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La lutte contre la drépanocytose

Un enjeu majeur de santé publique

Chaque année, 275 000 nouveaux cas sont dépistés dans le monde, chez les nourissons. La drépanocytose touche particulièrement les populations d'Afrique et d'Inde. La France n'est pas totalement épargnée avec un enfant pour ...

Homo sapiens découvert hors d'Afrique

Une équipe internationale vient de découvrir le plus ancien fossile d'Homo sapiens jamais découvert en dehors du continent africain : un maxillaire vieux de près de 200 000 ans exhumé sur le mont Carmel au nord d'Israël qui contraint les paléanthropologues à réviser leurs copies. ...

Désintégration du neutron et matière noire 

Pour expliquer divers effets gravitationnels, les physiciens ont été amenés à supposer l'existence d'une « matière noire » à l'intérieur des galaxies et dans l’espace intergalactique. Parmi les hypothèses relatives à sa nature, on suppose l’existence ...

Une symbiose à l'épreuve du milieu

CC SA 3.0 ©Prenn

Duo de choc : les recherches récentes montrent qu’une plante hôte et un champignon peuvent s’associer par-delà leur milieu naturel. Aidée de son symbiote, la plante devient plus résistante.

Le raisinier des mers antillais en voyage au Sénégal

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L'essor du taxi aérien

Une interview de Claude Le Tallec, Chargé de mission "Transport aérien personnel" à l'ONERA. 

Qu'est-ce qui, à l'heure actuelle, favorise l'émergence de la thématique des voitures volantes ?

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L'horloge nucléaire

Ce qui caractérise la performance d’une horloge, c'est la faiblesse de sa dérive au cours du temps : de combien diffère chaque jour l'heure qu'elle indique par rapport à sa référence ; autrement dit au bout de quelle durée se décale-t-elle d’une seconde ?

Le génome de la rose décrypté

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Notre amie la rose

De toutes les plantes ornementales, les roses sont parmi les plus cultivées au monde, que ce soit pour l'agrément que les rosiers confèrent aux ...

La biolixiviation

Les impacts environnementaux et sociaux des industries minières et le besoin accru de certains métaux comme les terres rares pour les appareils électroniques modernes rendent urgente l'élaboration de solutions nouvelles pour traiter les minerais ou récupérer dans les déchets des éléments de plus en plus recherchés. C'est ce que pourrait apporter un procédé, la biolixiviation.

Une solution biotechnologique éprouvée

La biolixiviation, c’est-à-dire l’extraction de métaux grâce à des micro-organismes, est une technique déjà utilisée pour produire 5 % de tout l’or mondial et 20 % du cuivre et, de façon plus marginale, pour l’extraction du nickel, du zinc, du cobalt et de certaines terres rares. Son développement industriel a réellement débuté il y a moins de 20 ans.
Le procédé s'applique à des réserves de minerai, c’est-à-dire de roches suffisamment riches en minéraux d’intérêt. Il nécessite de grandes quantités d’eau, que l’on rend généralement acide et des micro-organismes préléablement sélectionnés (bactéries, archées ou champignons) qui vont faire le travail d’extraction des minéraux intéressants. Bien souvent, l’apport d'oxygène est nécessaire et parfois, pour certains micro-organismes, l'apport en sucres.

La biolixiviation peut s’effectuer par deux voies. Une voie statique qui consiste à verser directement la solution sur le minerai stocké dans un vallon, une cuvette que l’on a imperméabilisée et au fond de laquelle on récupère les métaux dissous. Et une voie dynamique qui consiste à broyer et concasser finement le minerai pour le placer dans de grands réservoirs appelés bioréacteurs. Le contenu de la cuve est alors sans cesse agité afin d’améliorer la surface de contact entre bactéries et minerai et de rendre l’oxygène plus facilement disponible. Avec l’expérience, on a appris à optimiser la température, l’acidité, la vitesse de mélange, les apports en oxygène, en dioxyde de carbone ou en sucres pour que les microorganismes gagnent en productivité.

Plusieurs atouts économiques

Comparée aux méthodes traditionnelles de récupération des minéraux que sont la pyrométallurgie (extraction par fusion des roches) ou l’hydrométallurgie (extraction par dissolution chimique de la roche), la biolixiviation, qui peut aussi être appelée bio-hydrométallurgie, utilise peu d’énergie, produit beaucoup moins de sous-produits et surtout beaucoup moins de polluants. En outre, la mise en oeuvre est relativement peu coûteuse et permet d’extraire des minéraux à partir de minerais pauvres ou de résidus miniers dont l’exploitation traditionnelle ne serait pas rentable. Ainsi, au Chili par exemple, où la quasi-totalité des minerais riches en cuivre ont été exploités, la biolixiviation a pris le relais pour les ressources restantes à faible teneur en métal. En Ouganda, cela fait maintenant une dizaine d’années que les stériles des mines de cuivre sont utilisées pour produire du cobalt. Cependant, le procédé est beaucoup plus lent et, mal conduit, il peut aussi mener à des catastrophes environnementales. Ainsi, la mine finlandaise de Talvivaara, qui avait mis en place un procédé de biolixiviation pour récupérer nickel, zinc, cobalt et cuivre depuis un minerai faiblement concentré dans les années 2000 a connu d’importantes fuites et défauts d’imperméabilisation qui ont ravagé les eaux aux alentours, avec notamment une fuite d’uranium qui a mené l’entreprise à la faillite.

Une clé pour les terres rares ?

Les terres rares (qui comprennent les 15 lanthanides plus le scandium et l’yttrium) sont des matériaux très prisés en électronique, dans les industries des énergies renouvelables, ou encore pour des applications en optique, en raison de leurs propriétés paramagnétiques et luminescentes. Malgré leur nom, les terres rares sont plutôt abondantes dans la croûte terrestre, mais elles sont très dispersées et ne font pas de filons ou de minerais très concentrés. Par conséquent, leur extraction est compliquée et très coûteuse. L’approvisionnement mondial est aux mains de la Chine (90%) via l’exploitation des sous-produits d’autres industries minières, notamment du fer et du cuivre. Flambée des prix, risque de rupture d’approvisionnement sont des motivations très fortes pour trouver des méthodes alternatives à leur extraction. Parmi elle, la « biolixiviation urbaine », qui consiste à extraire les métaux intéressants des déchets électroniques via des microorganismes, a donné lieu à des réussites intéressantes pour récupérer des éléments rares présents dans des lampes fluorescentes ou des aimants de disques durs. En tout état de cause, le procédé semble être promis à un bel avenir. D’une part, parce que les études menées sur les micro-organismes extrêmophiles se développent, ce qui permet d’améliorer encore les rendements et les conditions de la biolixiviation. A titre d’exemple, des souches de bactéries qui continuent d’être actives en milieu salé permettent de continuer les activités minières dans des pays où l’eau douce s’est faite rare. D’autre part, parce que c’est aussi une technique que l’on envisage pour l’exploitation des minéraux sur d’autres corps célestes (Lune, Mars, astéroïdes) ; des études menées sur la station internationale ayant montré que certains microorganismes extrêmophiles terrestres étaient capables de résister aux conditions extrêmes de l’espace (températures, vide, radiations). Enfin, parce qu’elle sert aussi depuis longtemps comme base pour des opérations de dépollution des sols, on parle alors de bioremédiation par les bactéries.
Publié le 03/05/2018

En savoir plus 

http://www.brgm.fr/projet/biotechnologies-viennent-secours-valorisation-environnement

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Vers un nouvel outil de génie génétique
Grâce aux nouvelles techniques de séquençage, les ARN circulaires ont été identifiés dans de nombreux organismes. Leur étude chez les archées permet aujourd'hui d'envisager des applications dans les biotechnologies et le domaine biomédical.

Que sont les ARN circulaires ?

L'ARN, acide ribonucléique constitué principalement d'un seul brin de nucléotide, est une molécule non codante ou participant à l'expression du génome des êtres vivants. Il en existe de plusieurs types, dont les ARN messagers, transcrits à partir de l'ADN et qui traduisent l'information génétique en diverses protéines. Dans les années 1990, quelques exemples d'une nouvelle forme d'ARN ont été découverts, l'ARN circulaire. Ses extrémités ne sont pas libres mais forment une structure fermée, qui le rendent plus stables que les ARN linéaires.

Comme ils ont été conservés au cours de l'évolution dans les trois domaines du vivant, bactéries, archées, eucaryotes, les ARN circulaires devraient jouer un rôle dans ces organismes, mais lequel ? Peuvent-ils remplir la même fonction que leurs analogues linéaires ? Récemment, il a été montré qu'ils intervenaient dans la régulation de l'expression des gènes. Chez l'être humain, il a été décrit que les ARN circulaires agissent comme des éponges, en réprimant l'activité d'ARN d'interférence qui bloquent l'expression de certains gènes : dans ce cas, une de leur action serait de favoriser l'expression de certains gènes.

L'ARN circulaire chez les archées

En étudiant une archée, une équipe du Laboratoire d’optique et biosciences de l’École polytechnique (en co-tutelle avec l’INSERM et le CNRS), menée par Hannu Myllykallio, et Hubert Becker, s’est fixé pour objectif d’identifier l’ensemble des ARN circulaires au sein d’une cellule. Le séquenceur à haut débit PGM (Personal Genome Machine) a fourni quatre cent mille lectures de séquences, puis un algorithme développé par le Laboratoire d’informatique de l’École polytechnique a distingué 133 ARN circulaires, soit 2 % du génome de la cellule. En parallèle, des études de biochimie et de biologie moléculaire ont permis d'identifier l'enzyme responsable de la forme circulaire de ces ARN.

L'expertise des laboratoires permet d'extraire l'ARN des cellules, de le séquencer, puis d'appliquer un traitement informatique pour identifier lesquels sont circulaires. Les scientifiques envisagent d’étendre leurs investigations à d’autres organismes, comme les bactéries ou même les cellules eucaryotes. L'objectif est de dessiner un premier état des lieux de la diversité des ARN circulaires, un inventaire intéressant pour la recherche fondamentale et pour de possibles applications en biotechnologies.

Des pistes pour les biotechnologies

L'un des intérêts des ARN circulaires est qu'ils s'expriment de manière différente dans les tissus humains, leur taux d'expression variant dans certains cas de pathologie par rapport à un individu sain. Cette spécificité pose la question de leur potentiel pour être un biomarqueur de certaines pathologies humaines, telles un cancer du sein, un cancer colorectal ou une maladie neurodégénérative du type d'Alzheimer, pour lesquelles l'existence d'ARN circulaire a été observée. À partir d'un échantillon, l'ARN peut être récupéré, séquencé et analysé pour déterminer la part d'ARN circulaires. Récemment, les ARN circulaires ont été identifiés directement dans le sang. Si leur intérêt en tant que biomarqueur se confirmait, alors une biopsie invasive des tissus ne serait plus nécessaire pour établir un premier diagnostic.

D'autres applications peuvent être envisagées à partir de l'étude des enzymes qui provoquent la circularisation de ces ARN. Cette enzyme pourrait être utilisée dans la recherche en biologie moléculaire pour augmenter la stabilité des ARN, activer les extrémités des ARN ou y fixer certains composants, comme des adaptateurs pour améliorer les techniques de séquençage. On retrouve la logique de la PCR, ou les propriétés particulières d'une enzyme sont utilisées pour développer de nouvelles techniques de génie génétique.

Article réalisé à partir d'un entretien avec Hubert Becker, enseignant-chercheur au pôle biologie du Laboratoire d’optique et biosciences ainsi qu’à l'UPMC Sorbonne Universités.

Publié le 24 juillet 2017

En savoir plus

Biologie moléculaire : à la recherche des ARN circulaires ?, sur le site du CNRS

Le code génétique et les ARN messagers, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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