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Lasers à l'honneur pour le Prix Nobel 2018

Arthur Ashkin a été primé pour l'invention des «pinces optiques», dont le principe repose sur l'utilisation des forces liées à la réfraction d’un faisceau laser en milieu transparent. Cette force va alors permettre de maintenir et de déplacer des objets microscopiques, voire ...

L'enjeu des débris spatiaux

Des débris dangereux qui s'accumulent

Depuis le lancement de Spoutnik 1 en 1957, le nombre de satellites artificiels en orbite autour de la Terre n'a cessé de croître. En 61 ans, on compte plus de 5000 lancements d'engins dans l'espace. Actuellement, quelque 1500 satellites sont actifs ...

Lidar au service du climat

L'altimétrie satellitaire

Le satellite ICESat-2 a été mis en orbite à une altitude de 466 km, avec à son bord le système ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System). Ce système d'altimétrie par satellite va analyser l'état des calottes polaires ...

Fin de partie pour les lampes halogènes

Pourquoi en finir avec les halogènes ?

À cause de leur durée de vie assez courte (2000 heures en moyenne) et d'une efficacité lumineuse médiocre, les lampes halogènes sont devenues obsolètes, dans un contexte où la sobriété énergétique ...

Titan Krios

Une technologie de pointe pour visualiser des composantes microscopiques

Le Titan KriosTM est un microscope électronique doté d'une caméra ultrasophistiquée, capable de fournir des images révolutionnaires par leur résolution. ...

Le LHC haute luminosité

Des données cruciales pour la recherche

Le LHC, Large Hadron Collider, est un accélérateur de particules circulaire, enfoui entre la France et la Suisse. Avec ses 27 km de circonférence, c'est le plus grand collisionneur de particules au monde, et aussi le plus puissant. Les particules y sont ...

Vitiligo

Une maladie de la peau assez fréquente

Le vitiligo se manifeste par l'apparition de zones dépigmentées sur la peau, due à la disparition de mélanocytes, les cellules pigmentaires productrices de mélanine, pigment de la peau. Si les causes exactes de la maladie restent mystérieuses, ...

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 1900 nouveaux nés atteint de la maladie. En 2009, elle a été classée au quatrième rang des priorités en matière de santé publique par l'OMS.

Qu'est-ce que la drépanocytose ?

La drépanocytose est une maladie génétique résultant de la mutation d'un gène. Elle ne s'exprime que si les deux allèles dont dispose l'individu ont mutés. Si un seul des deux a muté, on parle de porteur sain de la maladie.

La drépanocytose se caractérise par une anomalie dans la forme des globules rouges : au lieu d'être biconcaves, ils prennent une forme de croissant ou de faucille, d'où l'autre nom de la maladie, l'« anémie falciforme » (sickle cell anemia en anglais). Les globules rouges de cette forme sont plus fragiles et leur durée de vie chute drastiquement de 120 à une vingtaine de jours ce qui contribue à augmenter la viscosité du sang, avec la conséquence de boucher potentiellement de petites artères.

Les symptômes de la drépanocytose sont d'intensité variable mais généralement graves et handicapants. Parmi eux, on trouve principalement l'anémie chronique, des crises douloureuses vaso-occlusives dues à l'obturation des vaisseaux sanguins et une sensibilité plus importante aux infections.

Diagnostic

Le diagnostic de la drépanocytose peut se faire par deux moyens : par frottis sanguin, la forme de faucille des globules rouges étant observable au microscope, ou par test génétique qui permet de déterminer si le gène concerné a muté ou non. Un diagnostic prénatal peut même être fait pour les couples les plus à risques (si au moins l'un des deux est drépanocytaire et que l'autre est porteur sain). En effet, pour un couple de porteurs sains, le risque d'avoir un enfant drépanocytaire est de un sur quatre, et passe à un sur deux si l'un des deux est lui-même drépanocytaire.

Traitements et avancées de la thérapie génique

Les traitements les plus courants sont des traitements des symptômes de la maladie : pour éviter les complications, on prescrit au patient des antibiotiques et une couverture vaccinale renforcée pour se prémunir des infections, et des transfusions de sang provenant de donneurs sains pour éviter les troubles d'obturation et d'anémie chronique. Les transfusions répétées peuvent toutefois être rendues obsolètes si le système immunitaire du patient détecte le sang transfusé comme un corps étranger.

Le seul traitement curateur existant aujourd'hui est la greffe de cellules souches de la moelle osseuse, lieu de la production des globules rouges, pour rétablir une production normale. C'est une intervention lourde et non sans risque, qui nécessite de plus un donneur compatible de la famille (frère ou sœur), ce qui la rend inaccessible à bon nombre de malades. Elle est réservée aux personnes atteintes des formes les plus sévères de la maladie et disposant d'un donneur compatible.

Cependant, la thérapie génique pourrait apporter un nouveau traitement aussi performant et moins contraignant : une autogreffe de cellules souches hématopoïétiques (les cellules à l'origine de la production de toutes les cellules sanguines). Les résultats semblent pour l'instant encourageants : deux ans après l'administration du traitement dans le cadre d'un essai, un patient a produit plus de 50% d'hémoglobine normale (alors que 20% suffisent pour traiter la maladie). C'est une rémission complète avec disparition des symtômes, sans nécessiter de transfusion sanguine. Quelques années d'observation s'imposent toutefois avant de pouvoir déclarer le patient guéri. 

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Le plancton : cet ami qui nous veut du bien
Les planctons livrent aujourd’hui de nouveaux secrets sur cette pompe biologique qu’est l’océan grâce aux échantillons récoltés lors de l’expédition Tara Océans.

L’océan au cœur du climat

L’océan recouvre près de 70 % de la surface de la Terre et joue un rôle majeur dans le cycle de l’eau. En absorbant près d’un quart du gaz carbonique issu de la combustion des énergies fossiles, il est le principal puits de carbone sur la planète et contribue ainsi à réguler le climat à l’échelle mondiale. L’absorption du CO2 par l’océan repose sur des processus physiques et biologiques, qu'on appelle des « pompes ».

Les océans absorbent les gaz présents dans l’atmosphère. Cette dissolution est plus importante dans les eaux froides que dans les eaux chaudes. Or, sous l’effet de leur densité, les eaux froides plongent dans les profondeurs des océans (c'est le moteur de la circulation thermohaline) et entraînent avec elles dans les fonds marins le CO2 absorbé en surface. C’est la pompe physique. La pompe biologique, quant à elle, repose sur l’absorption du CO2 par les tissus des organismes présents en surface, via la photosynthèse, ou, par la production des coquilles calcaires de certains micro-organismes. Le carbone, ainsi fixé sous forme de particules marines, sédimente à la mort de ces organismes. Il est entraîné vers les profondeurs, avant d’arriver dans les grands fonds où il sera stocké.

L’absorption du CO2 par les organismes marins est l’un des processus majeurs de séquestration du carbone sur des échelles de temps géologiques. Un seul et même ensemble d’organismes, à la base de la chaîne alimentaire marine, regroupe plus de 90 % de la biomasse de l’océan : c'est le plancton.

Les planctons : une histoire vieille de plusieurs milliards d’années

Le plancton regroupe l’ensemble des êtres vivants, animaux et végétaux, évoluant dans l’eau et qui se laissent dériver dans le courant. Il comprend des virus, des bactéries, des eucaryotes  uni- et multicellulaires. Ce sont ainsi des milliards de milliards d’individus peuplant océans, mers, lacs, rivières et ruisseaux, dérivant entre deux eaux ou fixés sur les fonds. Les planctons sont apparus il y a près de 3.8 milliards d’années. Ils produisent la moitié de l’oxygène de la planète. En portant la proportion d’oxygène atmosphérique à 20%, seuil nécessaire à la respiration des mammifères, ce sont eux qui ont permis leur apparition.

Ses coquilles font aussi du plancton un indice majeur pour reconstituer les climats passés. En effet, formées à partir du carbone prélevé dans l’atmosphère, elles en renferment les concentrations isotopiques et les conservent lorsqu’elles sédimentent. Mais ce n’est pas tout. Des études menées sur des carottes ont aussi révélé que lors d’un échauffement trop important des océans, le plancton sédimenté rejetait dans l’atmosphère le CO2 accumulé.  

Du plancton dépendent ainsi le développement des autres espèces du monde marin, l’oxygène présent dans notre atmosphère et l’évolution de notre climat. Cependant, cet écosystème demeure l’un des moins connus. Pour combler cette lacune, une centaine de scientifiques venant de près de 22 laboratoires et Instituts de recherche internationale, ce sont regroupés autour d’un projet équipe interdisciplinaire réunissant des biologistes, des informaticiens et des océanographes : Tara Océans.

Tara Océans : un projet métagénomique

Tara Océans est une expédition scientifique menée à bord de la goélette Tara qui a débuté en 2009, afin de récolter un très grand nombre d’échantillons d’eau de mer et de plancton. Les 35.000 échantillons prélevés entre 2009 et 2013 ont aujourd’hui livré leurs premiers secrets. Ils ont permis de lever le voile sur les espèces planctoniques, leurs interactions et les principales fonctions associées à la pompe biologique dans les régions océaniques particulièrement “pauvres” en nutriments. La goélette Tara, d’une longueur de 36 mètres, a parcouru tous les océans de la planète et continue d’ alimenter une base de données publique sur les ressources biologiques des océans. C’est un chercheur du CNRS, Eric Karsenti, médaillé d’or du CNRS en 2015, qui est à l’initiative du projet scientifique. Son objectif était de cartographier la biodiversité des océans et d’améliorer la compréhension du rôle joué par les organismes microscopiques sur les océans. Un travail de grand ampleur se met alors en place afin d’étudier toute la population de gènes présente dans les échantillons prélevés. Cela fait de Tara Océans l’un des plus gros projet de métagénomique dans le monde.

La génomique est l’étude d’un échantillon, provenant d’un environnement naturel, à partir de son matériel génétique : son génome. La métagénomique vise, notamment, à étudier les gènes et les génomes de différents organismes provenant d’un même milieu. De par la complexité des milieux étudiés et de la masse d’informations générée, la génomique pose de nouvelles questions, tant d’un point de vue biologique qu’informatique. Cela explique le caractère innovant et interdisciplinaire de Tara Océans et la diversité des échantillons prélevés.

Les découvertes

Grâce aux planctons collectés entre 2009 et 2013, dans des zones pauvres en nutriments, les scientifiques ont mis au point un catalogue des organismes planctoniques. Ce catalogue livre aujourd’hui la première vision globale du réseau d’espèces liées à la pompe biologique. De nouveaux acteurs ont été identifiés, ainsi que les principales fonctions bactériennes concernées dans le processus. Ce sont des chercheurs, principalement du CNRS, de l’UPMC, de l’Université de Nantes, du VIB, de l’EMBL et du CEA, qui ont ainsi décrit le premier “réseau social planctonique”. Cette découverte permettra aux chercheurs d’étudier le comportement de ce réseau face aux perturbations climatiques, ainsi que ses conséquences sur la pompe à carbone biologique.

L’analyse des gènes des bactéries et des virus planctoniques a également permis aux chercheurs de démontrer que la présence d’un petit nombre de gènes, bactériens et viraux, pouvait prédire la répartition verticale du carbone. Une partie de ces gènes serait en effet impliquée dans la photosynthèse, mais aussi dans la dégradation et la sédimentation de la matière organique.

Bien que la fonction de la majeure partie des gènes nouvellement identifiés reste inconnue, la connaissance de ces réseaux planctoniques et de ces nouveaux gènes, ouvre la voie à de nouvelles perspectives, pour mieux comprendre et modéliser ces réseaux. En attendant, les chercheurs vont se concentrer sur les régions océaniques riches en nutriments, afin de compléter les réseaux planctoniques révélés pour les régions pauvres en nutriments.

Tara demain

Dans la droite ligne de l’approche dédiée au plancton (même multidisciplinarité) Tara partira en Asie-Pacifique en 2016-2018 et mènera une étude nouvelle sur les récifs coralliens. D’Est en Ouest et du Nord au Sud, Tara parcourra l’Océan Pacifique pour découvrir la diversité cachée du corail et mieux appréhender les capacités d’adaptation aux changements climatiques. Si les récifs coralliens ne couvrent que 0,02% de la superficie des océans, ils réunissent près de 30% de la biodiversité marine. Leur santé est donc cruciale pour la diversité des espèces qu’ils abritent et pour l'Homme. 

Etudier un tel écosystème à l’échelle de l’océan Pacifique devient une priorité alors qu’une grande partie de récifs coralliens tend à disparaître ces dernières années. Véritables indicateurs de la santé des Océans, nous ne savons pourtant encore que très peu de choses sur leurs capacités à s’adapter aux évolutions de son environnement.

Tara PACIFIC sera menée en partenariat avec Paris Sciences Lettres, le CNRS, le Centre scientifique de Monaco. Nous présenterons la nouvelle expédition et ses objectifs de recherche lors d’une conférence de presse prévue le 14 avril 2016 (le départ de Tara depuis son port d’attache Lorient est prévu pour le 28 mai 2016).

Source Elodie Bernollin, directrice de la communication de Tara Expéditions 

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