Paris, 16 février 2015

Comment se forment les vertébrés ?

Un mécanisme physique simple, assimilable à un jeu de « pliages », permet de passer en une seule étape d'une masse de cellules informe à un embryon organisé selon le plan d'ensemble des vertébrés. Telle est la principale conclusion des travaux d'une équipe rassemblant des physiciens du Laboratoire matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot) et un biologiste du Laboratoire de biologie du développement (CNRS/UPMC). Grâce à des observations microscopiques et à des expériences de micromécanique, ils ont découvert que le patron guidant ces repliements est présent dès les premières étapes du développement. C'est le long de discontinuités entre domaines de cellules aux propriétés différentes que se formeront les plis donnant sa forme à l'animal. Ces travaux permettent de mieux comprendre le mécanisme de formation des vertébrés, et donc la façon dont ils sont apparus lors de l'évolution. Ils sont publiés sur le site de la revue European Physical Journal E, le 12 février 2015.
Comment l'évolution a-t-elle fabriqué une structure aussi complexe qu'un vertébré, organisé selon un axe antéro-postérieur, marqué dorsalement par le système nerveux, par le tube digestif du côté ventral, et présentant une symétrie droite-gauche presque parfaite ? Et comment, lors du développement embryonnaire, passe-t-on d'une masse de cellules ronde à un embryon organisé ? En travaillant sur des embryons de poulet, une équipe rassemblant physiciens et biologiste est parvenue à expliquer cette transition par un mécanisme physique assez simple.

Les chercheurs ont travaillé sur l'embryon de poulet car il est, à ce stade du développement, le modèle le plus proche de l'embryon humain. De plus, sa structure plane (un disque) facilite l'observation et la modélisation des mouvements de cellules. Cet embryon est formé de quatre anneaux concentriques. Au microscope, chaque anneau apparaît comme un ensemble de cellules de taille homogène, la taille de ces cellules augmentant du centre vers les anneaux périphériques, avec une variation « en marches d'escalier » d'un anneau à l'autre1. Non seulement ces domaines cellulaires formeront des tissus différents (nerveux, musculaire, digestif…) mais, comme l'ont découvert les scientifiques en filmant le développement de l'embryon, c'est aussi à la frontière entre deux anneaux successifs que l'embryon se plie systématiquement, dès le 2e jour de son développement. De ces plis résulte une forme en trois dimensions, typique des vertébrés.

En mesurant la rigidité des tissus, les chercheurs ont ensuite confirmé que ces frontières entre domaines cellulaires constituent de véritables discontinuités. La rigidité est d'autant plus importante que les cellules sont petites, vers le centre de l'embryon. Ainsi, dès qu'une force adéquate est appliquée, les régions périphériques plus molles (les flancs) s'enroulent « naturellement » autour de la région centrale, plus dure (le futur système nerveux central). La force en question est générée par la migration de certaines cellules, qui allonge l'embryon.

Ainsi, ces travaux proposent une explication pour coupler la différenciation des cellules et la morphogénèse (l'acquisition par l'embryon de sa forme), de sorte qu'un animal bien formé, ayant des territoires aux fonctions différentes et physiquement séparés, émerge « naturellement ». La compréhension de ce processus comble un vide conceptuel entre une masse informe de cellules et un « archétype d'animal », et aide à mieux comprendre comment les vertébrés ont émergé au cours de l'évolution.

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Sciences > Santé > Un test génétique autorisé aux Etats-Unis sans prescription médicale
Un test génétique autorisé aux Etats-Unis sans prescription médicale

Pour la première fois, la vente directe au public d’un test génétique de diagnostic médical a été approuvée aux Etats-Unis. Mais la société californienne 23andme ne peut commercialiser son kit que pour le dépistage d'une maladie très rare, le syndrome de Bloom.

GÉNOMIQUE. La Food and Drug Administration (FDA), l’agence fédérale qui réglemente médicaments et traitements médicaux aux États-Unis, vient de donner son feu vert à la société californienne 23andme.  Leader du marché de l’analyse génomique grand public, cette dernière peut désormais proposer à ses clients un test concernant une maladie génétique sans qu’il leur soit nécessaire d’obtenir une prescription médicale. C’est la première fois qu’une telle autorisation est donnée par les autorités de santé américaines et elle fait suite à une polémique qui a éclaté en 2012 entre l'organisme et le société.
Créée en 2006  par Anne Wojcicki  - qui n’est autre que l’épouse de Sergey Brin, le co-fondateur de Google -, 23andme proposait en 2012 à ses clients pour une centaine de dollars une analyse de leur ADN à partir d’un échantillon de salive. (Les prix avaient énormément chuté depuis le début - de 999 dollars à 499, puis à 99 - en raison des progrès des technologies de lecture de l'ADN). Quiconque le souhaitait pouvait ainsi connaître sa disposition génétique à un certain nombre de maladies (cancer, Alzheimer, maladies cardiovasculaires, diabètes, etc.), et obtenir des informations sur ses ancêtres lointains. Des milliers de ces kits avaient été achetés par des particuliers via Internet dans le monde. Les résultats de cette analyse génomique comportaient une interprétation des données brutes fondée sur les plus récents résultats de la recherche, mais ils n’étaient pas pour autant considérés comme des tests de diagnostic génétique. 23andme expliquait cependant que ses clients pouvaient ensuite partager ces éléments avec le médecin de leur choix pour obtenir, s’ils l’estimaient nécessaire, des compléments d’information. Sciences et Avenir avait alors publié un reportage rendant compte de l’une de ces expériences. Puisque la commercialisation de ce kit - réalisée également par Internet – était "essentiellement informative" et "destinée à la recherche et à l’enseignement" selon 23andme, elle n’exigeait donc aux Etats-Unis aucune autorisation formelle des autorités de santé. 23andme précisait cependant sur son site que son kit n’avait pas été officiellement validé par la FDA.
Un kit de diagnostic génétique médical ?
Mais en 2012, 23andme a décidé de soumettre à la FDA une demande visant à transformer son produit en un kit de diagnostic génétique médical. Non convaincue par les preuves de qualité présentées par la société, la FDA s’y est opposé, argumentant que ce type d’information médicale, trop complexe à interpréter, ne devait pas être directement accessible aux consommateurs. D’autant que la découverte potentielle de gènes de prédisposition à des risques de maladies génétiques graves, voire incurables, comportait des risques psychologiques importants pour les personnes concernées. Elle interdisait ainsi à 23andme de continuer à révéler ces informations à ses clients, l’entreprise se pliant à cette exigence. A partir de novembre 2013, elle a donc cessé de fournir des services d’interprétation de généalogie génétique mais a continué tout de même à donner, à ses nouveaux clients, l’accès à l’ensemble de leurs résultats génétiques "bruts". Comme ceux-ci n’étaient plus accompagnés d’une interprétation en termes de risques personnels, le non-spécialiste n’avait donc plus moyen de connaître les "secrets" sur sa santé inscrits dans ses gènes. À l’époque, certains spécialistes américains avaient critiqué la position de la FDA, argumentant que les risques psychologiques liés au fait de connaître sa propension génétique à telle ou telle maladie n’étaient pas aussi grands que le prétendait la FDA.
Le potentiel de fournir aux gens des informations sur des mutations dont ils sont porteurs et qu’ils pourraient transmettre à leurs enfants"
Mais après plusieurs mois de négociations avec 23andme, la FDA vient donc – contre toute attente – de faire volte-face. Elle autorise donc désormais l’entreprise américaine à communiquer à ses clients des éléments de prédisposition concernant une maladie génétique extrêmement rare, appelée syndrome de Bloom (lire encadré ci-dessous). Après des tests vérifiant la validité et la fiabilité du kit – ainsi qu’une évaluation de la compréhension des instructions et des résultats du test auprès d’un échantillon représentatif de la population américaine –, l’agence fédérale considère en effet désormais que ce celui-ci "a le potentiel de fournir aux gens des informations sur des mutations dont ils sont porteurs et qu’ils pourraient transmettre à leurs enfants" indique-t-elle dans son communiqué. Elle ouvre même la voie à d’autres autorisations potentielles à venir, arguant que "dans beaucoup d’autres situations de ce type, les consommateurs ne devraient pas avoir besoin de passer par un médecin pour accéder directement à leur information génétique personnelle" et savoir ainsi s’ils sont ou non porteurs d’un défaut génétique héréditaire. Elle révèle ainsi son intention d’exempter ce type de test, dans un futur proche, de la nécessité d’obtenir une autorisation préalable auprès des autorités de santé.
Qu’est-ce que le syndrome de Bloom ?

Le syndrome de Bloom est une maladie héréditaire extrêmement rare, due à des mutations au niveau d’un gène appelé BLM. Son mode de transmission est dit « autosomique récessif », ce qui signifie qu’il faut hériter deux copies du gène défectueux (l’un de son père, l’autre de sa mère) pour développer la maladie. Les porteurs d’une seule copie mutée ne sont pas affectés, mais si un couple de porteurs a des enfants, ceux-ci ont 25% de risque d’être atteints du syndrome de Bloom. Découverte et décrite en 1954 par David Bloom, dermatologue new-yorkais, le syndrome survient parce que les mutations du gène BLM conduisent à la formation anormale de certaines protéines appelées hélicases. Or, ces protéines sont impliquées dans des processus cellulaires cruciaux.

Seuls quelques 300 cas ont été documentés jusqu’à présent à travers le monde, dont 25% chez des personnes d’origine juive ashkénaze, en raison probablement du niveau élevé d’endogamie au sein de ces populations au cours de leur histoire.  Le syndrome de Bloom se caractérise par une forte prédisposition à développer « de multiples cancers très tôt dans la vie, tout comme des infections récurrentes, des maladies pulmonaires chroniques, des dépigmentations cutanées et le diabète » de l’adulte, peut-on lire sur le site www.23andme.com. Les victimes de la maladie sont habituellement de petite taille – ce qui reste un des mystères de ce syndrome.  Le test développé par 23andme ne détecte qu’une mutation particulière du gène BLM, appelée BLM-Ash, qui est responsable pour la majorité des cas de syndrome de Bloom chez les Ashkénazes..
Le revirement de la FDA
Pourquoi un tel revirement ? La FDA n’avait approuvé jusqu’ici qu’une poignée de tests de dépistage de maladies spécifiques. Or, comme l’explique la revue scientifique Nature, le nombre de test génétiques aujourd’hui possibles est devenu astronomique – et la FDA "ne peut plus continuer à appliquer l’approche laborieuse qu’elle a utilisé jusqu’à présent" pour approuver ce genre de tests. Elle affirme ne pouvoir plus s’assurer que de la qualité des dispositifs utilisés et du sérieux des entreprises qui les réalisent. Dans cette perspective de libéralisation, le kit de détection de prédisposition au syndrome de Bloom, dont elle vient d’accorder le droit de commercialisation à 23andme, est en fait "ballon d’essai", puisqu’il s’agit en fait d’une maladie extrêmement rare, dont on connaît la cause génétique. En outre, comme il s’agit de dépister des porteurs sains et adultes de la mutation génétique concernée, le risque ne concerne pas directement les personnes testées, mais leur éventuelle descendance.
Anne Wojcicki , patronne de 23andme, s’est dite bien sûr satisfaite de cette décision dans une lettre adressée à ses clients le 19 février. "Il s’agit d’un important premier pas vers l’accomplissement de notre compromis de redonner aux consommateurs américains l’accès à leurs bilans génétiques de santé. Cela nous fournit également un cadre légal pour la présentation de futures demandes."
Rappelons qu’en France, la législation en vigueur (Arrêté du 27 mai 2013 "définissant les règles de bonnes pratiques applicables à l'examen des caractéristiques génétiques d'une personne à des fins médicales") interdit à une entreprise de proposer ce type de tests directement aux consommateurs. Le dépistage génétique ne peut être prescrit que par un médecin agréé, concernant la maladie spécifique pour laquelle la personne à tester présente un risque, et réalisé par des laboratoires autorisés. Mais, en France comme ailleurs, chacun a accès, via Internet, aux services de 23andme et de ses nombreux concurrents…
Par Ana Gerschenfeld

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Une bactérie mutante d'Escherichia coli devient géante

Deux chercheurs ont mis en évidence une souche d'Escherichia coli qui peut grandir sans se diviser et atteindre les trois quarts d'un millimètre, soit 750 fois sa taille normale. Ces bactéries filamenteuses pourraient trouver des applications industrielles ou aider à comprendre certaines bactéries pathogènes.
Le 27/02/2015 à 15:39 - Par Marie-Céline Jacquier, Futura-Sciences

Habituellement, une bactérie Escherichia coli mesure 1 à 2 µm. Lors de sa croissance, la cellule grandit jusqu’à ce que sa taille double puis elle se divise en deux. Si la division cellulaire est bloquée, la bactérie peut continuer à grandir. Mais généralement ces cellules meurent en quelques heures car les mutations qui bloquent la division cellulaire ont un impact sur d’autres aspects essentiels à la physiologie bactérienne.
Ici, deux chercheurs de l’université Concordia à Montréal, au Canada, ont isolé un mutant chez qui les processus physiologiques autres que la division ne semblaient pas affectés. En conséquence, les cellules continuaient simplement à s’allonger, jusqu’à atteindre trois quarts d'un millimètre, soit 750 fois la taille normale d'une bactérie E. coli. Le matériel cellulaire se répartissait tout le long de la bactérie.
Dans leur étude parue dans la revue Journal of Bacteriology, les deux chercheurs décrivent ce mutant qui produit des cellules exceptionnellement longues sur un milieu de culture Luria Broth. Les cellules étaient capables de métabolisme, s’allongeaient rapidement, fabriquaient de l’ADN… Il ne leur manquait que la capacité à se diviser ! Le mutant était donc viable à des tailles où les cellules ne survivent généralement pas plus de quelques heures.


Un outil pour l’étude des bactéries ou pour l’industrie
Les raisons pour lesquelles ce mutant ne se divise pas ne sont pas totalement élucidées. Cependant, d’après Ziad El-Haji, principal auteur de l’article, le mutant comportait des niveaux réduits de FtsZ, une protéine essentielle à la division cellulaire. FtsZ se polymérise sous forme de filaments qui se regroupent et forment l'anneau Z qui pince la membrane de la bactérie pour permettre la division cellulaire.
Lorsque les chercheurs permettaient à nouveau aux cellules géantes de se diviser, celles-ci formaient des boucles en différents points avant la division. Ensuite, elles se divisaient au niveau de ces boucles ou à proximité. L’augmentation de la quantité de FtsZ permettait de restaurer la division cellulaire.
Le mutant isolé par les chercheurs pourrait devenir un outil pour étudier la physiologie d’E. coli sur des aspects parfois difficiles à explorer dans de petites cellules. Ces longues bactéries pourraient aussi aider à mieux comprendre les bactéries pathogènes et servir à extraire du cytoplasme. Enfin, cette recherche pourrait trouver des applications pour fabriquer des tubes. Comme le suggère le chercheur, de nouveaux tubes industriels à l’interface de la biologie, de la science des matériaux et des nanotechnologies pourraient être produits à partir des parois cellulaires d’E. coli géante.

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La musique booste (durablement) les capacités cognitives

CERVEAU. On le sait, la pratique de la musique est bénéfique au développement cognitif des enfants et des adolescents. Mais ce bénéfice perdurerait longtemps après, à l'âge adulte, et même jusqu'à un âge avancé selon une nouvelle étude menée par l'Institut de recherche Rotman au Canada. Selon les chercheurs qui ont publié leurs travaux dans la revue The Journal of Neuroscience le 28 janvier 2015, commencer la musique avant 14 ans et poursuivre durant 10 ans un "entrainement intensif" aurait un effet significatif et durable sur la capacité à appréhender et comprendre un discours, y compris chez les personnes âgées. La plasticité cérébrale acquise au cours d'une formation.

Pour mener à bien leur étude, les scientifiques ont recruté 20 adultes en bonne santé âgés de 55 à 75 ans sans défaillance auditive : 10 musiciens et 10 personnes sans formation musicale. Des fragments de discours, parfois très succins, pouvant même se résumer à des "ooo" ou des "ahhh" leur étaient envoyés à travers des écouteurs. Dans le même temps, les chercheurs analysaient l’activité neuronale par électroencéphalogramme, une technique d’imagerie capable de mesurer avec une grande précision le "timing" exact de l’activité électrique qui survient dans le cerveau en réponse à des stimuli extérieurs.
Une réponse du comportement cérébral deux à trois fois plus performante chez les musiciens

Résultat ? Le cerveau des musiciens âgés a fait preuve de réponses neurophysiologiques mieux assurées et plus efficaces."Nous avons observé une réponse du comportement cérébral qui était deux à trois fois plus performante chez les musiciens âgés que chez les non-musiciens. En d’autres termes, le cerveau des premiers procure à ceux-ci une description beaucoup plus nette, précise et détaillée d’un discours, ce qui explique probablement pourquoi ils comprennent mieux un message", explique Gavin Bidelman, premier auteur de l'étude. Pour les chercheurs, ceci ne fait aucun doute : le sens et les nuances de ce message étaient mieux compris par les musiciens en raison de la plasticité cérébrale acquise durant leur formation.

L'éducation musicale retarde le déclin cognitif
Ce qu'il est important de retenir est qu'une éducation musicale permet d'être mieux armé contre un déclin cognitif lié à l'âge. Les chercheurs insistent ainsi sur l’importance d’en bénéficier dans les écoles ou dans le cadre de programme de rééducation pour les personnes âgées. Reste qu'un "entraînement intensif" instrumental de dix années consécutives est loin d'être une sinécure et nécessite un encadrement qu'une école lambda n'est pas forcément en mesure de fournir. Or l'étude se fonde sur des musiciens (amateurs ou professionnels ?) ayant clairement une longue pratique de leur instrument.

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