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Physique de l’espresso

Une recette ancestrale

Dans les grandes lignes, depuis son invention en 1884, la préparation d’un espresso consiste à forcer de l’eau chaude à passer assez rapidement à travers du café moulu très fin. Plus précisément, la température de l’eau ...

Des panneaux solaires bifaces

Les panneaux solaires : du silicium « dopé »

Dans un panneau solaire, l’énergie lumineuse est convertie en courant électrique, grâce à l’effet photoélectrique où un photon arrache un électron à un atome. Pour cela, il faut ...

Les électrons peuvent s’écouler comme l’eau

Lorsque l’eau s’écoule dans un tuyau, ce sont les interactions entre ses molécules qui la freinent. A l’inverse, lorsque des électrons s’écoulent dans un fil conducteur, c’est avant tout le fil lui-même qui les freine. Une équipe de chercheurs britanniques et israéliens, ...

Les cristaux temporels

Réseaux cristallins associés à l'eau. by Psi?edelisto, based on version by Dbuckingham42 - Own work, CC BY-SA 4.0,

Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale ...

Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. En effet, deux atomes liés au repos sont espacés d’une distance optimale d’un point de vue énergétique, et ont beaucoup plus de mal à se rapprocher très près, que de s’éloigner l’un de l’autre. Cela résulte du fait que la force répulsive croit extrêmement vite si l’on cherche à diminuer la longueur de liaison, alors que la force attractive croit très lentement lorsqu’on tente d’augmenter cette longueur. En somme, la liaison interatomique agit comme « ressort » qui se comprime plus difficilement qu’il ne s’étire. Par conséquent l’agitation thermique a plutôt tendance à augmenter les distances interatomiques, donc le volume.

Pourtant, il existe des exceptions, comme l’eau lorsqu’elle gèle et qui est d’ailleurs l’exemple le plus courant. Plus précisément, la densité maximale de l’eau se situe vers 4°C, ce qui signifie que le liquide voit son volume diminuer lorsque la température grimpe de 0°C à 4°C. Sur cette plage de température, l’eau possède un « coefficient de dilatation négatif ». Certains éléments du tableau périodique se comportent également de cette manière, leur congélation provoquant une diminution de leur densité, le solide flottant sur le liquide. C’est le cas du silicium, du bismuth, du gallium, du germanium, du plutonium et de l’antimoine. Il s’agit là d’exemples d’anomalie de dilatation ne concernant qu’une petite plage de température ou n’ayant lieu que lors du changement de phase liquide - solide. Mettons l’eau liquide et les changements de phase de côté et intéressons-nous à des solides cristallins.

Existe-t-il de tels matériaux ayant un coefficient de dilatation négatif ? La réponse est oui et cela est bien mystérieux. Un des exemples les plus étudiés est le tungstate de zirconium (ZrW2O8) qui exhibe cette anomalie entre -273°C et 777°C. Un autre est le trifluorure de scandium (ScF3) entre -263°C et 827°C. D’autres exemples sont également connus, comme certains silicates, cyanures, les nanotubes de carbone, la glace elle-même quand elle est refroidie à – 200°C… Les études récentes du trifluorure de scandium (ScF3) commencent à lever le voile sur le mystère du coefficient négatif des solides cristallins. La distance entre des atomes liés ne diminue pas, mais c’est l’agitation de la structure cristalline qui permet une réduction de volume comme sur le schéma ci-dessous. Il est fort probable que toutes les autres anomalies puissent s’expliquer selon ce même modèle.

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CRISPR-Cas9, une révolution et des dérives
CRISPR-Cas9 est une vraie révolution qui permet de modifier à volonté le génome de la plupart des êtres vivants. En 2018, grâce à cette technologie, les premiers bébés OGM voyaient le jour.

Une modification aux effets secondaires indésirés

En novembre 2018, un scientifique chinois révélait au monde entier qu'il avait réussi à créer des bébés génétiquement modifiés. Cet apprenti Frankenstein a modifié in vitro un gène dans l'ADN des bébés, alors qu'ils étaient encore au stade embryonnaire. Ce gène, c'est le CCR5, dont la particularité est de coder pour une protéine qui permet au virus du Sida de pénétrer dans les cellules. L'absence de ce gène devrait protéger contre l'infection potentielle par le virus ; c'est ce qui se passe avec une mutation présente chez un pourcent de la population (1 %) notamment en Europe. Toutefois, une récente étude menée par deux chercheurs de l'université de Berkeley, aux Etats Unis, suggère que la désactivation du gène CCR5 engendrerait une diminution de l’espérance de vie des bébés. Leur étude portant sur 410 000 Anglais porteurs de la mutation naturelle a conclu que les enfants OGM auraient 21 % de chances en plus de mourir avant leurs 76 ans que des bébé non-OGM.

Une technologie révolutionnaire

Ce cas illustre une application d'une technique qui révolutionne la génétique moderne : les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9.

 Elle permet de couper l'ADN à un endroit bien précis. Une fois coupé, il y a plusieurs solutions. La première est de laisser la cellule réparer le brin qui, en se reconstituant, va faire des erreurs, inactivant le gène au niveau du clivage. Inactiver un gène est un procédé courant en biologie, qui permet de comprendre son importance et son rôle dans l'organisme. La deuxième solution consiste à intégrer une nouvelle séquence d'ADN choisie, qui va remplacer la séquence coupée. Ceci ce fait grâce au mécanisme de réparation naturel de la cellule, la recombinaison homologue, qui se charge de fixer le nouveau gène. Ainsi, les chercheurs peuvent intégrer n’importe quel gène dans l'ADN et créer des mutants très facilement.

Une technologie au service de la science

La conception d'organismes génétiquement modifiés n'a rien de nouveau. Avant CRISPR-Cas9, d'autre techniques étaient employées, mais elle restaient imprécises et très coûteuses. Avec ces méthodes, il fallait compter en moyenne 1 an avant d'obtenir une souris mutante. CRISPR-Cas9 divise cette durée par 5, permettant à une nouvelle lignée de souris mutantes complexes de voir le jour tous les 2 mois, car l'endonucléase Cas9 permet aussi de couper et d’interchanger plusieurs gènes en même temps. Pour couronner le tout, cette méthode peut être employée sur n'importe quel type d'organisme eucaryote : plantes, bactéries, primates, rongeurs, humain, etc.
Selon Jean-Stéphane Joly, directeur de recherche à l’Institut des neurosciences à Paris-Saclay, « c'est certainement l’innovation majeure du XXI siècle en biotechnologie »

Applications

Aujourd'hui, en plus de faire avancer la recherche, la technologie Cas9 pourrait avoir de nombreuses applications qui sont pour certaines déjà en phase de test. Des chercheurs tentent par exemple de modifier le génome de certaines levures pour leur faire produire du biocarburant. D'autres ont le projet très ambitieux de modifier l'ADN des moustiques vecteurs de maladies telles que la malaria, la dengue ou le chikungunya. Le but serait de rendre les moustiques résistants à ces maladies, empêchant la transmission à l'Homme et les épidémies, très meurtrières, qui en découlent. CRISPR-Cas9 ouvre aussi la porte à la thérapie génique, envisagée pour soigner des maladies génétiques héréditaires liées à une seule mutation de gène. C'est le cas de la mucoviscidose (mutation de gène CFTR), de la myopathie (DMD), de l'hémophilie, ou encore de la drépanocytose.

Cependant, la prudence est de mise. Les scientifiques et les pouvoirs publics du monde entier, prennent très au sérieux les questions de modifications génétiques humaines. CRISPR-Cas9 est une technologie très puissante qui pourrait conduire à de dangereuses dérives eugénistes (méthodes visant à améliorer le patrimoine génétique humain) si des lois ne sont pas rapidement établies. Pour le moment, aucun pays n'a autorisé les modifications d'embryons humains, comme celle opérée par le scientifique chinois. Son université n'a d'ailleurs jamais approuvé ses travaux, qu'il a financés lui-même. Aujourd'hui, le gouvernement chinois a démarré une procédure judiciaire à son encontre.

Pour en savoir plus :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cas9#Modification_d'embryons_humains

https://www.pourlascience.fr/theme/crispr/

https://lejournal.cnrs.fr/articles/crispr-cas9-des-ciseaux-genetiques-pour-le-cerveau

http://www.genethique.org/fr/bebes-ogm-une-esperance-de-vie-raccourcie-72000.html#.XPoj6o869dh

https://www.nature.com/articles/d41586-019-01739-w?elqTrackId=294aeaba5751488d81558a2739ee87b6&elq=53780365b5ce478fa75df6f1155b87e1&elqaid=25212&elqat=1&elqCampaignId=10597

Juliette Torregrosa
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