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Edition du 27 Juillet 2018
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Edito
Les insectes aussi sont intelligents !
Chers lecteurs,
Comme chaque année, l'équipe de RTFlash se met au vert et prend un peu de repos pendant le mois d'août. Je tiens à vous remercier chaleureusement pour votre soutien et votre fidélité à notre lettre, depuis maintenant plus de 20 ans. Vous retrouverez RTFlash le 7 septembre, pour son numéro de rentrée. D'ici là, nous vous souhaitons d'excellentes vacances, pleines de lectures scientifiques, bien sûr...
Bien cordialement
René Trégouët
Sénateur Honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
Rédacteur en Chef de RT Flash
Avec plus d’un million d’espèces connues dans le monde (dont 35 000 en France), les insectes représentent au moins 80 % de l’ensemble des êtres vivants présents sur Terre. Ces animaux sont les premiers à être apparus sur notre planète, il y a environ 400 millions d’années, et à s’être adaptés à la vie terrestre.
Rappelons qu’en dépit de la présence d’espèces nuisibles et ravageuses, qui peuvent transmettre des maladies ou détruire les récoltes, les insectes sont indispensables à l’équilibre complexe de l’environnement et jouent globalement un rôle très bénéfique, puisque plus du tiers des cultures mondiales en volume dépendent directement des services de pollinisation rendus par ces petits animaux. Des travaux menés par l’Inra et le CNRS avaient d’ailleurs estimé ce service rendu par les insectes pollinisateurs à 153 milliards d’euros en 2005, soit 10 % de la valeur de l’ensemble de la production alimentaire mondiale. Et encore cette estimation ne tient-elle pas compte des inestimables services que rendent également les insectes dans la formation des sols, le maintien de leur fertilité et leur assainissement.
Si la communauté scientifique a depuis longtemps admis qu’il existait une forme « d’intelligence collective » chez de nombreuses espèces d’insectes, elle considérait, jusqu’au début de ce siècle, que les insectes étaient dépourvus de toute conscience et de toute intelligence, au sens on l’on entend cette faculté chez les mammifères supérieurs. Mais en quelques années, ce paradigme a été remis en cause par de nombreuses recherches qui montrent de manière fascinante que, chez les insectes, intelligence collective ne s’oppose pas à l’intelligence individuelle, loin s’en faut…
Il est vrai que l’intelligence de groupe dont font preuve certaines espèces d’insectes a longtemps occulté les facultés cognitives individuelles dont disposent certains insectes. L’exemple-type de cette organisation commune reste bien sûr celle des fourmis qui possèdent une extraordinaire capacité à travailler en groupe, notamment lors de la récolte de nourriture. Tels des ouvriers spécialisés, certaines fourmis vont en effet découper les feuilles des arbres, alors qu’une autre équipe de « ramasseuses » va aller récupérer ces feuilles afin de les ramener à la fourmilière.
En août 2015, des scientifiques de l'Université catholique de Louvain (Belgique) et de l'Université technique du Moyen-Orient ont cherché à comprendre comment pouvait émerger cette division des tâches. Ces chercheurs ont simulé le comportement de fourmis coupes-feuilles avec une colonie de robots, en utilisant des robots, programmés pour réaliser des tâches simples (ramasser un objet, se déplacer...). Ces travaux ont notamment permis de montrer qu’au bout de 500 générations, ces robots, comme le font les fourmis dans la nature, commencent à s’entraider de plus en plus efficacement, non seulement en se répartissant mieux les tâches mais également en en modifiant l’ordre, de façon à ne pas ralentir la cadence de récolte, de transport et de stockage de nourriture…
Cette forme redoutablement efficace d’intelligence collective, également présente chez les abeilles, repose sur la stigmergie, c'est-à-dire la capacité de se coordonner, sans avoir besoin de communiquer. Dans ce modèle à faible consommation informationnelle, c’est la trace spécifique laissée par un individu qui va suffire pour déclencher l’action d’un autre individu. Ce modèle stigmergique constitue aujourd’hui une source d’inspiration pour les recherches en robotique et pourrait permettre aux robots, dans des environnements complexes, d’agir efficacement et de manière coordonnée, même en l’absence d'instructions et de communication.
Mais une autre étude publiée en 2012 par des chercheurs du centre de recherches sur la cognition animale (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier), dirigés par le professeur Martin Giurfa, a montré, de façon bien plus inattendue, que les insectes possèdent non seulement une forme remarquable d’intelligence collective, mais également, pour certains d’entre eux, la capacité d’élaborer des concepts abstraits, une faculté qu’on croyait réservée aux seuls mammifères supérieurs (Voir PNAS).
Ces recherches ont en effet permis de montrer que les abeilles sont capables de générer puis de manipuler des concepts afin d'accéder à une source de nourriture. Dans ces expériences, un groupe d'abeilles a été entraîné à pénétrer dans une enceinte, afin de récolter de la solution sucrée. Dans cette enceinte, les abeilles rencontraient deux stimuli placés chacun sur une cloison. Chaque stimulus était composé de deux images distinctes soit l'une au-dessus de l'autre, soit l'une à côté de l'autre.
Les chercheurs avaient placé un orifice au centre de ces paires d'objets, délivrant, soit une récompense, de l'eau sucrée, soit une punition, en l’occurrence une goutte de quinine. L’idée était que les abeilles soient récompensées en fonction de leur niveau de compréhension du concept « au-dessus de », ou au contraire punis, en fonction de leur compréhension du concept « à côté de ». Pour corser ce dispositif d’évaluation, les chercheurs faisaient varier en permanence les images, tout en maintenant les relations « au-dessus de » et « à côté de » ainsi que leurs associations respectives, soit à la récompense, soit à la punition. Contre toute attente, après seulement une trentaine de tentatives, les abeilles avaient appris à reconnaître sans la moindre erreur la relation qui leur donnait accès à l'eau sucrée…
Dans une autre expérience, ces abeilles étaient exposées à de nouvelles images dont le seul point commun avec les figures de l'entraînement était leur disposition. Les abeilles ont également réussi cette nouvelle épreuve : alors qu’elles n’avaient pourtant jamais vu ces nouvelles images, elles ont rapidement choisi correctement la cible en fonction de cette relation d'ordre abstrait. L’ensemble de ces expériences très rigoureuses a permis, au final, de confirmer de manière très solide que ces abeilles étaient également capables de comprendre et de manipuler le concept de « différence » pour prendre leur décision.
Cette étude, confortée depuis par d’autres travaux, est considérée comme un tournant dans les recherches sur l’intelligence animale et elle remet sérieusement en question la certitude longtemps établie que seuls des cerveaux de mammifères sont capables d’élaborer un savoir abstrait et conceptuel.
En octobre 2015, une autre étude réalisée conjointement par l'équipe de Martin Giurfa et Jean-Marc Devaud au Centre de recherche sur la cognition animale, en collaboration avec des chercheurs du laboratoire Évolution, génome, comportement et écologie et de l'université Libre de Berlin, a cherché à mieux évaluer les capacités des abeilles à résoudre des discriminations complexes dites non linéaires qui requièrent un traitement cognitif particulièrement élaboré. (Voir Etude dans les PNAS).
Dans ces recherches, les scientifiques ont travaillé sur une population d’abeilles qui recevaient deux odeurs A ou B récompensées avec une gouttelette de sucre mais, chaque fois que A et B étaient présentées simultanément, aucune récompense n'était offerte. Ces présentations étaient proposées de façon aléatoire et ces abeilles devaient donc apprendre à répondre aux odeurs A et B et à inhiber leur réponse au mélange AB non récompensé. Les abeilles, là encore, ont réussi rapidement à résoudre ce problème pourtant complexe, car non linéaire, qui peut se résumer ainsi « Si A et B sont récompensés, AB doit être doublement récompensé ».
En mars 2016, une étude australienne, intitulée « Ce que les insectes peuvent nous dire des origines de la conscience » avait fait sensation dans le monde scientifique (Voir PNAS). Ce travail très sérieux, réalisé par les chercheurs Andrew B. Barron et Colin Klein (Université de Santa Barbara, en Californie), a en effet montré que les ganglions cérébraux - qui servent de centres de l'information chez les insectes - sont structurellement proches du mésencéphale (l'une des trois grandes régions du tronc cérébral). Or le mésencéphale nous permet de nous positionner dans l'espace et joue un rôle-clé, chez de nombreux poissons et mammifères, en autorisant la formation d'une impression subjective qui semble correspondre à une forme première de conscience.
Mais il semble que chez les abeilles, cette conscience du premier niveau soit également présente et même particulièrement développée, sans doute selon cette étude, parce que celles-ci pour accomplir leurs différentes tâches, ont dû, au fil d'une longue évolution, apprendre à évoluer dans un environnement vaste, complexe et instable : elles doivent notamment pouvoir se repérer à plusieurs kilomètres de la ruche et traiter rapidement une multitude de données sensorielles.
Enfin, il y a quelques semaines, une passionnante étude réalisée par des chercheurs du CNRS est venue enrichir et conforter ces précédentes recherches, en vérifiant l’hypothèse d’une véritable intelligence chez certains insectes (Voir CNRS). De précédents travaux avaient déjà montré que certains vertébrés maîtrisaient des concepts numériques complexes, notamment l'addition ou la notion de zéro. Ces chercheurs ont donc voulu vérifier si les abeilles pouvaient elles aussi comprendre le concept de « plus grand que » et « plus petit que ». Ils ont d'abord appris aux abeilles à venir boire sur un dispositif expérimental associant une plate-forme à une image. Si les abeilles choisissaient l'image comportant le moins d'éléments, les abeilles avaient accès à de l’eau sucrée ; en revanche, le choix du plus grand nombre d’éléments débouchait sur l’accès à une solution amère de quinine. En choisissant sans hésiter l'image vide comme étant celle comportant le moins d'éléments, les abeilles ont montré qu'elles étaient capables d'extrapoler en considérant que le zéro est inférieur à 5, 4, 3, 2 ou 1. Dans cette remarquable expérience, les abeilles ont donc montré clairement qu’elles pouvaient, dans certaines conditions, assimiler le concept fondamental de zéro pour faire le bon choix…
Enfin il faut évoquer de récentes recherches menées dans le domaine de la biorobotique par l’équipe du Professeur Mandyam Srinivasan, de l’Université de Queensland en Australie. Ces scientifiques ont voulu savoir comment les abeilles, dépourvues de vision binoculaire, pouvaient évoluer dans un espace en trois dimensions avec une telle virtuosité et une telle efficacité, empruntant très facilement de minuscules orifices et parvenant toujours à leur but en un temps record. Selon ces chercheurs, cette étonnante aptitude repose sur l’utilisation par les abeilles du « flux optique », c’est-à-dire de la séquence d’images captées par l’observateur en mouvement. C’est cet « instrument de vol » qui permettrait aux abeilles, malgré leur vue très médiocre, de pouvoir se déplacer sur de longues distances très rapidement, en évitant les obstacles et en prenant toujours le chemin le plus court.
Toutes ces recherches récentes montrent donc que de nombreux insectes, et en particulier les abeilles, qui doivent aller chercher leur nourriture sur de grandes distances (plus de 10 km) et évoluer dans des environnements complexes, savent faire preuve de véritables comportements intelligents, qui ne relèvent pas de l’instinct ou de la seule programmation génétique. Cette découverte à présent incontestable marque un tournant majeur, non seulement dans la connaissance du comportement et des capacités des animaux dits « moins évolués » mais également, et de manière bien plus large, en matière de compréhension des différents processus cognitifs à l’œuvre dans la nature et des multiples formes d’intelligence qui se sont développées à la faveur d’une très longue évolution de plusieurs centaines de millions d’années. On ne peut qu’être émerveillé par le fait que les insectes, avec un cerveau en moyenne un million de fois plus petit que le nôtre (et 100 000 fois moins de neurones pour l’abeille), soient pourtant capables de révéler, dans certaines circonstances, des capacités cognitives insoupçonnées et tout à fait remarquables.
Ces récents et passionnants travaux, tous convergents, doivent nous amener à reconsidérer notre regard sur ce monde encore très mystérieux et largement inconnu des insectes. Ces minuscules êtres vivants semblent en effet, par bien des aspects, défier les lois de l’information et de la cognition. Ils semblent notamment, au moins pour certaines espèces, appliquer un fascinant principe « d’économie cognitive » qui leur permet, avec un minimum d’énergie et un substrat biologique et cérébral rudimentaire par rapport au nôtre, d’accomplir de véritables prouesses dans la nature, bien éloignées des comportements conditionnés et stéréotypés dans lesquels nous les avons si longtemps enfermés…
Nous avions déjà d’excellentes raisons, compte tenu des immenses services qu’elles rendent à l’homme et la nature, de vouloir préserver certaines espèces d’insectes malheureusement de plus en plus menacées par la destruction de leur environnement et la pollution. Nous avons à présent une raison supplémentaire de sauvegarder et d’étudier ce monde immense et si diversifié des insectes : comprendre et, si possible, apprendre à utiliser à notre profit, leurs prodigieuses capacités cognitives, pour concevoir les ordinateurs, les robots et les logiciels intelligents de demain !
René TRÉGOUËT
Sénateur honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
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Matière et Energie
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Des chercheurs du Caltech (Californie) et de l’ETH (École polytechnique fédérale de Zurich, Suisse) ont développé des robots capables d'assurer leur propulsion sans moteur, servomécanisme ou alimentation. Ces dispositifs inédits se propulsent dans l'eau, par exemple à l’aide de rames, en utilisant un matériau qui se déforme en fonction des changements de température.
Avec cette étude, la limite entre le matériau et son application s’estompe. Dans un appareil à propulsion autonome, c'est le matériau lui-même qui assure le fonctionnement de la machine. Le système est basé sur des bandes de polymère flexibles, recroquevillées à l'état froid et qui se déplient à l'état chaud. La bande est fixée de manière à fonctionner comme un commutateur à l'intérieur du robot ; de son côté, le commutateur est relié à une rame grâce à laquelle le robot se propulse par un mouvement de poussée. Le commutateur est en fait un élément bistable, qui, comme son nom l'indique, comporte deux états stables.
Dans le cas présent, l'élément est constitué de bandes de matériau élastique qui, sous la pression du polymère sensible à la température, passent d'un état à un autre. Cette étude, publiée sur le site de l'Académie nationale des sciences, aux États-Unis, s’appuie sur des recherches antérieures où des chaînes d'éléments bistables ont été utilisées pour transférer des signaux et créer une sorte de porte logique.
À ce stade, ces éléments bistables doivent être réinitialisés manuellement après avoir changé de forme et libéré leur énergie. L'équipe de chercheurs se consacre aujourd'hui à identifier des méthodes pour construire des éléments bistables permettant une réinitialisation autonome suite à un nouveau changement de température de l'eau. Dans ce cas, la théorie indique que le robot pourrait se propulser indéfiniment, tant que la température de l'eau continue à changer.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Caltech
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Santé, Médecine et Sciences du Vivant
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Des chercheurs de l'Inserm dirigés par Ryad Tamouza, immunologiste, et du Professeur Marion Leboyer, psychiatre, ont réalisé deux études qui remontent aux sources de notre code génétique et explorent le système HLA (groupe de gènes distinguant les cellules du soi et du non soi chez l’humain et impliqué dans l’activation du système immunitaire) pour mieux comprendre, de l’intérieur, l’origine et l’impact des désordres immunitaires dans les troubles du spectre autistique (TSA) et les troubles bipolaires.
La première étude, conduite auprès de 471 personnes autistes et 350 sujets témoins, a été publiée dans Scientific Reports le 16 mai 2018. La seconde, parue dans Acta Psychiatrica Scandinavica, a été conduite auprès de 475 patients atteints de troubles bipolaires et 195 témoins.
Toutes deux confirment le rôle clé de la réponse immunitaire dans ces deux troubles et constituent une étape majeure dans le développement d’une médecine de précision en psychiatrie. De nombreux travaux publiés ces dernières années suggèrent l’implication d’un dysfonctionnement de la réponse immunitaire dans les troubles psychiatriques.
Ces résultats s’appuient essentiellement sur des observations cliniques ou épidémiologiques. De très nombreuses études rapportent en effet la présence de marqueurs inflammatoires sanguins et cérébraux ainsi que la présence d’auto-anticorps, d’anomalies des cellules immunitaires, d’une dysbiose digestive ou encore de pathologies auto-immunes et/ou inflammatoires (diabète,…) chez ces patients.
Dans le prolongement de ces résultats, une équipe de la Fondation FondaMental (Inserm U955) s’est intéressée au système HLA (human leukocyte antigens) dans l’autisme et les troubles bipolaires, en raison de l’implication de ce sytème dans le contrôle de la réponse immunitaire, dans le développement d’un nombre élevé de pathologies immunitaires/auto-immunes et dans la mise en place de l’appareil synaptique.
Ces recherches ont permis d’identifier des combinaisons de gènes (haplotypes) associées à un plus grand risque de développer une forme grave de la maladie bipolaire, à la survenue de cycles rapides (plus de 4 épisodes par an), au risque de tendance suicidaire et à celui de débuter la maladie par un accès hypomaniaque ou par des symptômes psychotiques. Ces haplotypes sont déjà connus pour leur association avec la Sclérose en plaques et la maladie d’Alzheimer, deux pathologies neuro-inflammatoires. Ces travaux confortent l'hypothèse de l’implication de désordres immuno-inflammatoires en psychiatrie.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Nature
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Des chercheurs de l’Université de Newcastle, au Royaume-Uni, ont réussi à imprimer en 3D une cornée d’œil très proche de son homologue naturel. Ces derniers ont utilisé une imprimante 3D de bureau classique pour imprimer un gel contenant des cellules de cornée prélevées chez un donneur sain.
C’est loin d’être la première tentative de fabrication d’une cornée artificielle. Beaucoup d’équipes de recherche travaillent sur le sujet. Les cornées artificielles permettraient de pallier le manque de greffons. Un espoir pour les quelque 5 millions de personnes atteintes de cécité cornéenne selon l’OMS. La particularité de cette cornée de l’Université de Newcastle est que sa courbe est très proche d’une cornée humaine. Les chercheurs ont scanné l’œil d’un patient pour pouvoir ensuite en reproduire la forme.
Les chercheurs ont ensuite développé un gel spécifique pour pouvoir imprimer la cornée. Un mélange d’alginate, bio-polymère à base d’algue, et de collagène dans lequel sont injectées des cellules de cornée humaine. Le gel permet de "garder les cellules en vie lorsque le matériau est imprimé".
Dix minutes ont ensuite suffi à l’imprimante pour fabriquer la cornée, avancent les chercheurs. Plus de 90 % des cellules ont survécu un jour après l’impression, 83 % après 7 jours. Une greffe de cette cornée bio-imprimée n’est pas pour tout de suite. Les chercheurs de Newcastle estiment que plusieurs années de recherche et de tests seront nécessaires.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Science Direct
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Des chercheurs suisses et allemands proposent une technique inédite pour mieux lutter contre le cancer et certaines maladies infectieuses. Ils ont incorporé un vaccin dans une microparticule de soie d’araignée. Les vaccins qui stimulent le système immunitaire pour détruire les cellules tumorales sont de plus en plus utilisés dans la recherche sur le cancer.
"Pour développer des médicaments immunothérapeutiques efficaces contre le cancer, il est indispensable de générer une réponse importante des lymphocytes T", indique Carole Bourquin, spécialiste des immunothérapies antitumorales aux facultés de médecine et des sciences de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux.
"Les vaccins dont nous disposons actuellement n'ont qu'une action limitée sur les lymphocytes T, il est donc indispensable de développer d'autres procédés de vaccination pour contourner ce problème", poursuit la spécialiste. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé de la soie d'araignée d'épeire diadème, une araignée de jardin très commune en Europe. Ce matériau très léger, résistant et non-toxique, est en outre synthétisable artificiellement.
"Nous avons recréé en laboratoire cette soie si particulière pour y insérer un peptide aux propriétés vaccinales", explique Thomas Scheibel de l'Université de Bayreuth (D), spécialiste mondial de la soie d'araignée, qui a participé à cette étude. "Ensuite, les chaînes de protéines ainsi formées sont enroulées sur elles-mêmes afin de former des microparticules injectables", dit-il.
Les microparticules de soie forment une sorte de capsule de transport capable non seulement de protéger le peptide vaccinal afin qu'il ne soit pas dégradé par l'organisme, mais aussi d'acheminer son précieux chargement à bon port, au coeur même des cellules des ganglions lymphatiques, augmentant ainsi considérablement la réponse immunitaire des lymphocytes T. "Notre étude a apporté la preuve de la validité de notre technique", révèle la professeure Bourquin. Les scientifiques eux-mêmes ont été surpris par la résistance des microparticules de soie d'araignée à la chaleur. Elles supportent plus de 100°C pendant plusieurs heures sans dommage.
En théorie, ce procédé permettrait d'offrir des vaccins ne nécessitant ni adjuvant ni chaîne de froid. Un avantage indéniable, en particulier dans les pays en voie de développement où l'une des grandes difficultés est justement la conservation des vaccins. "De plus en plus, les scientifiques cherchent à imiter la nature dans ce qu'elle fait de mieux", ajoute Thomas Scheibel. "Cette démarche a même un nom : la bioinspiration". Les propriétés de la soie d'araignée en font un produit particulièrement intéressant : biocompatible, solide, fin, biodégradable, résistant aux conditions extrêmes, et même antibactérien. On peut imaginer de multiples applications, notamment des pansements ou des fils de suture, conclut l'UNIGE.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
UNIGE
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Sur le front de la lutte contre le redoutable cancer du cerveau, deux avancées importantes méritent d'être signalées : la première concerne une innovation de l'Inserm-Grenoble. Il s'agit d'un programme informatique capable de détecter et d’identifier automatiquement des lésions cérébrales.
L'IRM (ou imagerie par résonance magnétique) peut produire des images dites quantitatives, c'est-à-dire qui cartographient chacune un paramètre mesurable du cerveau (par exemple le débit sanguin, le diamètre vasculaire...). Des chercheurs de l'Inserm en collaboration avec une équipe de recherche de l'Université Grenoble Alpes ont combiné différents outils mathématiques innovants, pour apprendre à un programme informatique à analyser ces images quantitatives issues d'IRM cérébraux et à diagnostiquer d'éventuelles tumeurs. Ces analyses ont montré des résultats de haute fiabilité avec 100 % de localisations exactes et plus de 90 % de diagnostics corrects du type de tumeur. Dans un premier temps, le programme a appris à reconnaître les caractéristiques de cerveaux en bonne santé.
Confronté ensuite à des images de cerveaux atteints de cancers, il est ainsi devenu capable de localiser automatiquement les régions dont les caractéristiques divergent de celles des tissus en bonne santé et d'en extraire les particularités. Pour apprendre à l'intelligence artificielle à faire une différence entre les différents types de tumeurs, les chercheurs lui ont ensuite indiqué le diagnostic associé à chacune des images de cerveaux malades qui lui avaient été présentées. "Ces travaux montrent l'intérêt d'acquérir ce type d'images et éclairent les radiologues sur les outils d'analyse dont ils pourront disposer prochainement pour les aider dans leurs interprétations" précise Emmanuel Barbier, chercheur Inserm responsable de l'étude.
La seconde avancée se situe dans le domaine thérapeutique : une nouvelle étude réalisée par le centre espagnol de recherche sur les métastases cérébrales de Madrid vient de montrer l'intérêt de corriger les altérations du microenvironnement de la métastase dans le cerveau pour les traiter : 75 % de réponses ont été obtenues avec un bloqueur du gène STAT3 à la surface des cellules de la microglie. Des résultats qui pourraient être obtenus quelle que soit la tumeur initiale.
Le rôle du microenvironnement dans lequel se développe une tumeur est devenu une option qui est de plus en plus utilisée dans différents types de tumeurs du sang (myélome, LLC...) et de différents organes (poumon, peau...). Dans le cerveau, la transformation de ce microenvironnement en milieu hostile à tout développement d’une tumeur n’était pas jusqu'ici envisagée. Or, c’est une option qui a été testée avec succès par une équipe de chercheurs espagnols dans une étude de faisabilité.
Le cerveau ne contient pas que des cellules nerveuses. Autour de ces « neurones », il existe un tissu de soutien, la « microglie », qui a été jusqu’ici peu étudiée et qui ne sert pas seulement à nourrir les cellules nerveuses, mais aussi à les protéger via des fonctions immunitaires. Parmi les cellules de la microglie, il existe les « astrocytes » qui, en cas de lésion du cerveau, répondent par un état d’hyperréactivité favorable au développement des métastases. Cet état d’hyperréactivité est favorisé par l’activation du gène STAT3 et lorsque ce gène STAT3 est supprimé, la viabilité des métastases cérébrales semble fortement compromise.
Les chercheurs se sont tournés vers une base de données sur les molécules chimiques disponibles dans le monde, qu’elles soient commercialisées ou non commercialisées, la MET platform. Il s’agissait de trouver quelles étaient les molécules capables de bloquer le gène STAT3 dans cette base. Parmi ces molécules capables de bloquer ce gène, la silibinine, une molécule qui avait déjà été testée dans les tumeurs du cerveau, a été essayée avec succès chez la souris pour bloquer le gène STAT3.
La silibinine a donc été administrée à 18 malades volontaires souffrant d’un cancer du poumon avec métastases cérébrales, en association à leur traitement standard. La silibinine, en bloquant le gène STAT3 sur les astrocytes de la microglie altérée par les métastases, rend ce tissu hostile à l’implantation de ces tumeurs secondaires dans le cerveau.
Une réponse clinique sur les métastases cérébrales a été observée chez 75 % des malades, dont 20 % de réponses totales. La survie globale moyenne de ces malades a été allongée à 15,5 mois contre seulement 4 dans les groupes de malades sous traitement standard. Ce concept est très intéressant car il s’agit de bloquer une altération qui n’existe que dans les cerveaux agressés par les métastases et ceci quelle que soit le type de la tumeur d’origine.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Inserm
Nature
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Une nouvelle technique optique mise au point par des scientifiques français permet de localiser une molécule, par exemple une protéine, en 3D avec des précisions nanométriques inégalées à ce jour.
Cette technique, baptisée SELFI, a été mise au point par des équipes du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N) de l’Université de Bordeaux, en France. Elle ouvre selon ses créateurs des perspectives nouvelles, notamment en médecine régénératrice ou pour établir un diagnostic médical, des domaines où le besoin de connaître la localisation de molécules au sein d’organes et dans des échantillons de biopsie est d’un grand intérêt.
SELFI est basée sur un phénomène d’auto-interférences lumineuses (self-interferences) et peut s’adapter à n’importe quel microscope optique. Sa force : elle permet de révéler, à des profondeurs jamais atteintes avec ces résolutions, des structures moléculaires en 3D au sein de tissus biologiques reconstitués à partir de cellules souches humaines.
En 2014, les Américains Eric Betzig et William Moerner, ainsi que l’Allemand Stefan Hell, avaient reçu le prix Nobel de chimie pour le développement de la microscopie par fluorescence à très haute résolution. Jusqu’alors, la microscopie optique conventionnelle permettait une résolution maximale, compte tenu de la longueur d'onde de la lumière, d'environ 200 nanomètres. Les nobélisés ont réussi à contourner les obstacles qu'on jugeait infranchissables à l’époque et à repousser cette limite à une résolution de l'ordre du nanomètre. En passant du microscope au nanoscope, on pouvait désormais voir des virus, des protéines, et même des molécules.
Mais il était impossible de réaliser de telles observations en 3D sur des tissus biologiques intacts et épais (de plusieurs dizaines de couches de cellules, environ 50 micromètres). C’est cet exploit que les Français ont réalisé. Pour y arriver, ils ont eu l’idée d’exploiter la phase de l’onde de la lumière de fluorescence et pas uniquement l’intensité lumineuse, comme on le fait en microscopie de fluorescence.
Ils ont ainsi joué sur l’image de la lumière émise par la molécule, collectée par le microscope grâce à SELFI, en la répliquant et en la faisant se superposer pour générer un phénomène appelé interférences autoréférencées. Avec cette nouvelle source de « contraste » de l’image, les chercheurs peuvent alors déterminer la localisation de la molécule dans la profondeur du tissu.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
CNRS
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Des chercheurs de l'Institut Pasteur de Lille ont mis au point, en collaboration avec leurs collègues du CNRS et de l'Université de Lille, une nouvelle méthode de séquençage du génome humain qui optimise la détermination des mutations causales de maladies génétiques, et ce en termes de temps et de coûts.
Cet outil novateur a été expérimenté avec succès dans l'obésité extrême de l'enfant associée à une déficience intellectuelle. Baptisée CoDE-seq, cette technique permet en une seule étape le séquençage des mutations ponctuelles de tous les gènes et la détection très précise des délétions et duplications chromosomiques (appelées CNV).
Le but de ces recherches était d'améliorer le parcours de soins des patients atteints de maladies génétiques en développant une méthode d'analyse du génome plus efficace, moins chère et surtout plus rapide. CoDE-seq (pour Copy number variation Detection and Exome sequencing) combine le criblage de haute qualité de l'ADN des régions codantes des 20 000 gènes humains (exome) au séquençage de centaines de milliers de sondes de 120 nucléotides recouvrant de manière régulière l'ensemble du génome humain permettant l'analyse précise des variants du nombre de copies de gènes (CNV).
L'équipe lilloise a utilisé le kit déjà disponible sur le marché de Roche Diagnostics appelé MedExome qui n'explore que les exons des gènes humains, pour l'enrichir de sondes couvrant tous les chromosomes. Elle a étudié 82 patients avec une suspicion de forme monogénique d'obésité et/ou de déficience intellectuelle, dont 40 avaient été testés par la méthode de puce à ADN pour la détection des CNV.
Ces recherches ont montré que CoDE-seq pouvait non seulement détecter les 97 CNV identifiés par puce mais pouvait, en outre, en identifier 84 de plus. Sur ces 82 patients, un diagnostic moléculaire a pu être mis en évidence chez 27 d'entre eux (avec l'identification d'une ou deux altérations génétiques pouvant être responsables de la maladie). La moitié de ces diagnostics est due à des CNV, l'autre moitié à des mutations ponctuelles de l'exome. Cette nouvelle analyse de l'exome augmenté est rapide (trois semaines), et peu onéreuse, ouvre des perspectives prometteuses pour le diagnostic moléculaire des maladies génétiques rares.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Science Direct
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Découverte seulement en 2013, la famille de virus géants pandoravirus vient de s'enrichir de trois nouveaux membres, isolés par des chercheurs du laboratoire Information génomique et structurale (CNRS/Aix‐Marseille Université), associés au laboratoire Biologie à grande échelle (CEA/Inserm/Université Grenoble‐Alpes) et au CEA-Genoscope.
Dans leur étude, les chercheurs proposent une explication au fait que ces virus géants comportent de nombreux gènes totalement inconnus : les pandoravirus seraient des fabriques à nouveaux gènes – et donc à nouvelles fonctions. De phénomènes de foire à innovateurs de l’évolution, les virus géants continuent de secouer les branches de l’arbre de la vie !
Ces pandoravirus sont aussi grands que des bactéries et dotés de génomes plus complexes que ceux de certains organismes eucaryotes. Mais leur étrangeté – une forme inédite d’amphore, un génome énorme et atypique – posait aussi la question de leur origine.
La même équipe a depuis isolé trois nouveaux membres de la famille à Marseille, Nouméa et Melbourne. Avec un autre virus trouvé en Allemagne, cela fait désormais six cas connus que l’équipe a comparés par différentes approches. Ces analyses montrent que, malgré une forme et un fonctionnement très similaires, ils ne partageant que la moitié de leurs gènes codant pour des protéines. Or, les membres d’une même famille ont généralement bien plus de gènes en commun…
De plus, ces nouveaux membres de la famille possèdent un grand nombre de gènes orphelins, c’est‐à‐dire codant pour des protéines sans équivalent dans le reste du monde vivant (c’était déjà le cas pour les deux premiers pandoravirus découverts). Cette caractéristique inexpliquée est au cœur de tous les débats sur l’origine des virus. Mais ce qui a le plus étonné les chercheurs, c’est que ces gènes orphelins sont différents d’un pandoravirus à l’autre, rendant de plus en plus improbable qu’ils aient été hérités d’un ancêtre commun à toute la famille !
Analysés par différentes méthodes bioinformatiques, ces gènes orphelins se sont révélés très semblables aux régions non‐codantes (ou intergéniques) du génome des pandoravirus. Face à ces constats, un seul scénario pourrait expliquer à la fois la taille gigantesque des génomes des pandoravirus, leur diversité et leur grande proportion de gènes orphelins : une grande partie des gènes de ces virus naîtrait spontanément et au hasard dans les régions intergéniques. Des gènes « apparaissent » donc à des endroits différents d’une souche à l’autre, ce qui explique leur caractère unique.
Si elle est avérée, cette hypothèse révolutionnaire ferait des virus géants des artisans de la créativité génétique, qui est un élément central, mais encore mal expliqué, de toutes les conceptions de l’origine de la vie et de son évolution.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
CEA
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Pour que s’assemble dans le bon ordre le puzzle complexe des origines de la vie, l’une des pièces cruciales est l’apparition des premières molécules biologiques sur Terre, comme l’ARN (acide ribonucléique). Une étude de l’Institut pour les processus chimico-physiques du Conseil national des recherches (Ipcf-Cnr) de Messine a décrit, grâce à des techniques avancées de simulation numérique, un processus chimique qui, en partant de molécules simples et abondantes dans l’Univers, comme l’eau et le glycolaldéhyde, pourrait avoir conduit à la synthèse primordiale de l’érythrose, précurseur direct du ribose, le sucre qui compose l’ARN.
L’étude a été réalisée par une équipe qui inclut également l’Académie des Sciences de République Tchèque à Brno, et l’Université Paris-Sorbonne. “Dans l’étude, nous démontrons pour la première fois que des conditions prébiotiques déterminées, typiques des “mares primordiales” dans lesquelles se trouvaient les molécules inorganiques les plus simples, peuvent favoriser la formation non seulement des acides aminés, les briques fondamentales des protéines, mais aussi de certains sucres simples comme l’érythrose, précurseur des molécules qui composent l’ossature de l’ARN”, explique Franz Saija, chercheur de l’Ipcf-Cnr et co-auteur de la publication. “La synthèse de sucres à partir de molécules plus simples, qui peuvent avoir été transportées sur notre planète par des météorites à des époques primordiales, représente un grand défi pour les chercheurs qui s’occupent de chimie prébiotique.
La formation des premiers liens carbone-carbone dans des molécules très simples comme le formaldéhyde ne peut avoir lieu sans la présence d’un agent externe capable de catalyser la réaction : la présence de tels catalyseurs dans des milieux prébiotiques, cependant, reste un mystère”.
L’approche computationnelle en chimie prébiotique avait déjà permis à l’équipe de recherche, dans une étude publiée en 2014 sur Pnas, de simuler la célèbre expérience de Miller, à savoir la formation d’acides aminés à partir de molécules inorganiques contenues dans la “soupe primordiale”, soumises à d’intenses champs électriques.
“Dans notre expérience, en utilise des méthodes avancées de simulation numérique sur superordinateur, une solution aqueuse de glycolaldéhyde a été soumise à des champs électriques d’un ordre de grandeur d’un million de volts par centimètre, capables de catalyser cette réaction que les chimistes appellent réaction de formose et qui conduit à la formation de sucres à partir de formaldéhyde”, continue Giuseppe Cassone de l’Institute of Biophysics (Czech Academy of Sciences), premier auteur de l’article.
“Aujourd’hui l’approche computationnelle en chimie prébiotique a une importance fondamentale, parce qu’elle permet d’analyser de manière très spécifique les mécanismes moléculaires des réactions chimiques au fondement des processus qui ont conduit à la formation des molécules de la vie”, conclut Franz Saija.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Galileo
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Des chercheurs américains de la Temple University (Philadelphie) sont parvenus à inverser les troubles cognitifs chez des souris modèles de démence et de tauopathie. Alors qu’inverser le déficit cognitif et les déficiences dans l'apprentissage spatial est un objectif majeur dans le domaine de la recherche sur la démence humaine, ces travaux apportent un nouvel éclairage sur les voies cellulaires critiques impliquées dans le développement de la démence.
Ces chercheurs montrent, en effet, pour la première fois, sur un modèle animal, que la pathologie tau, le deuxième type de lésion cérébrale chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, peut être inversée par un médicament. Selon ces travaux dirigés par le Docteur Domenico Praticò, il serait possible d’intervenir après l’apparition de la maladie et sauver par thérapie médicamenteuse des souris voire des humains présentant déjà des déficits de mémoire induits par la protéine tau.
Cette équipe a montré que les molécules inflammatoires connues sous le nom de leucotriènes sont dérégulées dans la maladie d'Alzheimer et les démences apparentées. Via des expériences sur l’animal, l’équipe identifie la voie des leucotriènes comme une voie clé dans les derniers stades de la maladie : au début de la démence, les leucotriènes tentent de protéger les cellules nerveuses mais, à long terme, ils causent des dommages. En les bloquant, il serait donc possible d’inverser ces dommages et peut-être « réparer la mémoire » en cas de pathologie tau pré-existante.
Ces travaux ont montré que des souris transgéniques modèles de tauopathie, présentant des agrégats neurofibrillaires et des synapses perturbées, âgées de 12 mois soit l'équivalent de 60 ans chez l'homme, traitées avec du zileuton, un médicament qui inhibe la formation de leucotriènes, obtiennent, après 16 semaines de traitement, des scores très améliorés au test du labyrinthe.
Cette performance améliorée suggère une inversion du déficit de mémoire. Chez ces souris traitées, on constate une réduction de 90 % des leucotriènes par rapport aux souris non traitées, ainsi que des taux de tau inférieurs de 50 % ; les chercheurs ont également observé une disparition complète de l'inflammation : la thérapie a stoppé les processus inflammatoires dans le cerveau, permettant d’inverser les dommages liés à tau.
Le zileuton, un médicament déjà approuvé par la Food and Drug Administration pour le traitement de l'asthme, semble donc efficace contre les leucotriènes présents dans le cerveau, comme dans les poumons. C'est un vieux médicament pour une nouvelle indication qui pourrait changer la donne pour les malades d'Alzheimer.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Springer
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Le monde immense et encore peu connu des insectes n'a décidément pas fini de nous étonner. On savait déjà que certains vertébrés maîtrisaient des concepts numériques complexes, notamment l'addition ou la notion de zéro, mais cette capacité restait à démontrer chez les insectes. Les abeilles sachant compter au moins jusqu'à 5, les chercheurs ont voulu en avoir le cœur net et les ont formées au concept de « plus grand que » et « plus petit que ».
Ils ont d'abord appris aux abeilles à venir boire de l'eau sucrée sur un dispositif expérimental associant une plate-forme à une image. La règle est simple : « Choisis l'image où il y a le moins d'éléments ». La bonne réponse apporte de l'eau sucrée tandis que la mauvaise confronte les abeilles à une solution amère de quinine. Une fois que les abeilles ont intégré le principe du jeu, les chercheurs leur proposent une image vide et une image avec plusieurs points.
En choisissant l'image vide comme étant celle comportant le moins d'éléments, les abeilles ont montré qu'elles étaient capables d'extrapoler en considérant que le zéro est inférieur à 5, 4, 3, 2 ou 1.
Découvert par plusieurs civilisations (Babylone, Inde, Mayas), le concept de zéro est considéré comme une avancée intellectuelle majeure dans l'histoire de l'Humanité. Il permet de représenter l'absence d'objet en inventant un nombre pour « le rien » tout en considérant qu'il est une quantité. Le cerveau, qui a évolué pour traiter des stimuli sensoriels, peut aussi concevoir l'absence de stimulus comme un objet concret.
Cette découverte montre de manière remarquable que les abeilles, qui n'ont qu'un million de neurones, possèdent des capacités d'abstraction suffisantes pour concevoir le zéro. Cette faculté est sans doute apparue sous la pression de l'évolution, à mesure que ces insectes devaient mettre en œuvre des stratégies complexes pour se nourrir et remplir leur différentes tâches de pollinisation.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
CNRS
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Comment le cerveau humain parvient-il à apprendre à lire et comment est-il transformé par cette nouvelle façon d’accéder au langage, non plus par les oreilles mais par les yeux ? Pour essayer de répondre à cette fascinante question, dix enfants en cours préparatoire sont venus à l'Institut NeuroSpin tous les deux mois pendant un an pour participer à toute une série d'expériences.
Les enfants ont regardé des images d’objets, maisons, visages, corps mais aussi des mots et des lettres dans une IRM. Ils devaient appuyer le plus vite possible sur un bouton quand « Charlie », le personnage de bandes dessinées, apparaissait. Chacune de ces catégories d’images activait une région visuelle spécialisée, comme chez l’adulte.
Dès fin novembre pour certains enfants, une région, qui répondait plus aux mots qu’aux autres images, devenait visible : la « boîte aux lettres ». Pour d’autres, cela prenait plus de temps et la réponse de cette région était proportionnelle à leurs performances en lecture. Un an plus tard, une fois la lecture de mots familiers automatisée, seules persistaient dans l’hémisphère gauche la « boite aux lettres » et la région de conversion des lettres en sons dans les régions temporales du langage oral.
Une fois la lecture automatisée, les chercheurs ont cherché à remonter le temps et étudier chez chaque enfant ce que faisaient ces régions, notamment la « boîte aux lettres », avant de se spécialiser pour la lecture. Est-ce qu’apprendre à lire déplace les spécialisations déjà acquises pour d’autres catégories visuelles ou la « boîte aux lettres » émerge-t-elle dans une région encore « libre » de toute spécialisation ?
A l'issue de ces recherches, c'est la deuxième hypothèse qui semble la bonne. L’équipe de recherche a également constaté que le développement de la lecture dans l’hémisphère gauche (l’hémisphère du langage oral) bloque le développement de la région qui répond aux visages dans cet hémisphère, contrairement à ce qui se passe dans l’hémisphère droit. Cette compétition entre mots et visages à gauche, et pas à droite, aboutit à l’augmentation de l’asymétrie hémisphérique chez les lecteurs par rapport aux illettrés et aux dyslexiques observés dans de précédentes études.
Nous apprenons donc à lire aux enfants à un moment de plasticité de cette région, qui augmenterait sa réponse aux visages dans le milieu naturel. L’éducation a donc spontanément découvert les fenêtres de plasticité offertes par le calendrier de maturation du cerveau humain pour permettre un apprentissage efficace.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
CNRS
PLOS
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L'équipe de recherche de François Davodeau, au Centre régional de recherche en cancérologie Nantes-Angers, travaille dans le domaine de la médecine nucléaire et de la radio immunothérapie. Ces chercheurs se sont spécialisés dans l’identification d’antigènes tumoraux pouvant permettre de traiter des tumeurs de mauvais pronostic par médecine nucléaire.
Ces recherches portent notamment sur un sous-type de cancer du sein dit « triple négatif ». Ils représentent 17 % des cancers du sein, soit 10 000 femmes par an généralement un peu plus jeunes - moins de 40 ans - et dans la moitié des cas susceptibles de développement d'une résistance au traitement. Ce sont ces tumeurs au caractère agressif et à fort risque de rechute que vise François Davodeau, qui pense que la radio-immunothérapie pourrait pallier ce manque de moyen en améliorant la prise en charge.
La radio-immunothérapie consiste à injecter au patient par voie intraveineuse un anticorps couplé à un radio-isotope. L’anticorps est capable de reconnaître et de se fixer sur une protéine présente à la surface des cellules cancéreuses. L’accumulation de ces anticorps radio-marqués sur les tumeurs et les métastases permet de les irradier et de les détruire. Le produit est injecté par voie sanguine et circule dans l’organisme, ce qui permet de lutter à la fois contre la tumeur primaire et les métastases.
Un procédé déjà utilisé pour certains cancers du sang, mais à titre expérimental seulement pour des tumeurs dites « solides ». Pour le chercheur, il s’agit d’"améliorer une technique classique. Ce type de radiothérapie permet d’irradier et de détruire des tumeurs que l’on ne voit pas à l’imagerie, car le radio élément est amarré à une sorte de tête chercheuse. Cela offrirait donc la possibilité de détruire la tumeur mais aussi les métastases, y compris celles que l’on n’a pas encore décelées, ainsi que les cellules tumorales qui peuvent demeurer à la suite de la chirurgie, responsables de la récidive du cancer".
La technique développée par François Davodeau vise à déposer des éléments radioactifs directement sur les cellules tumorales, où qu’elles se trouvent dans le corps. L’enjeu est de déposer le plus vite possible une dose aussi importante que possible d’éléments radioactifs afin de détruire la tumeur en limitant la toxicité sur les organes sains.
François Davodeau travaille sur une technique en deux étapes, d'abord : ciblage des cellules tumorales partout dans le corps grâce à l’injection d’un fragment d’anticorps qui les reconnaît et s’y fixe. Deuxième étape : injection des éléments radioactifs qui se fixent quasi-immédiatement sur les fragments d’anticorps amarrés aux cellules tumorales. Pour ce faire, l’équipe de François Davodeau utilise la chimie « click » qui permet de réaliser des couplages très rapides.
L’espoir est non seulement que, si les recherches s’avèrent concluantes, elles évoluent vers le développement d’un médicament. Mais aussi que le procédé soit "adaptable à d’autres tumeurs solides et permette de traquer les métastases quelle que soit leur localisation".
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
Ouest France
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