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Iseult, plongée dans le cerveau humain

19 mai 2017

Une prouesse technologique

Pour ses 10 ans le centre NeuroSpin du CEA de Saclay se dote de l'IRM (instrument d'imagerie par résonance magnétique) le plus puissant au monde. Avec son aimant supraconducteur de taille ...

Les points forts de l'agroforesterie

L'agroforesterie et la transition agroécologique

Le système d'agriculture actuel doit se transformer afin de répondre aux défis de la production agroalimentaire, ...

Le plongeon final de Cassini

Une mission riche en enseignements

Afin de mieux connaître Saturne et ses satellites, la sonde spatiale Cassini a quitté la Terre en octobre 1997. Parvenue à destination en 2004, elle s'est mise en orbite autour de la

Vers des réseaux de synapses artificiels

La mémoire et la synapse

Dans le cerveau, les informations sont transmises par des signaux électriques véhiculés par les neurones. Ces cellules sont connectées ...

Les protéines du tardigrade

Publié le 27 avril 2017

Que sont les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ?

François-Xavier Theillet, chercheur à l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule, rattaché au CEA, au CNRS et à l'université Paris Sud) étudie ...

La fibre pour le très haut débit

(source image : www.elbpresse.de)
26/04/17

Le très haut débit et la fibre

L'ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Électroniques et des Postes) définit le très haut débit par des débits d'information supérieurs ...

Lutter contre le paludisme

Une maladie endémique

Le paludisme, ou malaria, est une infection des globules rouges causée par le protozoaire Plasmodium falciparum, qui a pour origine le gorille. Ses symptômes se rapprochent de ceux de la grippe : fièvre, troubles ...

Une piste de recherche pour guérir du SIDA

Des virus dormants

Le SIDA (Syndrome d’ImmunoDéficience Acquise) est le dernier stade de l’infection par le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine). Ce rétrovirus s’attaque aux cellules du système immunitaire, les lymphocytes T CD4. Après les avoir infectées, il les détruit ou les rend inefficaces, ce qui entraîne un affaiblissement du système immunitaire et une vulnérabilité face aux infections opportunistes.

Les antirétroviraux, d'abord l'AZT seul puis le développement de trithérapies et d'autres pistes, permettent de ralentir l'évolution du syndrome et donc de contrôler l'infection. Cependant, certaines particules virales infectent les cellules de l'organisme sans les détruire, en restant dormantes. Le virus persiste donc dans des réservoirs au sein du système immunitaire, protégé des traitements car ne se répliquant plus et surtout prêt à se disséminer si le terrain redevient favorable. Ce qui contraint les patients à suivre des traitements toute leur vie.

En parallèle des thérapies actuelles, ainsi que des campagnes d'information et des recherches sur un éventuel vaccin visant à prévenir la propagation de l'épidémie, la guérison complète du VIH passe nécessairement par l'élimination de ces réservoirs. Pour envisager cela, une première étape est alors de distinguer dans le système immunitaire les cellules infectées des cellules saines actives, qui se ressemblent fortement. Pour ce faire, une équipe de l'Institut de génétique humaine est partie de l’hypothèse que le VIH pourrait laisser une empreinte à la surface de sa cellule hôte.

Identifier des marqueurs pour cibler les réservoirs de virus

Grâce à un modèle d’infection développé dans leur laboratoire, les chercheur·euse·s ont identifié la protéine CD32a, présente uniquement à la surface des cellules infectées. Codée par un gène parmi la centaine qui sont exprimés de manière spécifique par les cellules infectées, la protéine remplit in vitro les critères d’un marqueur de cellules réservoirs. Pour Monsef Benkirane, directeur de l'Institut : « L'expression de ce marqueur a une signification biologique. Il faut qu'on comprenne ce que la cellule est en train de nous dire lorsqu'elle est stressée par le virus. »

Le résultat a été confirmé par les expérimentations sur des échantillons cliniques. En étudiant des prélèvements de sang de douze patients séropositifs traités, les chercheur·euse·s ont constaté que les cellules exprimant le marqueur étaient presque toutes porteuses du virus. De plus, ces cellules ont pu être réactivées in vitro et se sont révélées capables de réinfecter des cellules saines, illustrant l'impossibilité pour un patient aujourd'hui d'arrêter son traitement.

« Cette découverte est un début, et pas une fin. L'utiliser pour comprendre comment le réservoir s'est établi, comment il s'est maintenu, quelles sont ses propriétés, ouvre de grandes perspectives de compréhension. Vu le nombre d'équipes dans le monde qui se sont attelées à ces recherches, on va très vite accumuler suffisamment de données pour proposer des stratégies thérapeutiques efficaces pour le traitement du VIH ciblant le réservoir. »

Un brevet, en propriété CNRS, a été déposé sur l'utilisation diagnostique et thérapeutique du marqueur ainsi identifié. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles stratégies visant l'élimination totale du virus latent. Ces travaux, publiés dans la revue Nature, s’inscrivent dans le cadre du programme stratégique Réservoirs du VIH de l’ANRS (Agence nationale de recherches sur le sida et les hépatites virales).

En savoir plus

Découverte d’un marqueur du réservoir du VIH : une nouvelle piste pour éliminer le virus, communiqué de presse du CNRS et communiqué de presse de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'OMS

L'épidémie de SIDA : vers une résurgence ? sur Sciences en ligne

Lutte contre le SIDA : de nouveaux espoirs ? Sur Sciences en ligne

La plate-forme de prévention du SIDA

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Mesure participative de la qualité de l'air
Un projet vise à collecter des données sur la qualité de l'air grâce à des capteurs individuels et des smartphones.

La nécessité de mesures plus nombreuses

Face à la multiplication des pics de pollution ces derniers mois, la nécessité d'évaluer en temps réel la qualité de l'air, mesurée à partir de la concentration en différents éléments parmi les plus nocifs, s'impose toujours davantage. De plus, les informations recueillies par des organismes régionaux, comme AIRPARIF en Île-de-France, ou ATMO dans les Hauts-de-France, proviennent de sources trop éloignées, spatialement ou temporellement, les unes des autres. À cause de cela, les prévisions sur les évolutions des concentrations en polluants se révèlent généralement imprécises. Dans la région des Hauts-de-France, un consortium de laboratoires de recherche, d'associations et d'organismes régionaux a décidé de s'attaquer à ce problème. De là est né le projet OSCAR.Son principe est de faire participer la population à l'évaluation de la qualité de l'air.

Des boîtiers connectés pour l'acquisition des données

L'idée de cette initiative est d'équiper des volontaires de boîtiers d'acquisition constitués de capteurs mesurant la concentration en différents polluants de l'atmosphère environnante et de smartphones.

Les capteurs légers et peu encombrants se connectent par exemple via Bluetooth, à un smartphone ou à une tablette numérique. Cette solution économique permet de faire appel aux étudiants des lycées techniques et IUT de la région pour fabriquer les capteurs et assembler les boîtiers selon un modèle fourni par un laboratoire de la région, le LISIC.

Grâce à eux, la diffusion d'une masse critique de boîtiers fonctionnels est assurée. Les données obtenues viales équipements connectés des particuliers serviront à établir une carte extrêmement précise de la qualité de l'air. Mais, avant d'en arriver là, de nombreux obstacles doivent être surmontés.

Étalonnage et géolocalisation

Pour tracer une carte de pollution, il faut disposer simultanément de données sur la qualité de l'air suffisamment précises et d'un positionnement exact du lieu où a été prise chaque mesure. On voit là l'intérêt d'utiliser des appareils mobiles comme les smartphones : ils sont équipés de GPS, ce qui permet de transmettre en même temps les données sur la qualité de l'air et la localisation du mobile.

Mais plusieurs problèmes se posent alors. Comment garantir que les informations de géolocalisation sont suffisamment précises pour certifier l'exactitude du rendu final ? Et cette étape de positionnement des différents appareils est loin d'être la contrainte principale. Rien ne permet en effet d'affirmer a priori que deux appareils, situés au même endroit, enregistreront les mêmes valeurs. On appelle étalonnage des capteurs la phase de réglages permettant d'assurer ce dernier point. Or, il est impossible de r éaliser cette calibration au cours de la fabrication des composants, en raison du mode de fabrication retenu. On doit donc l'effectuer a posteriori, à distance et sans avoir un contrôle total sur l'environnement d'utilisation du capteur, c'est pourquoi on parle d'étalonnage aveugle.

Focus sur le problème de Netflix

La réalisation de cette étape est analogue, d'un point de vue mathématique, à ce qui est connu comme le problème de Netflix, du nom du fameux site internet répertoriant des films et des séries. L'idée est de trouver un moyen de proposer les meilleures recommandations de film à un utilisateur donné. Pour cela, Netflix disposait initialement d'évaluations de 17 770 films par 480 189 internautes, chaque évaluation correspondant à l'attribution d'un nombre de 1 à 5. Or, chaque utilisateur n'a noté qu'un tout petit nombre de films : au départ, on ne connaissait que 100 480 507 évaluations parmi plus de 8 milliards possibles. Le problème consistait donc à compléter une matrice de taille 480 189 × 17 770 dont on connaissait seulement moins de 1% des valeurs, qui correspondent aux évaluations connues. Pour en revenir à notre problème, les internautes sont les analogues des endroits précis où ont été effectuées les mesures et les évaluations correspondent aux données étalonnées. On veut donc construire une matrice C, ou plutôt une de ses approximations ?, dont chaque ligne correspond à une localisation et chaque colonne à un polluant étudié. La valeur indiquée dans une case de la matrice représentera donc la quantité exacte d'un élément toxique en un point parfaitement repéré.

Pour calculer ces dernières quantités, on a recours à une technique appelée factorisation de matrices. Le principe est de déterminer deux matrices, notées U et F respectivement. F sera la matrice d'étalonnage : chacune de ses lignes représentera le capteur, et ses colonnes correspondront aux différents polluants. La valeur dans une case sera la fonction à appliquer à la mesure inexacte, effectuée par un capteur donné sur un polluant lui aussi donné, pour obtenir la valeur exacte. Quant à U, elle donne les capteurs présents en un point donné. Grâce à la formule ? = U . F, on peut compléter en même temps les trois matrices.

Ce problème de complétion de matrices a été programmé informatiquement grâce à des algorithmes de plus en plus rapides : une implémentation de 2013 permettait de compléter en 3 secondes une matrice de taille 100 x 1000 avec une précision relative de 10-5.

Des mesures à l'exploitation

Les informations obtenues par les smartphones sont transmises à une plateforme par Internet. Les données sont d'ailleurs anonymisées grâce à la plateforme APISENSE, de l'INRIA, pour respecter la vie privée des volontaires. Les techniques de traitement mathématiques exposées précédemment permettent d'étalonner les capteurs au fur et à mesure que les données sont collectées.

Après ce traitement, la collection d'informations mobiles issues du crowd-sensing est intégrée avec les mesures réalisées par des stations atmosphériques du réseau ATMO au sein d'une base de données.

Ce nouveau traitement permet de construire des modèles, comme des cartes géographiques, où l'on peut repérer les concentrations anormales de polluants, et découvrir presque en temps réel leurs déplacements.

Cette approche ouvre de nombreuses perspectives en matière de suivi des flux de polluants et de prévision des risques environnementaux. Une initiatie qui n'aurait jamais été réalisable sans les plus récentes avancées mathématiques et informatiques...

En savoir plus

Sur les acteurs du projet

Sur la complétion de matrices (en anglais) ou avec cet article

Aurore Sallard
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