Importante nouvelle scientifique: des biologistes de l'Université Tufts (USA) ont réussi à restaurer la capacité de régénérer le tissu caudal chez les têtards.
Un tel travail pourrait être considéré comme ordinaire, sinon pour une circonstance: le résultat a été obtenu de manière non triviale, en utilisant l'optogénétique, qui repose sur le contrôle de l'activité cellulaire à l'aide de la lumière.
Le but ultime de toutes ces études est de découvrir les mécanismes naturels qui contrôlent la réparation des parties du corps et d'apprendre à les activer chez l'homme. Les têtards sont parfaits pour cette tâche, car à un stade précoce de leur développement, ils conservent la capacité de remplacer les membres perdus, mais ils la perdent soudainement. Si vous coupez la queue des individus qui sont entrés dans la période dite réfractaire, ils ne pourront plus la repousser.
Les systèmes internes qui contrôlent la régénération sont toujours présents dans leur corps, mais pour une raison quelconque, ils sont arrêtés. Michael Levin et ses collègues les ont fait travailler à nouveau, faisant ainsi remonter le temps physiologique.
La façon dont ils l'ont fait est géniale. Un groupe de têtards sans queue a été élevé dans un conteneur éclairé par de courts éclairs de lumière pendant deux jours; l'autre vivait dans l'obscurité totale. En conséquence, les têtards du premier groupe ont récupéré du tissu caudal à part entière, y compris les structures de la colonne vertébrale, des muscles, des terminaisons nerveuses et de la peau. Les seconds têtards n'ont pas pu surmonter les conséquences de l'amputation, comme il se doit à leur âge.
Si cela ressemble à un truc, ce n'est que partiellement. Pour comprendre pourquoi cela s'est produit, vous devez expliquer le principe sous-jacent à l'expérience. En effet, tous les animaux au même stade du cycle de vie ont été soumis à des manipulations identiques. La seule chose qui distinguait les deux groupes était la présence ou l'absence d'éclairage. Cependant, la lumière n'était pas la véritable cause du changement. Il a servi de commutateur à distance, activant un facteur qui (pas tout à fait clair) a déclenché le processus de régénération. Ce facteur était l'hyperpolarisation des potentiels transmembranaires des cellules; ou, plus simplement, la bioélectricité.
L'optogénétique rend relativement facile la conception d'une expérience. Les molécules d'ARNm de la protéine photosensible archerhodopsine ont été injectées dans des têtards. Cela a conduit au fait qu'après un certain temps à la surface de cellules ordinaires situées dans l'épaisseur du tissu, des «protéines de pompe» sont apparues. Lorsqu'ils sont stimulés par la lumière (et seulement dans ce cas), ils induisent le courant d'ions à travers la membrane, modifiant ainsi son potentiel électrique.
En fait, à part les pompes à membrane activées par la lumière, les scientifiques n'ont rien proposé pour aider les têtards. Cependant, un seul effet sur les propriétés électriques des cellules suffisait à déclencher une cascade complexe de processus de régénération dans le corps. À son tour, grâce à l'optogénétique, il est aussi facile que de décortiquer les poires pour provoquer ces changements de l'extérieur, il vous suffit de faire la lumière sur le têtard.
Vidéo promotionelle:
La régénération reste l'un des principaux mystères de la biologie. En 2005, le magazine Science a inclus la question suivante parmi les 25 problèmes les plus importants auxquels la science est confrontée: Qu'est-ce qui contrôle la régénération des organes? Malheureusement, les scientifiques n'ont pas encore été en mesure de comprendre pleinement pourquoi certains animaux à n'importe quel stade de leur vie restaurent librement les parties perdues du corps, tandis que d'autres perdent cette capacité à jamais. Il était une fois votre corps savait faire pousser un œil ou un bras.
C'était il y a longtemps, au tout début de la vie en tant qu'embryon. Les experts s'intéressent à l'endroit où ces connaissances disparaissent et s'il est possible de les faire revivre chez un adulte. À l'heure actuelle, la recherche de la plupart des biologistes se concentre principalement sur l'expression de gènes ou de signaux chimiques. Dans le laboratoire de Michael Levin, la réponse à l'énigme de la régénération espère trouver dans un autre phénomène, la bioélectricité, et ces espoirs, apparemment, ne sont pas sans fondement.
Le fait que des courants électriques soient présents dans un organisme vivant est connu depuis l'époque des expériences de Galvani. Cependant, peu ont étudié leur impact sur le développement aussi étroitement que Levin. La bioélectricité a longtemps eu une chance de devenir un sujet d'expérimentation digne, mais la révolution moléculaire en biologie dans la seconde moitié du 20e siècle a poussé l'intérêt de la recherche pour cette question en marge de la science.
Levin, issu du domaine de la modélisation informatique et de la génétique, employant les méthodes les plus modernes qui étaient absentes de ses prédécesseurs, renvoie en fait cette direction au courant biologique. Son enthousiasme est basé sur la conviction que l'électricité est un phénomène physique de base, et l'évolution ne pouvait s'empêcher de l'utiliser dans des processus fondamentaux, tels que le développement de l'organisme.
En modifiant le potentiel transmembranaire des cellules, le scientifique peut demander aux tissus du têtard de faire pousser un œil dans une zone prédéterminée du corps. Une photographie d'une grenouille à six pattes est accrochée au mur de son laboratoire. Des membres supplémentaires sont apparus en elle uniquement en raison de l'exposition aux biocourants électriques. Contrairement aux neurones, les cellules ordinaires ne sont pas capables de se déclencher, mais elles peuvent systématiquement transmettre des signaux à presque tout le corps par le biais de jonctions lacunaires. Si un planaire, un petit ver qui peut se régénérer, a la queue coupée, une demande est envoyée à la tête de la zone coupée pour s'assurer qu'elle est en place. Bloquez la transmission de ces informations et une tête poussera au lieu de la queue prévue.
En manipulant divers canaux ioniques qui déterminent les propriétés électriques des cellules, les scientifiques dans leurs expériences ont produit des vers à deux têtes, deux queues et même des vers de conception inhabituelle à quatre têtes. Levin dit qu'on lui a presque toujours dit que ses idées ne devraient pas fonctionner. Il s'est appuyé sur son intuition et, dans la plupart des cas, cela n'a pas échoué.
De ces tentatives, il est encore très loin de la pleine connaissance de la façon de restaurer un membre chez une personne. Alors que les personnes handicapées ne peuvent compter que sur l'amélioration des prothèses. Cependant, le laboratoire unique de l'Université Tufts recherche quelque chose d'encore plus fondamental: comme le code génétique, estime Levin, il doit y avoir un code bioélectrique reliant les gradients et la dynamique de la tension membranaire aux structures anatomiques.
L'ayant compris, il sera possible non seulement de contrôler la régénération, mais également d'influencer la croissance des tumeurs. Levin les voit comme une conséquence de la perte d'informations sur la forme de l'organisme par les cellules, et l'étude du problème du cancer fait partie des tâches de son laboratoire. Comme c'est souvent le cas, des processus apparemment différents peuvent avoir une seule nature.
Si le code bioélectrique est vraiment à l'origine de la construction de divers organes du corps, sa solution pourrait mettre en lumière deux des problèmes les plus importants auxquels l'humanité est confrontée à la fois.
