à voir, (3) la transduction, quand un virus bactérien embarque des gènes d’un hôte vers un autre. Au passage, si ces noms vous paraissent familiers, c’est probablement parce que ces mécanismes ont été mis à contribution pour découvrir la nature de l’information génétique et fonder la biologie moléculaire dans les années 40. Les moyens peuvent changer mais le principe est toujours le même: il s’agit dans tous les cas de faire rentrer de l’ADN dans la cellule, après quoi des enzymes peuvent l’intégrer au chromosome. Au passage, sachez qu’il existe une foultitude de raffinements moléculaires et de régulations de ces systèmes (les super-intégrons par exemple) qui posent des questions évolutives passionnantes!

Mais revenons à notre bactérie et au transfert d’information génétique à partir d’un hôte humain: comment ce dernier a-t-il été mis en évidence? Dans les contes de fées, les histoires commencent toujours par « il était une fois » ; en biologie, c’est pareil, mais avec un séquençage. En l’occurrence, il s’agit d’un projet de séquençage du génome de la bactérie pathogène Neisseria gonorrhoeae, qui comprend le séquençage de 14 isolats cliniques par un consortium de laboratoires. Grâce à des algorithmes de comparaison communément employés pour exploiter de telles séquences, nos chercheurs ont repéré en amont du gène irg4 une portion de la version humaine d’une séquence répétée commune chez les mammifères, LINE1 (Long Interspersed Nuclear Element 1), qu’ils ont baptisé nL1 chez Neisseria.

Peut-il s’agir d’une contamination accidentelle au moment des travaux, comme cela semble être le cas pour un nombre important de séquençages? Il est vrai que la séquence LINE1 se retrouve dans de nombreux génomes bactériens, sur des fragments d’ADN séquencé (les contigs) de petite taille ou chez des bactéries n’ayant pas commerce avec l’homme, ce qui suggère des contaminations au moment du séquençage. Cependant, la séquence nL1 a été retrouvée dans plusieurs génomes de N. gonorrhoeae et au même endroit, non dans des espèces parentes, un schéma qui évoque une intégration unique et récente dans cette espèce. Surtout, les chercheurs ont ensuite recherché nL1 dans 62 isolats de N. gonorrhoeae et l’ont retrouvé dans 11% des souches, mais en utilisant notamment des amorces PCR situées sur le gène bactérien irg4. En clair, ce test donnait un résultat positif « un fragment de la taille de nL1 est présent dans le génome de cette souche à l’emplacement prévu » uniquement si nL1 était physiquement présente sur le même brin d’ADN qu’un gène bactérien, excluant a priori le cas d’une contamination, au cours de laquelle des molécules d’ADN humain s’ajouteraient à des molécules d’ADN bactérien bien distinctes.

Au vu de la diversité des mécanismes existants, il n’est pas fondamentalement étonnant que des bactéries arrivent à s’approprier de l’ADN étranger (d’autant que Neisseria est douée pour ça), mais plusieurs facteurs confèrent à cette découverte un poids particulier. Tout d’abord, les transferts horizontaux sont plus efficaces entre espèces proches et ce pour diverses raisons, ce qui rend d’autant plus remarquables les échanges entre espèces trèèèèès éloignées. Ensuite, la séquence transférée est une récente acquisition et semble exprimée dans la bactérie, ainsi que le suggère la mise en évidence de la transcription en ARN. Enfin… c’est quand même notre ADN, bon sang!

Il reste à investiguer si notre information génétique est utilisée par la bactérie, ce qui est possible, et si elle influe sur l’expression du gène igr4, ce qui est très probable. Je subodore également que les propriétés de LINE1 (à détailler dans un prochain billet) ne sont pas étrangères à sa présence dans un génome exotique…

Une dernière question me taraude: parmi les milliers d’espèces bactériennes qui nous habitent, pourquoi fallait-il que la première chez laquelle on retrouve notre patrimoine génétique, autant dire le plus intime des cadeaux, soit Neisseria gonorrhoeae? Pourquoi une bactérie pathogène, aussi douloureuse que son orthographe, qui provoque une maladie aux noms ridicules: la gonorrhée, appelée blennorragie quand veut rester poli, mais également désignée par le ravissant « chaude-pisse » ou le romantique « chtouille »?

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Une plante carnivore rapide comme l’éclair

Publié le 17 février 2011 par Benjamin

Elle hante les marais, c’est une carnivore impitoyable, mortelle, d’une rapidité fulgurante… mais c’est une plante aquatique! Des chercheurs sont parvenus à décrypter son fonctionnement, expliqué dans un article en accès libre, et dans une vidéo postée sur Youtube, que je vous propose ci-dessous.

La vidéo parle d’elle-même: l’utriculaire, plante carnivore connue depuis Darwin, effectue les mouvements les plus rapides du règne végétal, pourtant caractérisé par son immobilité. Mais comment fait-elle? L’eau est progressivement expulsée des capsules grâce à des glandes dédiées, créant ainsi une dépression en leur centre. Lorsqu’une malheureuse victime frôle les poils sensitifs qui bordent ce piège, celui-ci s’ouvre, aspirant un certain volume d’eau à proximité… avec son contenu, malgré ses protestations évidentes. Il semble que la mécanique du phénomène n’était pas si évidente que cela, au point que les scientifiques ont eu recours à une caméra ultra-rapide pour la décrypter, et même ralenti 240 fois, il faut suivre attentivement le mouvement! Le déploiement du piège dure ainsi 500 millionièmes de seconde, et le fluide environnant subit une accélération maximale de 600 g pour une vitesse de pointe de 1,5 m/s. Je suppose que la capture est suivie de la sécrétion d’enzymes qui transforment la proie en une bouillie peu ragoûtante mais assimilable par la plante. Cerise sur le plancton, les pièges inactifs depuis plusieurs heures se déclenchent spontanément, engendrant ainsi des perturbations qui peuvent rapprocher de la nourriture, animale ou végétale, ce qui en fait en réalité une plante omnivore!

Au-delà de la performance physique de l’utriculaire, j’étais étonné de trouver des plantes carnivores dans un milieu a priori bourré de matière organique, les eaux stagnantes. Je suppose que comme dans les tourbières qui abritent les droséras, les protéines sont une denrée rare par rapport aux débris végétaux. Dernière considération évolutive pour vous rassurer, intuitivement je ne pense pas qu’un tel système soit possible à l’échelle du mètre (en particulier l’eau ne « paraît » pas aussi visqueuse, l’ouverture de la trappe devrait être bien plus rapide, etc.), celle qui commencerait à devenir dangereuse pour les humains… en tous cas ceux qui aiment se baigner dans les marais.

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Les bactéries magnétotactiques, des microbes qui ne perdent pas le Nord (1)

Publié le 15 février 2011 par Benjamin

Mon histoire commence au milieu des années 70 avec un jeune étudiant en thèse, Richard Blakemore, qui étudiait des populations de bactéries que l’on trouve dans les boues et sédiments au fond des océans, des lacs ou des marais. Ayant placé un échantillon sous le microscope, Blakemore observa que certaines bactéries, motiles, se déplaçaient toutes dans la même direction. Ceci n’a en soi rien d’inhabituel ; dans une goutte de liquide montée entre lame et lamelle, il existe souvent des flux causés par l’évaporation, la capillarité… De même, le chimiotactisme, courant chez les bactéries, leur permet de s’orienter en fonction d’un gradient de concentration.

La grande inspiration de Blakemore, peut-être intrigué par la constance du mouvement, fut de répéter l’observation en différents endroits ou en changeant l’orientation du microscope, et les bactéries continuaient de nager dans la même direction, non par rapport à la lame, mais par rapport au laboratoire! Ayant écarté l’hypothèse d’une orientation par la lumière, Blakemore suspecta puis démontra à l’aide d’un aimant que le mouvement de ces bactéries était orienté par les champs magnétiques, même faibles ¹. Cette découverte étaient complètement inattendue, ainsi que l’écrit Blakemore lui-même ²: I wish to emphasize that this was a completely unexpected finding. Voilà un bel exemple de sérendipité!

Si une illustration plus moderne du phénomène vous intéresse, la vidéo ci-dessous montre une suspension de ces bactéries « magnétotactiques » (MTB en anglais) dont le mouvement est influencé par l’application d’un champ magnétique (la direction est donnée par la boussole en haut à gauche de l’écran).

Il existe donc des bactéries « magnétotactiques » dotées de la faculté de sentir les champs magnétiques, et au premier chef le champ magnétique terrestre. Comment est-ce possible?

Il faut noter que ces bactéries sont souvent rétives aux techniques de culture traditionnelles (un peu comme les pandas qui ont du mal à se reproduire en captivité, mais en plus petit), ce qui ne facilite pas leur étude d’un point de vue moléculaire. En revanche, leur intéressante propriété magnétotactique permet d’enrichir facilement des échantillons, par exemple en les attirant vers le fond d’un tube au moyen d’un aimant, puis en retirant le surnageant. Les préparations obtenues, relativement denses en bactéries, se prêtent bien à l’observation microscopique. Après en avoir isolé suffisamment, Blakemore observa ainsi que ses bactéries magnétotactiques renfermaient des particules de fer entourées d’une membrane, alignées les unes à la suite des autres ; ces organites furent bientôt baptisés « magnétosomes », car ils sont effectivement à l’origine des propriétés magnétotactiques des bactéries. Par un mécanisme soigneusement régulé, les MTB prélèvent dans leur milieu des ions fer Fe³⁺ (soit une forme très oxydée du fer), qu’elles réduisent pour former de la magnétite Fe₃O₄ ou dans certains cas de la gréigite Fe₃S₄ (le soufre jouant un rôle analogue à celui de l’oxygène). Ces minéraux se comportent comme des aimants, et donc les magnétosomes comme l’aiguille d’une boussole, orientant la bactérie le long des lignes de champ magnétique. Le flagelle placé à un pôle lui confère sa mobilité et fait le reste.

En conclusion, les bactéries ont donc une propriété étonnante, celle d’avoir inventé et utilisé la boussole quelques millions d’années avant les Chinois. J’espère que ce rapide exposé des mécanismes sous-jacents (le « comment ») n’a pas satisfait votre curiosité quant aux bactéries magnétotactiques ; je vous invite donc à lire le prochain billet, qui traitera du « pourquoi« ! Je peux d’ores et déjà vous donner un indice : la position du flagelle et le métabolisme de réduction du fer ne sont pas anodins…

Notes:

Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Science 190 377-379 (1975) ↩
Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Annual Reviews in Microbiology 36 217-238 (1982) ↩

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Apéro sciences & web le 17 février

Publié le 14 février 2011 par Benjamin

Si vous voulez discuter en vrai des charmes du tardigrade, vanter les vertus de votre bactérie préférée, débattre des mérites comparés des différents systèmes d’éducation ou raconter la vie tragique d’Evariste Galois… et si vous êtes à Paris jeudi 17 février, vous êtes cordialement conviés à la deuxième édition de l’apéro sciences & web qui aura lieu à partir de 19h au bistro « Les Colonnes« , 4 bis rue Quatre Septembre, dans le 2ème arrondissement (métro Bourse).

Cette soirée très informelle ambitionne de rassembler les blogueurs comme les lecteurs du c@fé des sciences, nos estimés partenaires et co-organisateurs Knowtex, Pris(m)e de tête, Science et démocratie, Recherche en cours et OWNIsciences, et plus largement la communauté des amateurs de science du web. La première édition fut un véritable plaisir, alors venez nombreux!

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Remarcher grâce aux cellules souches

Publié le 18 décembre 2010 par Benjamin

Peut-être connaissez-vous l’histoire de Christopher Reeve, l’un des interprètes de Superman, devenu tétraplégique à la suite d’un accident de cheval qui a occasionné une rupture de sa moelle épinière. A ce jour, il n’existe pas de traitement pour ce genre de lésion, et pour cause: les cellules touchées sont des neurones, dont la fonction consiste notamment à véhiculer les informations entre le cerveau et les membres, mais incapables de se multiplier (comme toutes les cellules différenciées) et qui ne sont pas remplacés après leur mort (au contraire des cellules de la peau, par exemple). Un espoir réside donc dans les cellules souches, qui ont la faculté de se diviser pour engendrer n’importe quel type cellulaire, et qui existent naturellement dans les embryons. On ne doit donc pas être surpris que Christopher Reeve se soit engagé pour la recherche sur les cellules souches embryonnaires humaines, et ce de diverses manières: lobbying, conférences, création d’une fondation et d’un centre de recherche… La série d’animation South Park en propose une vision caricaturale et outrancière (comme souvent): dans l’épisode « Krazy Kripples », on peut voir Christopher Reeve s’approvisionner en foetus humains (assez avancés) qu’il casse en deux pour en aspirer la moelle, ce qui lui permet de regagner progressivement ses capacités motrices, et même les pouvoirs de Superman!

Dans un registre plus sérieux et plus académique, une avancée significative vers la réparation des lésions de la moelle épinière a été annoncée la semaine dernière par une équipe japonaise, qui serait parvenue à rendre l’usage de leurs membres à des ouistitis paralysés, et ce au moyen d’une greffe de cellules souches. La portée de ces travaux est évidente, car du primate à l’homme il n’y a qu’un pas (au moins par rapport au tube à essai), mais je souhaiterais tout de même les nuancer légèrement. Tout d’abord, ce traitement n’est pas une panacée: les lésions faites sur les ouistitis étaient récentes (9 jours), probablement « incomplètes » (sans section totale de la moelle épinière), réalisées suivant un protocole précis (qui n’est pas sans rappeler un billet précédent, ouch!), et les petits singes ne récupéraient pas tout-à-fait leurs facultés motrices… il nous faudra toujours prendre soin de notre colonne vertébrale. Deuxième nuance, je parle d’une « avancée significative » et non d’une découverte majeure, car la preuve du concept avait déjà été réalisée (entre autres) par ces mêmes chercheurs chez le rat. La transposition aux primates est donc un progrès réel et nécessaire, mais non une révolution. Au passage, si vous voulez suivre les avancées de cette équipe, réjouissez-vous car Okano fait partie des (trop) rares chercheurs à tenir un blog (http://www.okano-lab.com/en/) sur les activités de son laboratoire!

Le détail de la technique mérite que l’on s’y attarde. Alors que chez le rat, les cellules utilisées étaient des cellules souches neurales dérivées d’embryons, celles utilisées pour ces travaux sont des cellules pluripotentes induites, ou iPS (induced pluripotent stem cells), c’est-à-dire des cellules différentiées « reprogrammées » grâce à une technique qui mérite bien le prix Nobel. Ces cellules provenaient d’une source tout sauf anodine, des cellules de peau humaine! Je suppose que c’est pour garder une petite longueur d’avance quand il faudra les utiliser sur l’homme. Ces travaux sont bien sûr très prometteurs d’un point de vue médical, car ils permettraient de remédier à des lésions invalidantes (c’est le moins qu’on puisse dire) et réputées irréversibles.

La dimension éthique de ces résultats est également très intéressante (et motive bien sûr la caricature citée plus haut), même si on ne peut la voir qu’en creux: la technique utilisée ne fait pas appel à des cellules souches embryonnaires humaines, dont l’utilisation est sensible au point de faire l’objet d’un moratoire dans plusieurs pays. Il est intéressant que noter que la même équipe avait déjà obtenu des résultats similaires chez le ouistiti, mais en utilisant justement des cellules souches embryonnaires humaines; ils ont donc mené les deux pistes pratiquement en parallèle, anticipant probablement sur l’évolution de la réglementation. Quoiqu’il en soit, certains seront sans doute contents d’apprendre qu’il existe des thérapies prometteuses en dehors de l’embryon.

Puisqu’on parle d’éthique, je pense que certains seront sensibles au sort des singes qui furent volontairement paralysés pour les besoins de cette étude. Pire, il est malheureusement certain que beaucoup d’entre eux n’ont pas bénéficié du traitement efficace, qui a probablement nécessité une longue mise au point. Les adversaires de l’expérimentation animale y verront donc un nouvel exemple de barbarie ordinaire (écraser la moelle épinière de ouistitis, je reconnais volontiers que c’est révoltant), mais ils pourront difficilement s’attaquer à l’utilité et au caractère scientifique de ces travaux, comme cela arrive parfois. Dans ce domaine de recherche, le modèle animal n’aurait pu être remplacé par des modèles informatiques ou des cultures cellulaires, et il constitue une étape nécessaire et significative pour la mise au point de traitements humains.

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