Les ressources insoupçonnées de la nature pour résister aux radiations
Publié par Adrien le 20/10/2018 à 08:00
Source: CEA

© DR / KAERI / A. De Groot
Des chercheurs du CEA, du CNRS et de l'Université Aix-Marseille (1), en collaboration avec le KAERI (2), ont mis en lumière une grande diversité d'outils de réparation, de protection et de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.), qui permettent à une famille de bactéries de résister aux radiations. Ces résultats sont issus d'une méta-analyse se basant sur 296 publications et couplée à l'analyse de 11 génomes. Publiés le 18/10/2018 dans FEMS Microbiology Reviews, ils ouvrent de nouveaux champs d'investigations dans les domaines de la radioprotection (La radioprotection désigne l'ensemble des mesures prises pour assurer la protection de l'homme et de son environnement contre les effets néfastes des rayonnements ionisants.), des mécanismes de défense bactériens et de la réparation de l'ADN.

La radiorésistance est présente chez des organismes aussi différents que les bactéries, les archées et les petits invertébrés. Les organismes les plus étudiés en termes de radiorésistance sont les bactéries du genre Deinococcus. Elles présentent une radiorésistance extrême, tolérant des doses de radiations ionisantes de l'ordre de 5000 Gy (Gray (3)) sans perte de survie alors que 200 Gy est une dose létale pour la plupart des bactéries et qu'une exposition de 5 à 10 Gy seulement suffit pour tuer les cellules humaines. Comprendre comment les Deinocoques résistent aux radiations peut permettre une meilleure compréhension de la résistance de certaines cellules cancéreuses aux radiothérapies, ou inversement de comprendre pourquoi certaines cellules sont plus radiosensibles que d'autres.

Une équipe américaine (4) a obtenu en 2014, par évolution dirigée (5), des bactéries Escherichia coli (Escherichia coli, également appelé colibacille ou E. coli, est une bactérie intestinale des mammifères très commune chez l'être humain....) radiorésistantes (3000 Gy) après irradiations répétées en laboratoire. Ces travaux ont conclu que les mécanismes de radiorésistance conférés par évolution dirigée étaient multifactoriels et différaient (en partie) des mécanismes issus de l'évolution naturelle tels que décrits alors pour la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...) Deinococcus radiodurans.

Radiorésistance de Deinococcus: quelle est son origine ?

La radiorésistance chez D. radiodurans résulte d'une combinaison (Une combinaison peut être :) de conditions physiologiques particulières associées à des mécanismes moléculaires qui sont bien régulés (protection des protéines contre l'oxydation grâce à des systèmes anti-oxydants enzymatiques et non enzymatiques, réparation de dommages massifs de l'ADN impliquant des enzymes ayant des particularités, implication de protéines spécifiques au genre Deinococcus).

Au-delà de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont il existe une...) modèle D. radiodurans, de nombreuses espèces de Deinococcus radiorésistantes, dont les chercheurs connaissent les génomes, ont été isolées de divers environnements dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier (déserts chauds et secs, sources chaudes, Antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de...), etc.). L'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 2016 voit naître une collaboration scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) franco-coréenne permettant alors aux chercheurs d'explorer cette biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des gènes dans...) en profondeur pour voir les points communs, les spécificités, et si les mécanismes de radiorésistance témoignent de la grande capacité du vivant à générer de la nouveauté sans modèle établi.

Les auteurs de ces travaux ont alors passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent....) en revue tous les mécanismes et facteurs impliqués dans la résistance au stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes environnementales. Dans le langage courant, on parle de stress...) oxydatif et la réparation de l'ADN. Les résultats de cette méta-analyse de 296 publications, portant sur plus de 250 protéines, et sur un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de 11 génomes, permettent de définir la partition et le rôle de chaque protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques....).


Les bactéries Deinoccocus radiorésistantes incluent des coques (D. radiodurans en haut à gauche, vue en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) électronique) ou des bâtonnets (D. deserti en haut à droite), et présentent différentes pigmentations (caroténoïdes, boîtes de Pétri en bas à gauche montant des colonies de différentes espèces). Elles sont toutes capables de reconstituer leur génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le...) à partir d'un génome fragmenté par des radiations ionisantes (en bas à droite, gel d'électrophorèse à champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) pulsé montrant la reconstitution du génome). © KAERI/A. De Groot

Au final, cette étude révèle une diversité insoupçonnée de mécanismes pouvant être mis en oeuvre pour aboutir à une radiorésistance effective, même au sein d'espèces très proches. L'article constitue une référence durable et une mine d'idées pour les spécialistes de divers domaines. Parmi ceux-ci, caractériser la régulation d'autres mécanismes de défense développés par les bactéries, incluant les bactéries pathogènes pour l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par...), décrypter de nouveaux mécanismes de réparation de l'ADN, mieux appréhender la radiorésistance développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à...) par certaines cellules tumorales.

Références

Sangyong Lim, Jong-Hyun Jung, Laurence Blanchard and Arjan de Groot. Conservation and diversity of radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple :...) and oxidative stress resistance mechanisms in Deinococcus species, FEMS Microbiology Reviews, 18/10/2018, DOI: 10.1093/femsre/fuy037

Notes:

(1) Au sein du BIAM, l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (CEA/CNRS/Université Aix-Marseille).

(2) Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) coréen pour l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) atomique

(3) Le Gray (Gy) est l'unité de dose absorbée (En physique nucléaire et en radioprotection, la dose radioactive ou plus concisément la dose désigne l'énergie déposée par unité de masse par un rayonnement ionisant....). Elle permet d'exprimer l'énergie massique reçue sous forme de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) par le système étudié. 1 Gy = 1 J/kg.

(4) L'équipe de Michael Cox, à Madison (USA) et ses collaborateurs.

(5) L'évolution dirigée consiste dans ce cas en des irradiations répétées avec des doses sub-létales. Les cellules survivantes sont resoumises à une dose incrémentée, sur plusieurs cycles, permettant d'augmenter la radiorésistance.
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