Paris, 13 SEPTEMBRE 2013

Nourris au CO2, les plus petits organismes du plancton se développent aux dépens des plus grands

Les plus petits organismes planctoniques vont-ils déterminer le futur des océans ? Une expérience menée par le projet européen EPOCA coordonné par Jean-Pierre Gattuso du Laboratoire d'océanographie de Villefranche (CNRS/UPMC) a montré que le pico- et le nanoplancton prospèrent en cas d'augmentation de la concentration en dioxyde de carbone (CO2) dans l'eau de mer, provoquant un bouleversement de la chaîne alimentaire. Deux processus intervenant dans la régulation du climat sont également affectés : l'exportation de carbone vers l'océan profond et la production de sulfure de diméthyle, un gaz qui contrecarre l'effet de serre. Un volume spécial de la revue Biogeosciences présente les résultats de cette étude menée en Arctique par une équipe impliquant principalement des chercheurs de l'Institut GEOMAR, du CNRS et de l'UPMC1, avec le soutien de l'Institut polaire français.
Depuis 1800, environ le tiers des émissions de CO2 dues aux activités humaines ont été absorbées par les océans (ce qui équivaut chaque année à 1 tonne de CO2 par personne). Cette absorption entraîne une acidification des océans qui a été pendant quatre ans l'objet d'étude du projet EPOCA (European Project on Ocean Acidification). Lancé en 2008 et coordonné par Jean-Pierre Gattuso, chercheur CNRS au LOV, EPOCA a rassemblé plus de 160 chercheurs de 32 institutions européennes. L'une des expériences phare d'EPOCA s'est déroulée dans l'océan Arctique en 2010 durant cinq semaines. Pourquoi l'Arctique ? En raison de la basse température de ses eaux, cet océan absorbe davantage de CO2 que les autres. L'acidification y est donc plus rapide que dans les régions tempérées et tropicales. De plus, il était important de réaliser cette expérience in situ afin de bien prendre en compte les liens existants entre les organismes au niveau d'une communauté (compétition, prédation…) et de confronter ces résultats à ceux des études menées en laboratoire.

Fin mai 2010, l'équipe internationale chargée de cette expérience, constituée de 35 chercheurs et pilotée par Ulf Riebesell de l'institut allemand GEOMAR, a commencé par déployer neuf mésocosmes, sortes de tubes à essai flottants, dans le baie du Roi au large de Ny-Ålesund, à l'ouest du Spitzberg. Ces mésocosmes étaient formés d'immenses sacs en plastique de 50 m3 maintenus par des structures de 8 mètres de haut. Ils ont permis d'emprisonner l'ensemble du plancton présent dans le fjord. Dans sept de ces sacs, la concentration de CO2 a été graduellement augmentée pour atteindre le niveau attendu dans 20, 40, 60, 80 et 100 ans. Les deux autres sacs, les « sacs contrôle », représentaient les conditions naturelles sans modification. Chaque jour, une cinquantaine de paramètres chimiques et biologiques a été mesurée et des échantillons ont été prélevés régulièrement pour être ensuite analysés au laboratoire.

Principal résultat : le plancton de petite taille, le pico- et le nanoplancton², croit plus vite et produit plus de carbone organique lorsque la teneur en CO2 est élevée. Or, si ce minuscule plancton se développe de manière importante, il consomme les sels nutritifs (comme l'azote) habituellement disponibles pour les espèces de plus grande taille. La croissance de ce tout petit plancton, base de la chaîne alimentaire, se fait donc aux dépens des diatomées, du phytoplancton de plus grande taille qui fait partie du microplancton. Cette expérience a été trop courte pour déterminer si ce phénomène a un impact sur la nutrition du zooplancton, qui se nourrit de plancton d'origine végétale.

En outre, les écosystèmes dominés par du pico- et du nanoplancton transfèrent moins de carbone dans l'océan profond. Ce phénomène pourrait donc réduire l'absorption de CO2 par les océans. Un autre processus contribuant à la régulation du climat pourrait également être affecté : la production de sulfure de diméthyle (DMS). Émis par le phytoplancton, ce gaz favorise la formation de nuages au-dessus des océans. En situation de concentration en CO2 élevée, les chercheurs ont observé une production moindre de DMS, ce qui entrainerait une augmentation de la quantité de rayonnement solaire atteignant la Terre et renforcerait ainsi l'effet de serre. Outre la chaîne alimentaire marine, l'acidification des océans affecterait ainsi des processus jouant un rôle important dans le système climatique.

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Paris, 29 JUILLET 2013

De nouvelles molécules aux propriétés inédites ciblant le cytosquelette
Le dysfonctionnement du cytosquelette, élément constituant de la cellule, est souvent synonyme de pathologies comme l'apparition de métastases. Pour cette raison, c'est une cible d'intérêt pour de nombreuses thérapies. Des équipes du CNRS, de l'Université de Strasbourg et de l'Inserm emmenées par Daniel Riveline(1) , Jean-Marie Lehn(2) et Marie-France Carlier(3), ont synthétisé des molécules capables de provoquer une croissance rapide des réseaux d'actine, l'un des composants du cytosquelette. C'est une première car seules des molécules stabilisant ou détruisant le cytosquelette d'actine étaient disponibles à ce jour. Ces composés aux propriétés inédites, dont l'action a été décryptée in vitro et in vivo, offrent un tout nouvel outil en pharmacologie. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Communications le 29 juillet 2013.
Le cytosquelette est composé notamment de filaments d'actine et de microtubules. Constitué de polymères en assemblage dynamique, il se construit et se déconstruit toutes les minutes et conditionne de nombreux processus cellulaires comme le mouvement, la division ou le transport intracellulaire. Il participe aux étapes clés de l'embryogénèse et à d'autres processus cruciaux du vivant. Son dysfonctionnement peut ainsi conduire à des pathologies graves. Certaines métastases par exemple se manifestent notamment par une activité amplifiée du cytosquelette. Identifier de nouvelles molécules ciblant le cytosquelette représente donc un enjeu majeur.

Jusqu'à présent, les molécules connues et utilisées en pharmacologie avaient pour effet de stabiliser ou de détruire le cytosquelette d'actine. L'actine permet d'assurer des actions vitales en s'assemblant et se désassemblant spontanément, continuellement et rapidement sous la forme de filaments qui s'organisent et forment des réseaux de faisceaux parallèles ou de mailles entrecroisées (appelés réseaux lamellaires). Issus de la chimie supramoléculaire(4), les nouveaux composés mis au point par les chercheurs ont des propriétés inédites : ils provoquent en quelques minutes la croissance des réseaux lamellaires de filaments d'actine. C'est donc la première fois qu'un outil pharmacologique induit ce processus de croissance du réseau d'actine alors que le vivant l'effectue en permanence. Les chercheurs ont ainsi montré que l'action de ces composés est spécifique in vivo (sur des cellules). Ils ont de plus identifié le mécanisme de croissance du réseau d'actine par des études comparées in vivo et in vitro, afin d'en assurer la validité.
 
Pour la biologie cellulaire ou moléculaire, cet outil propose un nouveau mode d'action possible sur le cytosquelette : il ouvre ainsi de nouvelles perspectives d'étude dans le décryptage du vivant. Ce résultat est probablement le point de départ pour la conception de nouveaux composés, issus de la même chimie, et potentiellement candidats à de nouvelles thérapies ciblant le cytosquelette.

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Paris, 3 mars 2014

Découverte d'un nouveau type de virus géant âgé de plus de 30 000 ans

Un nouveau type de virus géant, baptisé « Pithovirus », a été découvert dans le sol gelé de l'extrême Nord-Est sibérien par des chercheurs du laboratoire « Information génomique et structurale » (CNRS/AMU), associés à des équipes du laboratoire Biologie à grande échelle (CEA/Inserm/Université Joseph Fourier), du Génoscope (CEA/CNRS) et de l'Académie des sciences de Russie. Enfoui dans le sol, ce virus géant, inoffensif pour l'Homme et les animaux, a survécu à plus de 30 000 ans de congélation. Bien que sa taille et sa forme en amphore rappelle celles de Pandoravirus, l'analyse de son génome et de son mode de réplication prouve que Pithovirus est très différent. Ces travaux portent ainsi à trois le nombre de familles distinctes de virus géants. Ils sont publiés sur le site des PNAS la semaine du 3 mars 2014.
Avec la famille des Megaviridae (représentée notamment par Mimivirus découvert en 2003) et celle des Pandoraviridae1, les chercheurs pensaient avoir répertorié la diversité des virus géants (seuls virus visibles en microscopie optique du fait d'un diamètre supérieur à 0,5 micron). Ces virus, qui infectent les amibes du genre Acanthamoeba, renferment un très grand nombre de gènes par rapport aux virus courants (les virus comme ceux de la grippe ou du SIDA contiennent une dizaine de gènes). La taille de leur génome est comparable ou dépasse celle du génome de nombreuses bactéries.

En étudiant un échantillon de sol gelé en provenance de l'extrême Nord-Est sibérien (région autonome de Chukotka), les chercheurs ont eu la surprise d'y découvrir un nouveau virus géant âgé de plus de 30 000 ans (contemporain de l'extinction de l'homme de Néanderthal), qu'ils ont appelé « Pithovirus sibericum ». Sa forme en amphore, tel Pandoravirus, a d'abord conduit les scientifiques à penser qu'il s'agissait d'un nouveau membre, certes très ancien, de cette famille. Mais l'analyse génomique de Pithovirus a démontré qu'il n'en était rien : Pithovirus et Pandoravirus n'ont aucune parenté génétique. Le génome de Pithovirus, même s'il reste grand pour un virus, contient beaucoup moins de gènes (environ 500) que celui des Pandoravirus (qui peut atteindre 2 500 gènes). Les chercheurs ont également analysé la composition en protéines (le protéome) de la particule de Pithovirus (longue de 1,5 micron pour 0,5 micron de diamètre). Ils se sont alors aperçus que sur les centaines de protéines qui la constituent, elle n'en partageait qu'une ou deux avec la particule de Pandoravirus.

Une autre différence primordiale entre les deux virus concerne leur mécanisme de réplication à l'intérieur des cellules d'amibe. Alors que les Pandoravirus requièrent la participation de nombreuses fonctions du noyau cellulaire de l'amibe pour se répliquer, l'essentiel de la multiplication des Pithovirus se déroule dans le cytoplasme (en dehors du noyau) de la cellule infectée, rappelant en cela le comportement des grands virus à ADN, comme ceux de la famille des Megaviridae. Paradoxalement, malgré un génome plus petit que celui des Pandoravirus, Pithovirus aurait moins besoin de la machinerie cellulaire de l'amibe pour se propager. Le degré d'autonomie des virus géants par rapport à leur cellule hôte n'apparaît donc pas corrélé avec la taille de leur génome, qui elle-même n'est pas liée à la taille de la particule qui les transporte.

L'analyse approfondie de Pithovirus révèle qu'il n'a quasiment aucun point commun avec les virus géants précédemment caractérisés. Il inaugure donc une nouvelle famille de virus, portant à trois le nombre de familles de virus géants connus à ce jour. Cette découverte, venant rapidement après celle des Pandoravirus, suggère aussi que la diversité des virus en forme d'amphore est peut-être aussi grande que celle des virus dits « icosaédriques »2, qui sont parmi les plus répandus à ce jour. Elle souligne combien notre connaissance de la biodiversité microscopique reste partielle dès que l'on explore de nouveaux environnements.

Enfin, cette étude montre que des virus peuvent survivre dans le pergélisol (couche de sol gelé en permanence des régions arctiques) sur des périodes quasiment géologiques, c'est-à-dire sur plus de 30 000 ans (correspondant au Pléistocène supérieur). Cette démonstration a des implications importantes sur les risques de santé publique liés à l'exploitation des ressources minières et énergétique des régions circumpolaires que le réchauffement climatique rend de plus en plus envisageable. La résurgence de virus considérés aujourd'hui comme éradiqués, tel celui de la variole dont le processus de réplication est similaire à celui des Pithovirus, n'est désormais plus du domaine de la science-fiction. La probabilité d'un tel scénario devrait être estimée de manière réaliste. Le laboratoire « Information génomique et structurale » s'y attèle d'ores et déjà à travers une étude métagénomique du permafrost qui bénéficie du soutien de l'infrastructure nationale France-Génomique (Investissement d'avenir).

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LES BIOTECHNOLOGIES

Les biotechnologies actuelles sont l'objet d'un vif débat de société. On examinera les fondements scientifiques et philosophiques des biotechnologies, fondements qui restent mal connus du public comme reste mal connu l'esprit des développements actuels des sciences de la vie. Les biotechnologies ne constituent pas une anti-nature ou une contre-nature, mais une nature possible et réalisable.
Les biotechnologies actuelles, qui ont été largement anticipées tout au long du vingtième siècle, résultent de la confluence des pratiques d'amélioration des espèces végétales et animales, phytotechnie et zootechnie et de transformation des produits agricoles (pratiques extrêmement anciennes) d'une part, et d'autre part des développements de la biologie moléculaire des années soixante qui ont mis en évidence les outils cellulaires (enzymes de restriction, trasncriptase réverse, et autres enzymes) utilisés par la suite dans les biotechnologies.
Les biotechnologies sont rendues possibles par un certain nombre de propriétés de la matière vivante, au premier rang desquelles la malléabilité et la stabilité. Elles ne font qu'étendre le "jeu des possibles" et le "bricolage moléculaire" , que François Jacob a établis comme caractéristiques essentielles de l'évolution biologique. Les biotechnologies représentent, comme l'a dit Manfred Eigen, une "évolution dirigée" reposant sur les mêmes mécanismes que ceux de l'évolution biologique, reproduite et prolongée in vitro.
Sur le plan philosophique, les biotechnologies sont fondées sur la réalisabilité du possible, caractère sur lequel les philosophes ont souvent insisté, et sur la proximité entre nature et technique, qu'ils ont également très souvent reconnue. Certain des plus notables des philosophes récents qui ont étudié les techniques ont insisté sur leur caractère humain.
En conclusion, les biotechnologies contemporaines en expansion posent certains problèmes qui ne pourront être résolus que par la discussion rationnelle fondée sur une information rigoureuse et non sur des jugements a priori. A cet égard, il convient de souligner que la philosophie ne va pas nécessairement dans le sens de l'opinion quelle qu'elle soit.

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