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Biopuces/ protection des forêts/ organismes unicellulaires/ satellites

Des biopuces au service de la santé

Les chercheurs de l'Institut de biologie moléculaire (IMB) de l'Académie des sciences russe travaillent depuis plus de vingt ans à la création de micropuces biologiques capables d'établir un diagnostic efficace et rapide de la tuberculose et autres affections. Une société - Biochip-IMB - a été créée auprès de cet Institut afin de fabriquer des micropuces russes. Le laboratoire de micropuces biologiques de l'IMB vient d'être primé à l'échelle fédérale.

"La principale particularité des micropuces biologiques est de pouvoir réaliser des analyses parallèles et massives d'un matériau biologique", a expliqué le 15 novembre un des collaborateurs de l'IMB, Dmitri Kaïdounov, dont les propos sont rapportés par le site informnauka.ru. Une biopuce se présente sous la forme d'une plaque de verre sur laquelle se trouve une multitude de microcellules, chacune d'entre elles étant une sorte d'éprouvette miniature dans laquelle a lieu une réaction. Dans les cellules se trouvent des sondes ADN, et chacune est capable de discerner n'importe quel fragment d'ADN du patient. Le matériau biologique - une goutte de sang ou de tout autre liquide biologique - est placé sur la plaque de verre et dans les microcellules se produit une interaction entre la sonde ADN et le secteur ADN qui lui est complémentaire, autrement dit une sorte d'hybridation: ils s'associent, un peu comme une clé et une serrure. Si une réaction a lieu, elle provoque une luminescence dans la cellule, que l'on met en évidence grâce à un analyseur, le Chipdetector.

La toute première biopuce a été élaborée par les chercheurs de l'IMB pour détecter diverses formes de tuberculose. Les mycobactéries, perfides, mutent très rapidement et deviennent imperméables aux préparations médicales. Pour savoir comment traiter un patient, il faut déterminer exactement quelle forme mutante d'agent l'a contaminé. La biopuce s'avère dans ce cas tout simplement irremplaçable, car elle permet d'éviter de longues analyses en apportant une réponse immédiate, en une seule analyse. Ce sont les sondes ADN qui mettent en évidence les particularités des mycobactéries.

"Le coût d'une analyse réalisée à l'aide de nos biopuces est d'environ 500 roubles, une somme très nettement inférieure au coût des techniques étrangères analogues", commente le docteur en sciences biologiques Viktor Barski, directeur général de Biochip-IMB. Nous produisons actuellement entre 1.500 et 2.000 biopuces par mois, et nous prévoyons de porter ce chiffre à 3 ou 4.000. Bien que la demande pour cette méthode de diagnostic soit beaucoup plus élevée."

Outre les biopuces pour la tuberculose, les chercheurs ont également créé d'autres types de biopuces de diagnostic. Elles permettent de détecter des perturbations chromosomiques lors de leucoses, d'analyser la diversité des virus de la grippe (grippe aviaire comprise), de mettre en évidence des agents de l'herpès, de l'hépatite B, du mycoplasma, du cytomégalovirus chez les femmes enceintes et les nourrissons, ainsi que la prédisposition aux affections oncologiques (notamment au cancer du sein) et cardio-vasculaires. Elles permettent aussi de déterminer le groupe sanguin et de mettre en évidence une intolérance envers divers médicaments. Il est vrai que pour l'instant toutes ces biopuces ne sont pas certifiées. Il est particulièrement difficile, explique Viktor Barski, de faire certifier des biopuces permettant d'établir une prédisposition: le patient pouvant tomber malade ou non, des statistiques colossales doivent être accumulées pour que cette méthode puisse recevoir une application clinique. Pour l'instant on l'utilise en complément avec d'autres, afin de confirmer des diagnostics.

Les biopuces pour la tuberculose sont utilisées dans 20 centres tuberculeux de Russie. Parmi les partenaires et commanditaires de l'Institut de biologie moléculaire figurent l'Institut de virologie de l'Académie des sciences médicales de Russie et un hôpital français de Toulouse (avec lequel est développée la production de biopuces pour l'hépatite C). Des biopuces et des équipements sont livrés à la Biélorussie, l'Ukraine, la Kirghizie, la Corée du Sud et au Brésil. Des tests cliniques sont menés aux Etats-Unis.

La "farce" qui compose les biopuces - les sondes ADN - est produite en milieu stérile dans une salle du Laboratoire de micropuces biologiques. Dans une autre salle fonctionnent en continu des robots qui, sous le contrôle d'un ordinateur, placent ces sondes dans les microcellules. Cette production automatisée fait l'objet d'une surveillance sur écran. Une fois qu'elles ont été contrôlées, les biopuces sont prêtes à fournir des diagnostics sûrs. A la différence des médecins, elles ne se trompent jamais.

Quand l'homme fait appel à l'écureuil

L'animal peut parfois s'acquitter de tâches que l'homme peine à accomplir. La revue Lesovedenie, reprise par l'Agence en ligne informnauka.ru, a récemment rendu compte de la manière dont les écureuils, "à la demande de l'homme", étaient capables de reconstituer des forêts de conifères.

Les écureuils de Mandchourie peuvent être amenés par l'homme à restaurer des cédraies au sein de massifs d'arbres à larges feuilles, rapportent des spécialistes de la station Gornotaïejnaïa et de l'Institut de biologie des sols de la section d'Extrême-Orient de l'Académie des sciences russe. Et ils s'acquittent de cette tâche bien mieux que l'homme.

Victimes aussi bien des incendies que des déboisements, les forêts de résineux de la région du Primorié (Extrême-Orient russe) sont remplacées par des forêts de feuillus, qui sont elles-mêmes victimes des incendies et finissent par dégénérer peu à peu. Il importe donc de retrouver les précieuses essences de résineux, et notamment le pin de Corée, appelé également cèdre de Corée. Les exploitations forestières s'emploient, année après année, à planter des pinèdes, mais leurs efforts ne sont pas couronnés de succès. C'est dans ce contexte que des chercheurs se sont rappelés que les écureuils vivaient depuis des millénaires aux côtés des forêts de conifères de Corée, se nourrissant de leurs graines. Durant tout ce laps de temps, les écureuils ont appris à se constituer des réserves, et le cèdre s'est en quelque sorte habitué à ce que ses graines soient "plantées" ainsi. Dans ce contexte, l'utilisation du travail des animaux peut s'avérer plus efficace que le travail de reboisement effectué par l'homme.

Pendant plusieurs années, les chercheurs ont étudié le comportement des écureuils de Mandchourie qui vivent dans la station Gornotaïejnaïa. Là, parmi les massifs forestiers de feuillus, se sont conservés des bouquets de cèdres de Corée, dont les écureuils accumulent les graines. Les réserves des écureuils sont des plus modestes: la plupart du temps, elles ne recèlent que trois graines, rarement deux, encore plus rarement quatre. En une saison, un écureuil se crée plus d'un millier de cachettes. Il en utilise environ 500 pendant les 90 jours d'hiver. Les mulots en volent une partie, et le reste demeure pour la reproduction. C'est à partir de ces réserves que va s'opérer le repeuplement naturel des pins et des cèdres. Le nombre de jeunes arbres dépend de toute une série de facteurs. Les bonnes années de récolte, de nombreuses pommes de pin demeurent sur les bois de cèdres durant tout l'hiver, et les écureuils qui peuplent les cédraies prélèvent alors directement les pignons sur celles-ci, sans toucher à leurs réserves. Si l'hiver s'accompagne d'une fonte de la neige, il se forme dans la forêt une croûte de glace qui empêche les écureuils d'accéder à leurs réserves. Les écureuils peuvent alors mourir, et leurs cachettes demeurent inviolées. Dans ces deux cas de figure, on peut s'attendre à voir de jeunes arbres en abondance.

Les écureuils peuvent constituer leurs réserves dans les cédraies, mais aussi les emporter sur leurs territoires, souvent situés à une distance de 800 à 1.500 m des forêts. Naturellement, plus ils sont éloignés des cédraies, et plus le nombre de cachettes est faible, mais celles-ci peuvent fournir une quantité suffisante de jeunes arbres pour qu'en 50 à 60 ans se forme une forêt saine et, facteur très important, d'une densité optimale et composée d'arbres d'âges différents. Les écureuils qui s'alimentent dans une cédraie sont capables de planter une forêt de pins de 300 à 700 ha.

Mais que faire lorsqu'il n'y a aucune cédraie à proximité? Les spécialistes recommandent alors de "travailler" avec les écureuils d'une forêt de feuillus. Les écureuils qui se nourrissaient précédemment de glands et de noix de Mandchourie acceptent volontiers les graines de pin et de cèdre si on leur en propose. Pour ce faire, les spécialistes aménagent à leur intention, sur leur territoire, des sortes de mangeoires situées à 1,5 ou 2 m du sol. Les écureuils connaissent bien leur territoire, et il leur suffit en général d'un à trois jours pour découvrir une mangeoire. Mais il leur faut tout de même un certain laps de temps pour retirer les écailles d'une pomme de pin, transporter son contenu à l'endroit choisi, séparer et cacher les pignons deux par deux ou trois par trois. C'est pourquoi ils ne peuvent "traiter" quotidiennement que deux ou trois pommes de pin de taille moyenne.

Les scientifiques estiment que les écureuils ont pris en moyenne 60 à 90 pommes de pin par mangeoire. Chaque animal a pu cacher, à partir de là, entre 6 et 9.000 pignons sur une superficie de quelque 3 ha. C'est ainsi que les secteurs habités par les écureuils se couvrent progressivement de jeunes cèdres de Corée.

Selon les chercheurs de l'Extrême-Orient russe, les écureuils peuvent donc être - et doivent être - impliqués dans la réimplantation du cèdre de Corée au sein des gros massifs de feuillus, là où sa reproduction a totalement cessé ou s'opère très lentement en raison de la grande distance qui le sépare des cédraies. Mais il importe pour cela de ne plus chasser l'écureuil pour sa fourrure et de préparer à son intention, à l'automne, des mangeoires avec des pommes de pin. Concernant le reste, l'écureuil s'en chargera.

Etres unicellulaires, qui êtes-vous?

Que peut-il donc y avoir de complexe dans un être unicellulaire? Rien, de prime abord. Et pourtant, de nouvelles recherches ont amené les biologistes à s'étonner et à reconsidérer leurs points de vues sur ces organismes omniprésents.

"Pourquoi donc des êtres pluricellulaires se sont-ils formés", s'est interrogé le professeur Brodski, lors d'une intervention qu'il a faite récemment à l'occasion d'une conférence qui se tenait à l'Institut de biologie du développement Koltsov? Les propos du professeur ont été rapportés sur le site njk.ru. Il a reconnu que tout récemment encore, il considérait l'apparition d'organismes pluricellulaires sur notre planète comme le fruit du hasard. Seules les études réalisées ces dernières années l'ont convaincu du contraire. Bien plus: les nouvelles connaissances sur les mécanismes des processus cellulaires ont amené certains chercheurs à penser que les organismes unicellulaires à proprement parler, (parmi lesquels on range les bactéries, les amibes, etc.) n'existent pas: tout cela constituerait, au fond, une forme dissimulée d'organisme pluricellulaire.

"Je ne suis pas partisan de ce point de vue", note le professeur Brodski. Il reconnaît cependant que les nouvelles données sur les mécanismes d'auto-organisation des systèmes vivants (agrégation des cellules, organisation des processus métaboliques, etc.) peuvent effectivement conduire à une telle conclusion. On a découvert chez les unicellulaires un comportement que l'on qualifie de "social". En clair, ces organismes réagissent aux signaux provenant d'autres membres de la communauté unicellulaire. De plus, ce comportement est coordonné par les mêmes molécules-signaux que chez les mammifères - des neurotransmetteurs tels que la sérotonine, la dopamine, l'insuline, la noradrénaline, etc. C'est avec leur participation que s'opère la formation d'associations intercellulaires, "avantageuse" pour les unicellulaires car, comme l'explique le professeur Brodski, "dans les agrégats, l'utilisation des ressources est meilleure que dans les cellules isolées, et la capacité de survie supérieure".

De récentes études ont montré que les interactions intercellulaires directes pouvaient compléter la régulation nerveuse. Une modification du comportement des cellules lors du vieillissement des organismes a été mise en évidence. En se fondant sur les résultats des recherches de ces dernières années, les biologistes sont parvenus à la conclusion que la formation de communautés cellulaires était l'un des facteurs les plus importants du devenir et de l'évolution des pluricellulaires.

Pour comprendre comment se sont formés et ont évolué les pluricellulaires, conclut le professeur Brodski, la nouvelle génération de chercheurs devra déterminer précisément comment s'effectue la coopération intercellulaire et mettre à jour les facteurs signaux (les molécules) de l'auto-organisation des unicellulaires. Il leur faudra également étudier comment s'opère l'interaction intercellulaire dans les organismes pluricellulaires dépourvus de système nerveux.

Navigation satellitaire: un anniversaire et bien des projets

Les pays de l'Union européenne ont annoncé fin novembre être enfin parvenus à un compromis concernant le projet de système de navigation par satellites Galileo, qui pourrait être opérationnel à l'horizon 2013. La Russie avait célébré peu auparavant, le 26 novembre, le quarantième anniversaire du lancement de son premier satellite de navigation spatiale et mis en service, à cette occasion, le premier des trois nouveaux satellites, lancés un mois plus tôt, pour son système de navigation spatiale Glonass. Celui-ci devrait être opérationnel à l'échelle planétaire dès 2009.

Les Européens ont indiqué le 30 novembre que leur système de navigation par satellites Galileo pourrait entrer en service dès 2013. Des difficultés d'ordre financier avaient retardé l'avancement du projet, de même que des désaccords concernant les lieux d'implantation des centres de contrôle. L'UE a déjà dépensé 1 milliard d'euros pour ce projet et doit en trouver encore au minimum 2,4 milliards pour le mener à bien.

La compétition mondiale s'est intensifiée ces derniers temps en matière de systèmes de navigation spatiale. Le système GPS américain connaît depuis plusieurs années un succès mondial. Le système Beidou, développé par la Chine, devrait couvrir le territoire de ce pays et de la plupart de ses voisins d'ici fin 2008.

Quant à la Russie, elle continue de développer son système de navigation par satellites Glonass. Son développement, freiné durant de longues années faute de moyens financiers suffisants, devrait être achevé en 2009. Le système inclura alors 24 satellites, dont les données pourront être utilisées sur l'ensemble de notre planète.

Le système Glonass comptait au 4 décembre dernier 20 satellites en orbite. 13 fonctionnent normalement, trois passent un "contrôle technique" et quatre sont sur le point d'être retirés du système d'exploitation. 16 satellites sont donc actuellement opérationnels ou en passe de le redevenir. Le lancement de trois autres satellites est attendu pour le 25 décembre prochain. Une flotte de 18 satellites étant nécessaire pour couvrir la totalité du territoire de la Russie, il est permis de penser que l'objectif fixé par le Président Poutine dans le domaine spatial - rendre le système opérationnel pour tout le territoire russe au début de l'année 2008 - sera atteint. Pour couvrir l'ensemble du globe en 2009, d'autres lancements devront avoir lieu.

On a aussi célébré fin novembre, l'anniversaire du premier satellite russe de navigation, le Cosmos-192 ("Tsiklon"), lancé le 26 novembre 1967. Placé sur une orbite circumpolaire, il avait pour objectif, à titre expérimental, de renseigner sur la position des navires. Le porte-parole du groupe de recherche et de production (NPO) Rechetnev, qui a fabriqué ce satellite, et quelque 1.130 autres, soulignait à l'occasion de ce quarantième anniversaire que de nombreuses solutions mises en œuvre sur ce premier satellite - batteries solaires cylindriques, système gravitationnel d'orientation, etc. - avaient été reprises par la suite pour créer des satellites de navigation, mais aussi de télécommunications ou de géodésie.

Si les premiers satellites permettaient de déterminer les coordonnées une fois toutes les heures et demie, avec une précision de seulement un kilomètre, les appareils modernes du système Glonass, créés eux aussi par la société NPO Rechetnev, permettent d'établir des coordonnées à tout moment, avec une précision de quelques mètres.