Détournements laborantesques

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…

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.

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 :

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

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.

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?).

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 :

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.

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

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

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

Si vous avez des suggestions, les commentaires sont ouverts!

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

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:

  1. Blakemore, R. P., Frankel, R. B., & Kalmijn, A. J. (1980). South-seeking magnetotactic bacteria in the Southern Hemisphere. Nature, 286(5771)
  2. Simmons, S. L., Bazylinski, D. a, & Edwards, K. J. (2006). South-seeking magnetotactic bacteria in the Northern Hemisphere. Science, 311(5759)
  3. 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…
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Un billet « bonus »

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 :Pyramide de Maslow

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.

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Des bactéries avec des gènes humains?

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!

Bacterial conjugation

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…

Neisseria gonorrhoeae

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

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)

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 2I 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:

  1. Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Science 190 377-379 (1975)
  2. Blakemore, R. P. Magnetotactic bacteria. Annual Reviews in Microbiology 36 217-238 (1982)
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Apéro sciences & web le 17 février

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 KnowtexPris(m)e de têteScience et démocratieRecherche 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

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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Luc Montagnier, du VIH à la mémoire de l’eau

A la suite de l’annonce du départ de Luc Montagnier pour la Chine, ses prises de position en faveur des travaux de Benveniste sur la mémoire de l’eau ont refait surface. Il ne s’agit pas d’une extravagance ou d’une provocation gratuite: le co-découvreur du VIH pense que cette théorie explique certains de ses récents travaux, que je vous propose d’examiner avec moi. Toutefois, si la technique vous rebute, vous trouverez peut-être un intérêt dans la première partie de ce billet. En effet, en attendant qu’un sympathique virologue me fournisse les publications en question, j’ai pris le risque de vous paraître superficiel et me suis intéressé aux aspects « péri-scientifiques » de ces travaux, qui valent le détour:

-le texte est truffé de grossières fautes d’écriture; je ne suis pas un ayatollah (enfin, si), mais ça témoigne peut-être d’une certaine précipitation de la part des auteurs… ou du journal.

-les adresses e-mail des corresponding authors sont xxxx@yahoo.fr et yyyy@netcourrier.com… désolé, je ne connais pas ces instituts de recherche! Quand on a un prix Nobel dans l’équipe, voilà qui manque singulièrement de professionnalisme… Cela dit, même si je n’avais jamais vu ça, ce n’est pas un fait unique dans cette revue: j’ai trouvé un « chercheur indépendant » avec une adresse en zzzz@free.fr (d’après lequel le génome serait organisé de manière fractale selon le code génétique et le nombre d’or). Pour autant que je puisse en juger, il s’y trouve également des publications moins… révolutionnaires, pour lesquelles les chercheurs utilisent leurs adresses professionnelles.

-le journal: « Interdisciplinary Sciences: Computational Life Sciences« . Il n’existe que depuis 2009, les articles dont il est question ici appartiennent donc au volume 1, numéros 2 et 4. Lorsque l’on a des résultats d’une grande portée fondamentale (pas très loin de vouloir démontrer la génération spontanée, de nouvelles propriétés de l’ADN et la mémoire de l’eau), en plus sur un pathogène qui concentre l’attention de la planète depuis vingt ans, pourquoi ne pas aller chercher un Science ou un Nature, plutôt qu’une obscure revue? Enfin, vous ne la connaissez pas, c’est bien normal. Montagnier, en revanche, il connaît bien, et pour cause…

-Luc Montagnier est chairman de l’editorial board de cette revue. C’est rigolo, l’editor-in-chief et l’executive editor travaillent à l’université Jiaotong de Shangaï (celle du classement de la même ville), précisément là où Montagnier part exercer ses talents.

On peut donc voir le verre à moitié plein, et se dire que Montagnier, enthousiaste, a publié ses résultats révolutionnaires un peu vite, et qu’il a voulu en profiter pour lancer une revue dans laquelle il croit, pleine d’audace et destinée à révolutionner la science. Qui plus est, ses collaborateurs sont tellement impliqués qu’ils travaillent essentiellement depuis leur domicile, et emploient donc leur adresse email personnelle. C’est comme ça que la bactérie bleue et rose du logo de ce blog voit les choses. On peut aussi voir le verre à moitié vide, et considérer qu’un chercheur sur le retour a fourgué des papiers bâclés à peine assumés par ses collaborateurs à une revue de crackpots qu’il contrôle, et avec une liste de conflits d’intérêts sur laquelle Wikileaks se casserait les dents. Chacun voit midi à sa porte.

Les travaux scientifiques eux-mêmes sont articulés en deux parties distinctes. Dans le premier article (dont il sera principalement question ici), nos chercheurs mettent en évidence un signal électromagnétique émis par des cultures bactériennes filtrées, et ce à des grandes dilutions. Dans une seconde publication, ce phénomène est mis à profit pour détecter le VIH dans le sang de patients sous thérapie anti-rétrovirale.

Pour résumer rapidement la première étude, les auteurs ont observé un signal électromagnétique (au moyen d’un dispositif mis au point par Benvesiste himself) dans des solutions issues d’un filtrat de culture de la bactérie intracellulaire Mycoplasma pirum, donc dépourvu de toute bactérie, fortement dilué dans l’eau pure, tandis que ce signal est absent des dilutions basses, c’est-à-dire des solutions plus concentrées. Les chercheurs ont ensuite utilisé Escherichia coli pour caractériser ce signal. Ce dernier disparaît avec le temps, ou lorsque la solution est chauffée ou congelée, ou encore lorsque le tube est placé à côté d’un tube contenant une solution de concentration supérieure et n’émettant pas de signal lui-même. Le signal ne disparaît pas lorsque la solution est soumise à des enzymes dégradant l’ARN, l’ADN ou les protéines. En revanche, l’ADN semble suffisant pour générer ce signal, même sous la forme de séquences aussi courtes qu’une partie d’un gène codant pour une adhésine de M. pirum (1,5 Mb). Les auteurs en concluent que « l’ADN induit des nanostructures aqueuses » qui elles-mêmes amplifient le bruit électromagnétique ambiant par un phénomène de résonance et donnent ainsi naissance au signal observé. Le rapport avec la mémoire de l’eau commence à apparaître… Détail qui semble avoir son importance, le signal n’apparaît que si les échantillons sont passés par une étape de filtration initiale, et par des dilutions avec une forte agitation mécanique… voici qui n’est pas sans rappeler la « dynamisation » nécessaire à toute préparation homéopathique. Il est extrêmement délicat de critiquer ce genre de travaux, je vais donc supposer que toutes les expériences ont été correctement conduites, que les auteurs ne mentent pas, surtout quand ils parlent de la reproduction de leurs résultats dans d’autres laboratoires ou de test en aveugle par deux « healthy operators« .

Je déplorerais d’abord l’absence de quantification: la « preuve » du phénomène se résume à des captures d’écrans d’un logiciel d’analyse de signal, sans mesures quantitatives et leur cortège de statistiques. Ensuite, le témoin négatif de ces expériences est donné par « une suspension non diluée ou une faible dilution négative », c’est-à-dire par un échantillon contenant quelque chose, mais n’émettant pas de signal. J’imagine que vous voyez le caractère circulaire de la démarche: l’effet est identifié à partir d’un témoin négatif, lui-même défini a posteriori par l’absence d’effet. J’aurais bien aimé que les auteurs commencent par montrer des enregistrements réalisés dans des solutions simples (eau très pure, sels, minéraux, sucres…), diluées ou non, et qu’ils prennent l’eau pure ou un surnageant sans bactéries comme témoin négatif. De même, lorsque l’origine du signal a été investiguée, de nombreuses enzymes de dégradation (DNAse, RNAse, protéases) ont été utilisées sur les échantillons, sans parvenir à en altérer l’activité. Des témoins (au sens expérimental, même si j’aurais aimé être présent) font cruellement défaut à cette série d’expérience: les enzymes étaient-elles bien fonctionnelles? peuvent-elles induire un signal par elles-mêmes? Tant que nous y sommes, pourquoi ne pas avoir utilisé une deuxième méthode de détection de signaux électromagnétiques, histoire d’écarter de possibles artéfacts? D’une manière générale, je regrette de toute mon âme l’absence d’une section « matériels et méthodes », celle-là même que l’on s’accorde habituellement à désigner comme la moins passionnante des articles scientifiques!

Ensuite, les interprétations des résultats me paraissent un peu hâtives. Ainsi, la section dans laquelle les auteurs présentent les tests enzymatiques destinés à caractériser le signal porte le titre « nature of the aqueous nanostructures« , histoire de ne pas laisser planer le doute. Le fait que le phénomène observé soit directement le fait de molécules d’eau n’est jamais questionné. Dans un autre registre, les auteurs observent que le signal observé semble être propre aux bactéries pathogènes pour l’homme (Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella…), et absent des « bonnes » bactéries (sic) comme le sympathique Lactobacillus. Cette remarque témoigne à mon avis d’un incroyable biais anthropocentrique, voire d’un coupable finalisme, mais passons. La base moléculaire de cette distinction résiderait dans les adhésines, des protéines d’adhésion qui effectivement constituent des facteurs de virulence. On apprend justement dans la suite du papier que le signal est obtenu par une dilution de l’ADN d’un gène de Mycoplasma pirum codant pour une de ces adhésines! J’objecterai qu’une seule bactérie gentille, c’est trop peu pour s’autoriser le moindre commencement d’embryon de généralisation. Ensuite, il existe des adhésines chez Lactobacillus, comme chez la plupart des bactéries. D’autre part, le gène de l’adhésine de M. pirum n’existe chez aucune autre bactérie (le BLAST ne renvoie qu’un résultat), pourquoi ne pas avoir choisi une séquence moins rare? Enfin, la grande majorité des bactéries « méchantes » sont des pathogènes opportunistes (P. aeruginosa est une bactérie du sol), la classification manichéenne me semble donc inappropriée.

En résumé, ces travaux ne sont pas assez complets ni assez argumentés pour être convaincants, du moins à mes yeux. Globalement, le papier laisse une impression étrange, tant son écriture est peu… académique, et porte peu la marque du processus de peer-review. Mais le résultat le plus (d)étonnant de tous n’est que brièvement évoqué dans l’introduction de l’article, sous la mention « personal communication« . Montagnier aurait filtré une suspension de Mycoplasma pirum à l’aide de filtres dont les pores faisaient 20 ou 100 nm (soit bien assez étroits pour retenir n’importe quelle bactérie), aurait ensuite incubé le filtrat apparemment stérile en présence de lymphocytes humains dépourvus de M. pirum (mais qui peuvent servir de support à la multiplication de cette bactérie), et aurait observé à nouveau les bactéries après quelques semaines! L’hypothèse discutée à la fin de l’article (et plus librement par Montagnier dans l’émission de radio citée au début de ce billet) suggère que l’ADN créé une empreinte de molécules d’eau qui émet ce fameux signal, et, pourquoi pas, véhicule la même information génétique. Que dire? Que leurs filtres sont peut-être défectueux? Qu’un résultat aussi énorme et aussi simple devrait rapidement être reproduit dans des dizaines de laboratoires? Que j’aimerais bien voir ça? Que pour vouloir remettre la génération spontanée à l’ordre du jour, Montagnier doit vraiment être très fâché contre l’Institut Pasteur?

Votre avis m’intéresse au plus haut point, n’hésitez pas à le partager dans les commentaires, ou à poser des questions complémentaires si vous n’avez pas accès à la publication originale. Pour sélectionner les critiques les plus pertinentes, je suis même prêt à me faire l’avocat du diable!

 

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L’effet placebo chez l’animal

L’un de mes camarades du C@fé des sciences (Jonathan, sur l’excellent « en quête de sciences ») a récemment publié un texte sur l’homéopathie, et notamment la position étonnante du professeur Montagnier sur la mémoire de l’eau. Ce sujet controversé est bien sûr lié à l’homéopathie qu’il prétendait expliquer, et donne lieu à bien des débats. A la lecture des commentaires, je me suis arrêté sur un argument un peu moins habituel que les autres, en substance: « l’homéopathie marche sur les animaux, sur lesquels l’effet placebo est inopérant; l’effet de l’homéopathie n’est donc pas réductible au seul effet placebo ».

Si vous voulez bien, je vous propose de remettre la question de l’homéopathie à une prochaine fois (deux questions en réalité: est-ce que ça marche? si oui, comment l’expliquer?) pour m’intéresser à la question subsidiaire: existe-t-il un effet placebo chez les animaux?

J’ai donc cherché un peu et ai fini par tomber sur les expériences de Shepard Siegel 1, 2, publiées en 1972 et 1975. Dans une première phase « d’entraînement », ce chercheur a régulièrement injecté de l’insuline à des dizaines de rats. Comme vous le savez peut-être, l’insuline est une hormone sécrétée par le pancréas qui a pour effet d’augmenter le stockage du glucose dans le foie et d’en diminuer la concentration dans le sang (aussi appelée glycémie); si l’on vous injecte de l’insuline, votre glycémie diminue (idem pour les rats), c’est bien normal et c’est l’effet recherché par les diabétiques. Dans une deuxième phase, l’expérimentateur a ensuite injecté une solution saline (donc rien) à ces mêmes rats et a ensuite mesuré leur glycémie. Les rats entraînés à recevoir des injections d’insuline voyaient leur glycémie augmenter à la suite d’une injection de solution saline! Tout se passe donc « comme si » les rats savaient que l’injection diminuerait leur glycémie, et compensaient cet effet en  augmentant cette dernière. L’utilisation de la solution saline permet de révéler cet effet masqué par l’insuline, et surtout de montrer qu’il n’est pas mécaniquement lié à la présence d’insuline et à la régulation normale de la glycémie, mais plutôt à la piqûre. Plus fort encore, le pic de glycémie observé était proportionné à la dose d’insuline à laquelle avaient été habitués les rats.

Hello world
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Ces résultats sont étonnants, mais pas surnaturels. A ma connaissance (très limitée, surtout quand on dépasse deux cellules), il existe trois manières de stimuler la production d’insuline: 1) une augmentation de la glycémie, 2) manger, ou plutôt la sortie de nourriture de l’estomac qui stimule le nerf vague, et 3) s’apprêter à manger, ce qui déclenche la libération d’insuline par anticipation (après tout, le réflexe de salivation n’est pas plus miraculeux). Les deux dernières manières impliquent donc le système nerveux, capable d’apprentissage et que l’on peut manipuler par l’entraînement. Dès lors, il ne paraît pas impossible d’obtenir un effet du même ordre, mais qui se trouve être opposé à l’action de l’insuline.

86/365 mrs.27.10 - One drop from hypoglycemia
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Pour en revenir à notre question de départ, s’agit-il réellement d’un effet placebo, ou d’un simple conditionnement? Après tout, conditionner des chiens à saliver (Pavlov) et des rats à sécréter, au hasard, du glucagon (l’hormone ayant une action opposée à l’insuline), ce n’est pas fondamentalement différent. Et si le conditionnement était une des bases de l’effet placebo? Je reste ouvert à toutes les interprétations! Toujours est-il que les résultats de Siegel ont été complétés par d’autres (notamment sur la douleur), que je serais ravi d’approfondir à l’occasion, et que de nos jours les études scientifiques sur les animaux sont réalisées avec un placebo comme contrôle… au cas où.

Notes:

  1. Siegel, S. Conditioning of insulin-induced glycemia (1972). Journal of Comparative and Physiological Psychology 78 (2) 233-241
  2. Siegel, S.Conditioning insulin effects (1975). Journal of Comparative and Physiological Psychology 89 (3) 189-199
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