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lu pour vous numéro 126

Détails

" Lu pour vous " n° 126*

Sommaire :

  • High Tech - optique : Les prouesses des nouveaux microscopes. Une nouvelle génération d'instruments d'optique permet de voir en détail et en 30 les plus infimes structures d'une cellule.
  • Santé - neurologie : Soigner par stimulation électrique.
  • Santé : Un espoir sur le front des antibiotiques. Pour lutter contre la résistance à ces médicaments, problème de santé publique à l'échelle mondiale, des équipes proposent des stratégies innovantes et prometteuses.
  • Le corps comme vous ne l’avez jamais vu- le génie du corps humain en images.Les rythmes : cœur, cheveux, os, cellules... chaque organe suit son propre temps. Et c'est une horloge interne logée dans le cerveau qui synchronise toutes ces activités.

High-tech ;-optique : les prouesses des nouveaux microscopes. Une nouvelle génération d'instruments d'optiques permet de voir en détail et en 30 les plus infimes structures d'une cellule.

lpv1261La microscopie a franchi un nouveau pas vers la visualisation de l'infiniment petit : une équipe américaine de l'université Yale a obtenu les premières images en trois dimensions de cellules entières à la résolution de 10 nanomètres (nm) sur des échantillons épais de 10 micromètres.

Auparavant, l'épaisseur des échantillons scannés se limitait à 100 nm, soit 10 fois moins, ce qui ne permettait pas d'exploiter l'intérieur des cellules, mais seulement leur surface.

Un autre exploit, publié presque simultanément, est l'œuvre des chercheurs de l'Institut Max Planck de chimie biophysique, à Gëttingen (Allemagne). Ils ont utilisé un instrument ultrasensible sur des tissus vivants de drosophiles (des mouches) pour observer l'armature des cellules. Celle-ci est formée de réseaux de « micro tubes », des structures rigides composées d'une protéine, la tubuline. Pour les visualiser, les chercheurs ont introduit chez la drosophile un gène qui les a rendues fluorescentes. La précision obtenue dévoile la complexité du cytosquelette des cellules suivant les tissus de l'insecte ; musculaires, intestinaux, salivaires ou ovariens. Ces fascinantes images sont les derniers exemples en date des prouesses réalisées par une nouvelle génération de microscopes optiques appelés nano scopes.

Nano pour 10-9, soit un milliardième de mètres. Apparus il y a une dizaine d'années, ils permettent de voir les plus petites structurent assurant le fonctionnement de la cellule. Ces appareils ont fait voler en éclats la barrière de résolution de 200 nm de tous les microscopes, que l'on pensait immuable depuis plus d'un siècle. Une limite liée à la nature ondulatoire de la lumière, qui interdisait l'accès aux structures mêmes les plus fines des cellules. Avec les nano scopes, qui multiplient la résolution par 10 ; celles-ci sont devenues visibles dans leur état naturel. Elles peuvent même être explorées dans des cellules vivantes.
La mise au point de ces instruments a valu en 2014 le prix Nobel de chimie à ces principaux inventeurs, l'allemand Stefan w. Hell et les américains Eric Betziger et William E. Moerner.

Précis à 20 milliardièmes de mètre près.

D'un point de vue technique, cette résolution repose sur l'utilisation de plusieurs lasers agissant sur la fluorescence de marqueurs fixés sur des protéines de cellules. Le signal de chaque molécule fluorescente peut être éteint afin de limiter localement les effets de diffraction de la lumière et de faciliter sa localisation. Voilà pourquoi on parle également de « microscopie à fluorescence de sucer-résolution » pour la nanoscopie. De plus des capacités informatiques très importantes sont mobilisées pour traiter le signal de fluorescence émis par chaque molécule dans le dans les milliers de plans balayés par les lasers, de façon à reconstituer une image précise à 20 milliardièmes de mètres près. Toutes les images sont ensuite assemblées pour obtenir le paysage interne en 30 des structures fluorescentes observées dans la cellule.

Chaque étape a maintenant été optimisée. Le traitement du signal, notamment, est réalisé grâce à une technique emprunté à l'astronomie : l'optique adaptative. Parmi les révélations de ces images inédites, des centaines de pores à la surface du noyau des cellules, ou des chromosomes compactés dans le noyau de spermatozoïdes de souris ? Et ce n'est qu'un début ! Beaucoup de microstructures présentent dans les cellules vont maintenant pouvoir être explorées au niveau moléculaire. Ainsi que la structure des virus et des bactéries, que les médecins peuvent espérer observer à ce niveau de résolution pour la première fois

Source : Science et Avenir, n° 834, août 2016, signé Pierre K.

Santé - neurologie : Soigner par stimulation électrique.

Un dispositif implanté sur le nerf vague des patients atteints de polyarthrite rhumatoïde a permis de réduire les symptômes de cette affection dégénérative.

Dans le cas particulier, une maladie dégénérative inflammatoire due à une dégradation du cartilage et une destruction osseuse, certains médicaments sont moins efficaces que la stimulation électrique.

Des médecins de l'université d'Amsterdam associés à l'Institut Feinstein de Manhasset, dans l'Etat de New-York, viennent en effet de montrer qu'une stimulation électrique améliore significativement la vie des patients. Ces derniers étaient soignés classiquement avec des anti-inflammatoires pour soulager les douleurs ou des immunosuppresseurs pour contrôler l'inflammation. Or, si ces traitements permettent de stabiliser la maladie, « certains patients n'y réagissent pas, et les malades rechutent le plus souvent après l'interruption », notent les auteurs de l'étude.

La méthode a consisté à placer un stimulateur sur le nerf vague, qui relie le cerveau à de nombreux organes et inhibe la production de molécules inflammatoires (cytokines), phénomène baptisé « réflexe inflammatoire ». Concrètement, le dispositif ressemble à un pacemaker. L'essai clinique a concerné 17 patients souffrant de polyarthrite rhumatoïde, dont plusieurs en échec de thérapeutique. Résultat : après trois mois : la production de TNF (tumor necrosis factor), une importante cytokine impliquée dans l'inflammation, a été inhibée, la sévérité de la maladie en étant réduite. Plusieurs patients ont bénéficié d'améliorations significatives sans effets secondaires sérieux.

« C'est la première étude qui montre que l'on peut traiter la polyarthrite rhumatoïde en stimulant directement le réflexe inflammatoire par un dispositif électrique implanté », commente Paul Peter Tak, coauteur de la publication.

Source : Science et Avenir, n° 834, août 2016, signé Elena Sender.

lpv1262La piste de la bioélectronique.

L’automne prochain, l'institut Fezinstein inaugurera son premier centre consacré à cette technique qui consiste à stimuler des points nerveux. « Les affections inflammatoires sont les premières cibles de la médecine bioélectronique, y explique-t-on. Tous les organes étant innervés, on peut raisonnablement faire l'hypothèse que l'implantation de dispositifs permettant de moduler les signaux neuronaux peut traiter efficacement un grand nombre de maladies : hémorragies, paralysie, hypertension, diabète... ».

Un nouvel eldorado médical ?

Santé : un espoir sur le front des antibiotiques.Pour lutter contre la résistance à ces médicaments, problème de santé publique à l'échelle mondiale, des équipes proposent des stratégies innovantes et prometteuses.

La résistance aux antibiotiques devient un problème d santé publique dramatique.

Les revues d'infectiologie multiplient les alertes face au développement croissant de bactéries multi résistantes, pourraient échapper demain à tout traitement antibiotique. Selon un rapport publié le 19 mai, si rien n'est fait, il faudra s'attendre au décès en 2050 de 10 millions de personnes par an. Entre aujourd'hui et 2 050, l’antibiorésistance pourrait coûter jusqu'à cent mille milliards de dollars à l'économie mondiale.
Ce risque est l'une des plus grandes menaces sanitaire.

Mais, certaines sociétés du secteur des biotechnologies pourraient bien changer la donne, au sein de ces entreprises de taille plus modeste que les groupes internationaux, les chercheurs développent en effet des pistes innovantes pour contourner l'antibiorésistance.
C'est notamment ce qu'a rapporté la revue Nature de janvier 2015, qui a publié une étude réalisée par des chercheurs de l'université de Boston, de l'université de Bonn et d'une société américaine Novobiotic Pharmaceuticals.

Un mode d'action novateur.

lpv1263Cette équipe a en effet mis au point un dispositif miniaturisé prometteur, baptisé « iChip » » (isolation chip), qui permet d'incuber des bactéries du sol dans leur environnement naturel, alors que 99% d'entre elles ne sont pas cultivables le laboratoire bien qu'elles constituent la principale source d'antibiotiques. Résultat : 50% des bactéries du sol ont réussi à « pousser » contre seulement 1% dans les conditions habituelles de culture.
Après analyse de 10 000 d'entre elles, les chercheurs ont réussi à identifier un extrait d'un germe inconnu qui s'est avéré être efficace pour lutter contre des bactéries dites à Gram positif.

Après avoir purifié cet extrait, produit par une bactérie à Gram négatif, ils ont isolé un nouvel antibiotique, nommé teixobactine, qui agit en empêchant les bactéries de fabriquer leur paroi. La teixicobactine n'est active que sur les bactéries à Gram positif, contre lesquelles la médecine dispose encore, pour l'heure, d'un arsenal suffisant. Elle s'est ainsi montrée très efficace pour lutter contre le staphylocoque doré, le pneumocoque (responsable d'infections respiratoires), Clostridium difficile (responsable de diarrhée} ou le bacille du charbon. Novobiotic Pharmaceuticals espère lancer un essai clinique dès 2017 chez des patients.

La teixobactine pourrait aussi constituer un nouveau traitement de la tuberculeuse, contre laquelle nous sommes souvent démunis. Elle représente probablement le premier composé d'une nouvelle classe d’antibiotiques.

Surtout, cette nouvelle molécule semble être une arme redoutable : aucun staphylocoque doré ni bacille tuberculeux n'a développé de résistance contre elle, bien qu'ils y aient été exposés pendant 27 jours. Un avantage lié au modèle d'action novateur de cet antibiotique qui contrairement aux autres, n’interagit pas avec une protéine (enzyme) mais avec des lipides.

Les chercheurs restent cependant prudents.

lpv1264Les scientifiques sont d'ores et déjà persuadé d'une chose : un avenir radieux s'ouvre devant l’iChip Il permet d’exploiter un réservoir environ 100 fois plus abondant que celui exploité aujourd'hui. L'iChip pourrait permettre de découvrir un jour des antibiotiques actifs contre des bactéries à Gram négatif multi résistantes.

Des traitements qui préservent le microbiote.

Une autre piste radicalement différente mais tout aussi prometteuse, est actuellement poursuivie par Eligo Bioscience, une start-up française hébergée à l'Institut Pasteur de Paris.

L'objectif est la mise au point d'antibiotiques capables de détruire spécialement des bactéries virulentes ou résistantes, tout en laissant intact le microbiote intestinal (flore digestive), habituellement mis à mal par l'antibiothérapie. Cet axe de de recherche repose sur l'emploi de CRISPR-Cas9, un outil de biologie moléculaire qui permet de couper l'ADN avec une efficacité et une précision inédite. Le but est ici de détruire des séquences génétiques propres aux bactéries pathogènes, la cible pouvant être localisée dans le chromosome bactérien ou dans des plasmides, ces petites molécules circulaires d'ADN portant la grande majorité des gènes de virulence et de résistance des bactéries pathogènes. Dans le premier cas, l'effet est létal pour la bactérie, incapable de survivre à un dommage qu'elle ne parvient pas à réparer, dans le second le petit ADN détruit ne peut plus être transmis d'une bactérie à l'autre, limitant ainsi la dissémination de souches résistantes. Ces germes peuvent alors redevenir sensibles à l'antibiotique.

Pour que CISPR-Cas9 atteigne ses cibles, les chercheurs utilisent des bactériophages, ou phages, des virus capables d’infecter des bactéries, rendus incapables de se répliquer, leur ADN ayant été remplacé par les ciseaux moléculaires CRISPR. Dès lors, ces virus agissent comme des antibiotiques intelligents, ne tuant que les bactéries porteuses de séquences génétiques spécifiques tout en laissant le reste du microbiote intact

La démonstration de faisabilité de cette stratégie a été faite. Les chercheurs ont réussi chez le ver, à éliminer une souche pathogène l' Escherichia coli dans un modèle d'infection intestinale. De même, ils sont parvenus, chez la souris, à réduire de 50% le nombre de staphylocoques dorés multi résistants dans un modèle de colonisation bactérienne cutanée. Mais ce taux est insuffisant pour envisager une application clinique.

Le principal défi consiste à délivrer ces phages porteurs de de systèmes CRISPR dans toutes les bactéries cibles, souligne David Bikard, directeur scientifique et cofondateur d'Eligo Bioscience.

lpv1265Il est en effet indispensable qu'une grande quantité de phages atteigne les bactéries que l'on veut cibler. Il faut donc mettre au contact du site infectieux, ce qui n'est pas évident dans un environnement aussi complexe que l’appareil digestif. « Lorsque ce défi sera relevé, nous pourrons envisager d'utiliser cette technologie contre les Escherichia coli capables de provoquer des hémorragies intestinales et responsables d'infections graves, poursuit le chercheur, qui dirige également le Laboratoire de biologie de synthèse à l'Institut Pasteur. Nous pourrons éventuellement nous attaquer à d'autres pathologies, comme la maladie de Crohn, une affection inflammatoire associée à un déséquilibre du microbiote intestinal. La route est donc encore longue, d'autant que les phages n'infectent que certaines espèces bactériennes, voir certaines souches au sein d'une même espèce, ce qui complique leur utilisation.

« Cela nous contraint à développer un grand nombre de de vecteurs phagiques pour chacune des maladies que l'on veut cibler ,et sans doute plusieurs phages pour une même pathologie, fait remarquer David Bikard.Toute la question est de savoir dans quelle mesure on sera capable de développer une grande variété de phages ,facilement et rapidement. Si nous parvenons à faire tomber tous ces obstacles, nous pouvons espérer débuter les premiers essais cliniques d'ici à trois ans », confie-t-il.

Une lutte qui passe aussi par la prévention.

Malgré ces difficultés, la phagothérapie biotechnologique associée à CRISPR représente une piste que les Français ne sont pas seuls à suivre. Des chercheurs de la faculté de médecine Sackler de l'université de Tel Aviv (Israël), ont ainsi conçu un cocktail de phages capables de décontaminer des surfaces souillées par des bactéries pathogènes. Ceux-ci ont été programmés pour tuer des germes résistants aux antibiotiques tout en protégeant les bactéries sensibles. Ces microbiologistes envisagent désormais d'incorporer des phages à des solutions désinfectantes pour éviter la transmission de germes par les mains du personnel hospitalier. La lutte contre l'antibiorésistance passe aussi par la prévention.

Source : Science et Avenir, n° 834, Août 2016, par Marc Gozlan.

Bactéries à gramme positif apparaissent colorées en violet au microscope lorsqu'on emploie la technique de coloration de Gram. Leur paroi est épaisse, Staphylocoques et streptocoques en font partie.

Bactéries à Gram négatif. La composition chimique de leur paroi cellulaire les rend imperméables à la coloration de Gram, les faisant apparaître roses au microscope. Le manque de nouvelles molécules pour lutter contre leur antibiorésistance représente une extrême urgence en santé publique.

Bactériophages (ou phages). Virus infectant spécifiquement les bactéries en y injectant leur génome

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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