article original publié par Science @ Nasa
auteur : Patrick L. Barry
traduction de Didier Jamet
1er DECEMBRE 2003
La Salmonelle se révèle plus virulente en microgravité simulée que sur Terre. En étudiant ce phénomène, les chercheurs espèrent mieux comprendre la virulence des maladies infectieuses. Ce sera l'objet d'une prochaine expérience embarquée à bord de la Station Spatiale Internationale.
La vie est légèrement différente dans l'espace de ce qu'elle est sur Terre, y compris pour les microbes. De récentes recherches montrent que les caractéristiques de l'activité génétique de certains microbes diffèrent en apesanteur, menant à un comportement modifié. Ces différences pourraient se trouver derrière une étrange observation. La salmonelle, agent infectieux bien connu proliférant dans les aliments, devient plus virulent quand sa croissance s'effectue en microgravité simulée.
Cette nouvelle n'est pas vraiment rassurante pour les astronautes, lesquels voient déjà leur système immunitaire fonctionner un peu moins bien en orbite, rendant les infections plus probables. Afin de les aider à rester en bonne santé et de mieux comprendre les infections microbiennes en général, les chercheurs veulent savoir exactement quels sont les gènes affectés par la microgravité et pourquoi l'apesanteur (réelle ou simulée) devrait provoquer ces modifications.
" A chaque fois que vous observez un changement dans la virulence d'un microbe en réponse à un stimulus environnemental, vous avez une chance d'en savoir un peu plus sur les mécanismes pathogènes de cet organisme " confirme Cheryl Nickerson, experte en microbiologie et immunologie auprès du centre des sciences de la santé de l'Université Tulane.
Avec son équipe, Nickerson espère qu'en étudiant ces changements, on pourrait mettre au point une nouvelle méthode de combat contre les " mauvais " microbes, aussi bien pour le bénéfice des astronautes que pour celui de tout un chacun sur Terre.
En utilisant les dernières avancées en biotechnologies et l'apesanteur fournie par la Station Spatiale Internationale, ils prévoient d'explorer les changements dans l'expression de gènes subis par les microbes dans l'apesanteur non simulée du vol spatial.
Leur première expérience, baptisée " Yeast GAP " (que l'on pourrait traduire par " espace à levure "), consistera à envoyer de la levure de bière génétiquement modifiée (Saccharomyces cerevisiae) à bord de la station spatiale par le biais d'un vaisseau de ravitaillement Progress en 2004.
La levure de bière n'a rien de pathogène. Néanmoins, " les cellules de la levure sont un remarquable modèle pour ces recherches car elles sont faciles à manipuler, bien connues par ailleurs, et on dispose du décryptage complet de leur génome " précise Nickerson.
De plus, l'ADN de la levure est très semblable à celui de souches infectieuses, de champignons microscopiques et autres protozoaires.
" Enfin le génome de la levure est relativement simple, ce qui rend les résultats plus aisés à interpréter " poursuit-elle.
Cependant la partie est loin d'être gagnée. Le génome de la levure contient 6312 gènes, dont chacun code la production d'une protéine qui constitue la machinerie moléculaire de la cellule. Pour avoir prise sur cette immense complexité, les chercheurs enverront en orbite pas moins de 6312 variants de la levure. Chacun différera des autres par le fait qu'un de ses gènes sera inactivé et remplacé par un " code-barre " ADN développé spécifiquement. Ce code barre ADN n'encodera pas une protéine, il servira simplement d'étiquette servant à distinguer chaque variant des autres.
" Nous mélangerons ces différentes souches de levure dans un dispositif de culture (le " Group Activation Pack ", d'ou l'acronyme GAP) et observerons celles qui s'épanouissent en apesanteur " explique Tinothy Hammond, néphrologue également impliqué dans ces recherches.
Supposons qu'il manque un gène particulier à un variant de levure. Appelons le " gène X " Supposons que ce variant ne parvienne pas à proliférer aussi bien dans l'espace que sur Terre. On en déduirait tout simplement que le gène X manquant joue un rôle clé dans la réponse de la levure à la microgravité.
A partir de cette simple information, on pourrait alors concevoir d'autres expériences. Les chercheurs pourraient cibler leurs recherches sur la question de savoir comment la protéine codée par le gène X influence le comportement de nombreux microbes dans l'espace, y compris les microbes pathogènes.
Pourquoi tout type de cellule devrait-il se comporter différemment en microgravité ? La question est encore ouverte, mais les scientifiques ont quelques idées. Il se peut par exemple que les cellules perçoivent des déformations dans leurs membranes et répondent à ce signal. Des cellules cultivées à une pesanteur normale migrent généralement vers le fond de leur container et s'aplatissent, tandis que les mêmes cellules en apesanteur restent rondes. Cette différence pourrait donner le signal aux changements dans l'expression des gènes.
Nickerson et quelques autres explorent cette idée au sol en utilisant un " simulateur de microgravité " développé par le centre spatial Johnson. Nommé " Dispositif bioréacteur à paroi rotative ", il reproduit les conditions de l'apesanteur en cultivant les microbes dans un liquide lui même placé dans une chambre en rotation lente. La rotation contrebalance la lente sédimentation des cellules, entretenant une chute libre permanente des cellules au travers de leur milieu nutritif.
Les cellules rencontrent une légère résistance quand elles se déplacent dans le liquide, une différence d'avec l'authentique apesanteur qui pourrait modifier leur comportement, mais tout comme les cellules en orbite, elle ne s'aplatissent pas (c'est dans ce bioréacteur que l'inhabituelle virulence des salmonelles a été observée pour la première fois).
Apparemment, l'approximation d'apesanteur fournie par le bioréacteur fonctionne plutôt bien. Une expérience plus ancienne menée par Hammond a montré qu'une souche de levure cultivée au sol dans le bioréacteur a montré des changements de comportement très similaires à ceux observés dans la Navette Spatiale. D'après Hammon, évaluer les similitudes et les différences dans la manière dont les cellules réagissent dans le bioréacteur ou dans l'espace sera un autre enjeu important de l'expérience Yeast GAP. Si les conditions reproduites dans le bioréacteur se révèlent suffisamment proches de celles rencontrées en orbite, il pourrait fournir un moyen beaucoup plus pratique et moins cher d'étudier les microbes en condition de microgravité.
Qu'elle soit réalisée en apesanteur simulée ou véritable, cette perspective de recherche pourrait aider à révéler les fondements génétiques des infections. Une clé qui aiderait aussi bien les astronautes que les terriens à vivre en meilleure santé.
Quelques liens pour aller plus loin
Bureau de recherche biologique et physique
Pansements pour un coeur brisé.
Construisez votre propre bioréacteur
Synthecon, la société qui commercialise le bioréacteur développé par la Nasa