Catégorie Actualités technologiques

Toute l'actualité

Un nouveau lait pour les nourrissons issu de vaches clonées verra-t-il le jour ?


La réponse affirmative vient de la Chine, pays leader dans le domaine de la recherche sur les aliments génétiquement modifiés, rapporte le Bulletin électronique, la publication de veille des services scientifiques des ambassades françaises.

La production de ce lait  est le fruit d'une collaboration entre  la société Beijing GenProtein Biotechnologie et des chercheurs du  laboratoire d'Etat d'Agro-biotechnologie de l'Université d'Agriculture de Chine, dirigés par le Professeur Ning Li.
Les chercheurs ont utilisé le clonage pour introduire des gènes humains dans l'ADN des vaches. Ils ont ensuite implanté les embryons génétiquement modifiés dans les 300 vaches porteuses. Le résultat: un lait riche en alpha-lactalbumine, lactoferrine et lysozyme. Ces  protéines retrouvées en quantité abondante dans le lait maternel possèdent des propriétés recherchées. Facilement absorbées par le corps humain et stimulant le système immunitaire, elles permettent de renforcer les défenses immunitaires des nourrissons.  Mais à la différence du lait maternel, ce lait d'origine OGM présente un double déficit en anticorps et en une protéine stimulant l'intelligence des bébés, a précisé le Professeur Ning Li.

La production de ce lait d'origine OGM constituerait une source bon marché de protéines rares pour l'alimentation humaine ainsi que pour les industries cosmétiques et pharmaceutiques. Est-ce à dire que nous pourrons en consommer  demain?   Ce lait a déjà passé avec succès les  tests de sécurité du Centre chinois de prévention et contrôle des maladies. Le professeur Li envisage la commercialisation des premiers travaux de recherche d'ici trois ans, en Chine. Il faudra cependant attendre dix ans avant de pouvoir envisager de le consommer.  L'utilisation de la technologie controversée du clonage est l'un des obstacles à la production en masse.  En effet, il n'existe que trois générations de vaches génétiquement modifiées en Chine et  la moitié seulement des 46  veaux nés pendant ces expériences ont survécu.

Mylène Huck, promotion 2013


Sources:

Photo: photo libre de droits du site fotosearch.fr

Ambassade de France en Chine, " Du lait de vache modifié génétiquement pour nourrir des nourrissons", Bulletin électronique, 20 avril 2011,  http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/66519.htm


Richard Gray, " Genetically modified ciws produce 'human'milk", The Telegraph, 2 avril 2011, http://www.telegraph.co.uk/earth/agriculture/geneticmodification/8423536/Genetically-modified-cows-produce-human-milk.html

Des enzymes pour la nouvelle pile à hydrogène

Par Tiphaine Berard, Sloane André, Simon Chabasse, promotion 2013

Des chercheurs du Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) ont permis à la pile à hydrogène de revenir sur le devant de la scène en remplaçant le platine par un système enzymatique, surmontant le principal problème de cette source d’énergie non polluante : le prix. Les considérations financières avaient à l’époque pris le pas sur les bénéfices environnementaux. L’idée de produire de l’énergie avec pour seul rejet de l’eau est de retour.
 
Baisse des coûts
 
C’est en décembre dernier que les chercheurs du centre du CEA de Grenoble, associés à d’autres établissements de recherche tels que le Laboratoire de chimie et de biologie des métaux (LCBM) ou le Centre National de la Recherche Scientifique (Cnrs), ont publié leur dernière découverte dans la revue Science (1) établissant un nouveau principe pour la pile à hydrogène. Leur attention portait sur des bactéries utilisant l’hydrogène comme source d’énergie. Pour cela, celles-ci emploient des enzymes : les hydrogénases. L’idée est donc venue de remplacer le platine, un métal rare et donc trop coûteux en tant que catalyseur dans la pile, par ces enzymes. En effet, ces dernières présentent la caractéristique de catalyser l’oxydation de l’hydrogène formant des protons au niveau de l’anode, migrant ensuite vers la cathode. Ils établissent ainsi un courant électrique. Les protons issus de l’oxydation se combinent ensuite avec l’oxygène de l’air pour former de l’eau, seul produit de la réaction. L’anode métallique peut, grâce à ce changement de catalyseur, être fabriquée dans un métal plus abondant comme le nickel (2).
 
2anode.jpg Un des impératifs pour le bon fonctionnement de la pile était de modifier les hydrogénases, trop sensibles à l’action inhibitrice de l’oxygène. Cette sensibilité provient de l’origine des enzymes. Au temps où elles sont apparues, l’oxygène n’était pas présent dans l’atmosphère, absence qui ne leur a pas permis d’utiliser cette molécule. L’équipe de chercheurs du CEA a donc préféré utiliser un catalyseur synthétique imitant les hydrogénases.
 
Ces succédanés d’enzymes sont ensuite greffés sur des nanotubes de carbone, profitant de leur grande surface de réactivité pour améliorer leurs performances. La tension fournie par l’électrode est quasiment la même qu’avec le platine. Toutefois, selon Vincent Artero du Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux (LCBM) de Grenoble, il reste un défaut : la vitesse de catalyse est de 10 à 100 fois plus lente.
 
Multiplication des applications
 
Avantage supplémentaire, cette électrode développée par l’équipe française est réversible. Cette propriété lui permet de produire de l’hydrogène à partir d’eau en utilisant une source d’énergie renouvelable, telle que le solaire ou l’éolienne. Autrement dit, le problème de la production de l’hydrogène est en bonne voie de résolution. En effet, l’hydrogène s’obtient à partir de méthane et produit donc une grande quantité de gaz à effet de serre. L’intérêt d’une source d’énergie propre serait donc limité si l’obtention du combustible entraîne une pollution. L’hydrogène prendrait donc le rôle de transporteur d’énergie pouvant être rechargé (3).
 
2scenic.jpg La version enzymatique de la pile permet de diviser le prix de production par deux mille. Cet argument permettra sans aucun doute de convaincre les clients potentiels. De nombreuses applications sont envisageables pour cette découverte. Concernant les transports par exemple, la pile à hydrogène contenant du platine faisait déjà l’objet de prototype dans des voitures ou des bus. Renault-Nissan a développé une voiture, la Scenic ZEV H2, pour Dihydrogene Zero Emission Vehicule. Elle combine une pile à hydrogène avec une batterie au lithium. Hormis le prix, un des problèmes est le poids ajouté de l’équipement, notamment du réservoir haute-pression pour l’hydrogène. Ce dernier se répercute sur les performances du véhicule atteignant les 120 chevaux pour 1 850 kilos. Autre projet dans les transports : la communauté européenne a lancé en 2001 le programme Clean Urban Transport for Europe (CUTE), un des projets les plus importants au monde concernant l’emploi des piles à hydrogène. Il programme l’expérimentation de bus à hydrogène dans plusieurs métropoles, moins bruyants et moins polluants, car réduisant l’émission des gaz à effets de serre dans l’environnement (4).
 
D’autres applications peuvent être imaginées dans le secteur des batteries rechargeables par apport d’énergie ou par ajout de combustible et qui produisent de l’eau. Mais la recherche doit continuer pour corriger les quelques problèmes restant, notamment dans le système de stockage de l’hydrogène, à l’heure actuelle trop volumineux. De nouvelles techniques de concentration de gaz sont à l’étude, comme la structure Metal-organic Framework (MOF) développée par une équipe de chimiste de l’université de Californie et du Michigan présente des capacités de stockage exceptionnel (5).
 
(1) Alan Le Goff et Vincent Artero, Bruno Jousselme, Phong Dinh Tran, Nicolas Guillet, Romain Métayé, Aziz Fihri, Serge Palacin, and Marc Fontecave, « From Hydrogenases to Noble Metal Free Catalytic Nanomaterials for H2 Production and Uptake », Science, 4 December 2009
(2) Olivier Hertel, « Des enzymes pour la voiture à hydrogène », Sciences et Avenir, février 2010
(3) Rapport n° 125 (2005-2006) de MM.Christian CABAL, député et Claude GATIGNOL, député, fait au nom de l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, « Définition et implications du concept de voiture propre », www.senat.fr, 14 décembre 2009
(4) AFH2- Thierry Alleau, « Mémento de l’Hydrogène »FICHE 9.2.1, www.afh2.org, février 2003
(5) Bruno Mortgat, « Hydrogène et piles à combustible : la gestation se poursuit », www.mineralinfo.org

 

Une bactérie pour lutter contre les marées noires

Pour le traitement des pollutions, une équipe de chercheurs européens se penche sur l’Alcanivorax borkumensis, qui se nourrit d’hydrocarbures.

Par Romain Joblin, étudiant à Sup’Biotech.

Des millions de tonnes d’hydrocarbures sont déversées chaque année dans les océans. Une petite part provient de suintements de gisements naturels. La plus grande partie doit cependant être imputée à l’activité humaine. Il existe quelques moyens de lutte contre les marées noires, mais ceux-ci restent souvent coûteux et difficiles à mettre en œuvre. Depuis peu, plusieurs équipes de chercheurs, dont une allemande, se penchent sur les bactéries se nourrissant d’hydrocarbures, les hydrocarbonoclastes. Parmi elles on trouve Alcanivorax borkumensis : une bactérie marine pour laquelle les hydrocarbures sont la source majeure de carbone et d’énergie. Ces derniers lui permettent donc de se multiplier. Si bien qu'elle est le microorganisme dominant dans les eaux polluées par les hydrocarbures. C’est ce qui en fait un candidat de choix pour le traitement des pollutions par des procédés biologiques.

maréenoire4.jpgUne équipe de chercheurs européens a décrypté récemment le génome de cette bactérie, appartenant à la famille des protéobactéries. Cette découverte permet de comprendre les mécanismes qui amènent A. Borkumensis à devenir l’espèce majoritaire dans les eaux contenant de grandes quantités d’hydrocarbures. Ceci en décryptant précisément les systèmes enzymatiques mis en jeu, ainsi que les produits du métabolisme.

Grâce à ses caractéristiques génétiques, elle peut non seulement dégrader une gamme extrêmement large d'hydrocarbures mais elle produit également des surfactants1 biologiques, qui contribuent à émulsifier la solution aqueuse, ce qui permet une meilleure pénétration de l’oxygène dans l’eau polluée. Il est en effet nécessaire d’avoir un apport important d’oxygène pour permettre aux enzymes des hydrocarbonoclastes de remplir leur fonction en dégradant les hydrocarbures. Cette dégradation est rendue possible par trois enzymes, codées par le gène AlkB, plus spécifiquement AlkB1. De plus, des chercheurs allemands ont identifié un système opéron, c'est-à-dire que les gènes codant pour les enzymes et les gènes codant pour leurs régulateurs sont contigus, ce qui permet une bonne régulation du métabolisme.

Le métabolisme des alcanes (hydrocarbures), décrit par ces mêmes scientifiques, consiste en une simplification des chaînes hydrocarbonées lourdes en acides gras. Ces acides gras subissent ensuite une β-oxydation classique qui produit de l’acétyl-CoA. Ce dernier est alors transformé en énergie et en carbone dans le cycle de Krebs2 .

L’avantage indéniable d’A. Borkumensis est qu’elle s’adapte facilement à un grand nombre de milieux présentant des paramètres totalement différents, notamment en termes de salinité de l’eau et de concentration en nutriments. Les nutriments, tels que le phosphate et l’azote sont en effet des facteurs limitants pour l’élimination des hydrocarbures. Les milieux marins pollués par les hydrocarbures sont effectivement pauvres en éléments nutritifs. A. Borkumensis peut compter sur des transports de nutriments particulièrement efficaces, permettant une bonne absorption de ceux-ci et favorisant ainsi le métabolisme.

La bactérie se développe naturellement en biofilms3, ce qui lui confère des propriétés de protection, notamment contre les ultraviolets et les agents pathogènes. Ces biofilms permettent aussi une meilleure pénétration du dioxygène, un bon échange de nutriments entre les bactéries et des échanges génétiques permettant l’adaptation rapide aux stress extérieurs. Concrètement, la bactérie se développe à l'endroit où se rencontrent l'eau et les hydrocarbures et crée son biofilm dans cette niche. Elle peut par ailleurs détoxiquer des composés tels que l'arséniate, le mercure, le cuivre et d'autres métaux lourds, qui sont souvent retrouvés dans les zones contaminées par les hydrocarbures.

L'omniprésence d’A. Borkumensis à travers le monde reflète sa capacité à s'adapter aux conditions changeantes tant en termes de salinité que de climat dans différents environnements. De plus, sa présence en petites quantités dans les zones non polluées indique qu’elle n’a pas besoin des hydrocarbures pour survivre mais qu’elle a bien une autre voie métabolique. Une équipe de chercheurs japonais a étudié le mécanisme qui permet la dominance d’A. Borkumensis dans les milieux souillés. Il apparaît qu’elle n’est pas la première à se développer mais qu’elle devient majoritaire après le troisième jour d’exposition aux hydrocarbures. Durant les trois premiers jours, d’autres hydrocarbonoclastes ont été observées mais elles ont cédé leur place à la bactérie dominante car elles ne sont pas dotées de systèmes aussi complets qu’Alcanivorax.

A. Borkumensis possède donc un potentiel naturel intéressant dans l’optique de la bioremédiation des hydrocarbures. Dans un premier temps, elle pourrait être appliquée aux accidents pétroliers. Mais il existe aussi de nombreuses autres applications potentielles, comme le traitement des rejets industriels, le nettoyage de cuves, des résidus déposés sur les bâtiments. A. Borkumensis comptera donc certainement dans les nouveaux traitements dépolluants.

1 Surfactant : Substance abaissant la tension superficielle de l’eau, permettant ainsi une meilleure pénétration du dioxygène.

2 Cycle de Krebs : Cycle permettant la transformation de l’acétyl-CoA en carbone + énergie.

3 Biofilm : Ensemble de microorganismes emprisonnés dans une matrice de polysaccharides.

Sources :

Julia S. Sabirova, Manuel Ferrer, Daniela Regenhardt, Kenneth N. Timmis, Peter N. Golyshin, "Proteomic Insights into Metabolic Adaptations in Alcanivorax borkumensis Induced by Alkane Utilization", Journal of Bacteriology, June 2006, pp. 3763–3773

Rainer Kalscheuer, Tim Stoveken, Ursula Malkus, Rudolf Reichelt, Peter N. Golyshin, Julia S. Sabirova, Manuel Ferrer, Kenneth N. Timmis, Alexander Steinbuchel, "Analysis of Storage Lipid Accumulation in Alcanivorax borkumensis: Evidence for Alternative Triacylglycerol Biosynthesis Routes in Bacteria", JOURNAL OF BACTERIOLOGY, Feb. 2007, pp. 918–928

 

Compte rendu du débat public sur les nanotechnologies : un frein pour les nanosciences ?

Comme prévu par le Grenelle de l'environnement, la Commission nationale du débat public a officiellement ouvert quatre mois de débats sur les nanotechnologies, du 15 octobre 2009 au 23 février 2010.

Dans le compte-rendu qui vient d’être rendu public par la Commission Particulière du Débat Public (CPDP) le public manifeste de nombreuses inquiétudes sur les risques que les nanotechnologies peuvent présenter vis-à-vis de la santé et des libertés individuelles. Les questions les plus récurrentes portent sur la fiabilité des experts, le besoin de contrôle, de transparence et de traçabilité dans l’utilisation des nanoparticules.

95302387.jpg

Comme un reflet de ces inquiétudes, l’Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail (Afsset) a présenté le 24 mars dernier ses principales recommandations face au développement des nanomatériaux :

- Informer le consommateur : mise en place d’un étiquetage clair précisant la présence de nano-produits. Dès le 1er janvier 2013, les nanomatériaux qui composent les produits cosmétiques devront obligatoirement être mentionnés sur les étiquettes. Il est souhaitable que cette mesure soit étendue à l’ensemble des produits afin que l’on puisse choisir de consommer ou non des nano-produits.

- Limiter l’exposition aux nanomatériaux voire les interdire lorsque leur utilité est faible par rapport aux dangers potentiels. C’est le cas pour certaines chaussettes antibactériennes qui contiennent des nanoparticules d’argent susceptibles de rejeter quantité de biocides dans la nature, la crème cosmétique, le ciment autonettoyant[a]. Martin Guespereau, directeur général de l’Afsset, s’est prononcé pour leur interdiction lors d’une conférence de presse le 24 mars.

- Etudier la dangerosité des nanomatériaux : mise en place par le ministère de la santé de Nanogenotox, un programme européen de détection du potentiel géno-toxique des nanoparticules.

L’Afsset demande que le principe de précaution soit appliqué à ces nouvelles technologies et France Nature Environnement en appel à un moratoire sur les nano-objets. Est-ce un coup d’arrêt pour les nanosciences ? Il est peut probable car bien que, comme l’Afsset le rappelle, « seules 2% des études publiées sur les nanomatériaux concernent leurs risques pour la santé et l’environnement», le marché mondial actuel des nanotechnologies est estimé à 147 milliards de dollars[b]. La pression des enjeux économiques pèse lourd : d’ici 2014 10 millions d’emplois liés aux nanotechnologies seront crées et que le marché mondial atteindrait 2000 milliards d’euros d’ici 2015[c]. En conséquence la recherche s’oriente vers les applications techniques délaissant la recherche fondamentale aux risques de recommencer les mêmes erreurs qu’avec l’amiante, la vache folle, les hormones de croissance, le sang contaminé…..

Scientifiques et société civile doivent travailler ensemble dans un souci de transparence et d’éthique afin que la révolution annoncée par les nanotechnologies ne se transforme pas en guerre entre les « pro-nano » et les « anti-nano ».

 Claire Mollard, enseignante à Sup'Biotech.

 

[a] L’usine nouvelle, 5 avril 2010

[b]  « Putting Nanotechnology on the Map » PEN 5project on Emerging Nanotechnologies) août 2009.

[c] Principles for the Oversight of Nanotechnologies and Nanomaterials.

L'apport des biotechnologies dans la synthèse de l'arôme de fraise


Dans les aliments, les arômes sont présents sous forme de composés volatiles en très faible concentration. Les produits naturels représentent plus des deux tiers du marché français des matières premières aromatiques. L'approvisionnement en plantes étant incertain, le recours à la synthèse d’arômes représente une solution. L’arôme de fraise est complexe mais aujourd'hui défini. Cependant, la synthèse chimique la plus rentable de cet arôme reste toxique. Comment les biotechnologies proposent-elles alors une alternative?

La synthèse de l’arôme de fraise se fait selon un procédé plutôt complexe. Dans un premier temps, il faut isoler les volatiles majoritaires et établir leur concentration. Ceci est complexe car les techniques d’extraction et de distillation peuvent causer des dommages sur l’arôme. Grâce à la distillation fractionnée (séparation des constituants d’un mélange de liquides miscibles ayant des températures d’ébullition différentes) mise au point par H. Kollmannsberger et R.G. Berger, les concentrations des volatiles sont connues depuis 1994. L’extraction directe liquide-solide établie par J. Sanz la même année et qui est un procédé de solubilisation des composants solubles, en détermine les 3 furanes majoritaires (4-(Hydroxy ou methoxy)-2,5-dimethyl-3(2H)-furan-3-one, 2-furfural et 2-furancarboxylique.).

97017526.jpg

Dans un second temps, l’identification et la quantification des résultats est indispensable. La chromatographie en phase liquide à haute performance, technique de séparation analytique, ou la résonance magnétique nucléaire, qui permet une analyse chimique et structurale, sont des solutions pour connaître la structure des 3 furanes établis. J. Sanz a quantifié ces résultats par le couplage avec une spectrométrie Ultra-Violet. Enfin, l’évaluation sensorielle couplée à un appareil quantifieur, dégage le composant majoritaire. I. Zabetakis et M. A. Holden ont démontré en 1995 que le 4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furan-3-one, commercialement connu sous le nom de furanéol, est le composant majoritaire, responsable du goût de fraise.

Synthèse du furanéol

Il existe plusieurs voies chimiques. La première synthèse établie est celle de M. A. Briggs qui s'appuie sur la base de l'acide tartrique comme source naturelle, mais donne un faible rendement. Les plus industriellement intéressantes sont protégées par des brevets, telle la méthode de G. Buchi et E. Demole, qui est la synthèse la plus utilisée actuellement. La procédure est rapide et basée sur le 2,5-dimethoxy-2,5-dimethyl-dihydrofurane. Son rendement est de 50 %. La société Unilever, elle, réalise la synthèse de la 4-hydroxy-2,5-diméthyl-2,3-dihydrofurane-3-one à partir de sucres.

La voie présentant le meilleur rendement, 60 %, est la fabrication selon Peer. C’est une méthode classique à partir de rhamnose, peu coûteux, en présence de pipéridine. Mais subsiste un gros inconvénient, la pipéridine est toxique, interdisant son intégration alimentaire. Pure, la substance est corrosive par contact, par ingestion, et l'inhalation de la vapeur à des concentrations élevées peut causer un œdème pulmonaire, même suite à une exposition de courte durée. Il existe cependant une alternative permettant un bon rendement sans l’utilisation de pipéridine: la voie enzymatique, qui est de plus un atout de vente car aux yeux de la loi l’arôme rentre dans la catégorie des naturels.

Cette voie de synthèse biotechnologique est basée sur un modèle ressemblant fortement à celui de la glycolyse, le mécanisme de dégradation du glucose dans l’organisme. Son efficacité est liée au temps de réaction ainsi qu'à la température, au pH et à la quantité de composants. Pour maximiser son rendement à pH 7, l’asparagine est incorporée comme catalyseur. Le choix du milieu de réaction a également une influence déterminante. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une solution tampon de phosphate de sodium en tant que milieu réactionnel. L'augmentation de la température de réaction augmente le rendement et réduit le temps de réponse. D’autant plus que l'allongement des temps de réaction, la sensibilité à la chaleur et à l'oxydation du furanéol conduisent à des pertes de récolte dues à sa décomposition. Un temps de réaction trop long accroît aussi la formation de sous-produits, imposant donc des étapes de purification supplémentaires, synonymes de nouvelles pertes.

A la recherche du naturel

L’étude de tissus de culture de fraise par I. Zabetakis et M.A. Holden est un moyen d’optimiser la production naturelle de l’arôme. En effet, les fraises mûres sont capables de métaboliser des aldéhydes en alcools et par la suite en esters d’acide endogènes, grâce à des enzymes pas encore toutes identifiées. Les sucres, principaux composants solubles, fournissant l'énergie nécessaire au métabolisme, sont la source de carbone et agissent comme précurseurs des composés aromatiques, ici le furanéol. Dans le tissu de fraise, le taux de sucres augmente tout au long du développement. Ces niveaux de sucres stimulent la formation des métabolites secondaires, les esters dont certains sont des précurseurs clés du furanéol. Le contrôle atmosphérique sur la biosynthèse des esters de fraises a un intérêt dans l’augmentation d’éthanol, qui améliorerait la biosynthèse des esters éthyliques. Il est donc essentiel de connaître la voie de biosynthèse de la molécule cible car l'ajout de certains précurseurs de la molécule pourrait améliorer le rendement des produits.

Ces résultats sont une voie vers une biosynthèse reproduisant le mécanisme naturel.
Les avancées dans l’identification de l’arôme de fraise ont permis aux industriels de le synthétiser à des fins commerciales. Mais la voie chimique ne permet pas de l’étiqueter en tant qu’ « arôme naturel » bien qu’il s’agisse de la même molécule. Les biotechnologies sont donc d’un réel apport dans l’industrie agroalimentaire car cette voie permet la production d’un arôme naturel « légalement » parlant, ainsi de répondre aux attentes de certaines catégories de consommateurs privilégiant les aliments naturels.


Blandine AVIGNON, Karine CHAURIS, Chloé JOUBERT, étudiantes Sup’Biotech promotion 2013

Une crevette tenue à l'oeil

Renaud CONFAVREUX – Monica CHHOR – Manal LAMMARI   Promotion 2013

 
A l’heure de la modélisation informatique, il est de plus en plus rare de voir des scientifiques utiliser l’animal pour sujet d’étude afin d’améliorer les technologies de demain.

C’est pourtant ce qu’ont décidé de faire N. Robert de l’Université de Bristol et son équipe de chercheurs qui, en octobre 2009, ont publié dans la revue Nature Photonics le compte rendu de leur étude sur les yeux de la crevette-mante multicolore ou squille (Odontodactylus scyllarus) qui, contrairement à d’autres animaux, détecte la lumière polarisée dans tout le spectre lumineux, de l’ultraviolet à l’infrarouge.

Cette propriété biophysique pourrait représenter un intérêt majeur quant à la mise au point de nouveaux appareils optiques plus performants car en effet, le traitement de la lumière polarisée constitue un paramètre clef dans la réalisation, entre autre, de disques optiques.

C’est dans ce but que ces scientifiques ont cherché à savoir comment les yeux de ce crustacé arrivaient à présenter de telles performances meilleures.

Afin d’explorer les différentes possibilités offertes par les yeux de cette squille, N. Robert et son équipe ont mesuré la manière dont la lumière polarisée se comportait à travers les ommatidies. Les ommatidies sont les unités réceptrices de l’œil composé du crustacé. Celles-ci sont organisées en différentes zones à l’intérieur de l’œil : la bande médiane, et de part et d’autre les hémisphères dorsal et ventral. La plupart des fonctions spécialisées se situent au niveau de la bande médiane composée de six rangées d’ommatidies.

Il est alors avéré durant l’étude, que deux de ces rangées se comportaient comme une lame quart d’onde, c’est-à-dire que la vitesse de propagation de la lumière dépend de la direction de polarisation d’après le principe de biréfringence, et déphaser de 90° (ou d’un quart de cycle ondulatoire) une onde polarisée selon une certaine direction par rapport à une onde polarisée dans la direction perpendiculaire. En résumé, la squille peut percevoir et analyser la lumière polarisée circulaire, elle est ainsi capable de distinguer une vibration circulaire droite d’une gauche. La lame quart d’onde va donc avoir pour effet de transformer cette onde de polarisation circulaire en une onde polarisée linéaire.

Par des observations et également par des simulations numériques, l’équipe a découvert que la structure des cellules photoréceptrices contenaient en réalité un faisceau de microtubes lipidiques longs et larges composés de photopigments montrant qu’elles agissaient effectivement comme une lame quart d’onde mais aussi que cette propriété était achromatique, c’est-à-dire que la propriété de ses yeux ne dépend pas de la longueur d’onde de la lumière, au contraire ils sont efficients sur tout le spectre lumineux.

Ainsi, l’achromaticité des lames quart d’onde qui caractérise la vue exceptionnelle de la squille lui permet probablement de posséder l'une des visions les plus sophistiquées du monde animal.

 94795333.jpgCette capacité de traitement de la lumière polarisée est vitale pour les animaux vivants dans les profondeurs car sous l’eau, la lumière n’est pas la même qu’en surface et pour voir de manière efficace, il est donc nécessaire d’avoir des yeux adaptés. Mais l’intérêt ne se trouve pas dans la vision sous-marine de ce crustacé mais plutôt dans celui du traitement de la lumière polarisée, qui est pour les scientifiques un enjeu majeur dans les technologies optiques de demain, que ce soit pour des microscopes photoniques, des fibres optiques ou d’autres produits. Actuellement, l’application la plus évidente serait celle des disques optiques numériques.

En effet, la lame quart d’onde qui caractérise l’œil de la squille est un système optique que l’on utilise par exemple dans les lecteurs de CD ou de DVD pour mieux distinguer la lumière laser réfléchie par la surface du disque. Mais les ingénieurs ne savent fabriquer que des lames quart d’onde utilisables dans une étroite bande de longueurs d’onde, c’est-à-dire dans une seule couleur : le rouge pour les CD/DVD et le bleu pour le Blue-Ray.

En plus de la couleur, la polarisation peut constituer un moyen supplémentaire de coder de l’information dans un disque optique, ce qui ouvre la possibilité d’en augmenter considérablement la capacité de stockage.
 

Les animaux se servent d’une abondance de physique optique pour contrôler et manipuler la lumière qui surpasse souvent les équivalents des appareils optiques artificiels autant au niveau de la sophistication que de l’efficacité.

C’est ainsi que la nature demeure une source inégalée d’inspiration pour la technologie qui souvent n’arrive pas à rivaliser même avec des millions d’années d’évolution.

Un homme bionique pour 2010


En mai 2001, un événement majeur changea la vie de Jesse Sullivan, ancien électricien de 62 ans. Il fût électrocuté et vit ses 2 bras amputés. En 2003, il collabore avec l’institut de rééducation (RIC) de Chicago, qui avec la DARPA (centre de recherche du ministère de la défense américain) met au point le premier bras bionique, Proto1. Depuis cette date, de nombreuses entreprises se sont lancés sur ce secteur.

Afin de pouvoir restaurer la mobilité, les prothèses bioniques doivent respecter 2 conditions :

1. Elles doivent exercer un contrôle cognitif sur les fonctions motrices résiduelles.
2. Un appareil doit assimiler et décrypter le message nerveux.
La première condition dépend de l’état du patient. Si celui-ci possède sur sa zone amputée des liaisons nerveuses relativement intactes, il peut contrôler à une certaine échelle les mouvements de la prothèse. Dans le cas contraire, une intervention chirurgicale est nécessaire. Les nerfs moteurs restants sont déroutés vers différentes régions anatomiques. Dans le cas du bras bionique, la réinnervation chirurgicale connecte les nerfs du moignon aux nerfs moteurs des muscles thoraciques.

78058135.jpgLa complexité des prothèses bioniques repose essentiellement sur le respect de la deuxième condition. En effet, chaque action exécutée par le corps humain dérive de plusieurs neurones du cortex moteur. Le neurone est composé d’un soma, partie centrale, d’un axone, prolongement long, mince et cylindrique du corps cellulaire, et de dendrites. La transmission de l’influx nerveux est due à une modification de la perméabilité membranaire des axones. L’influx nerveux est également analysé. Le contrôle cognitif des membres artificiels pour des mouvements simples, comme empoigner, est réalisé par une interface cerveau-machine. Cette interface se compose d’une électrode de surface EMG, qui dans le cas du Proto1, capte les signaux myoélectriques et les transporte jusqu’au membre artificiel. L’amputé accomplit alors un mouvement de l’épaule pour que le bras se déplace en réponse au signal. L’inconvénient des électrodes de surface est leur résolution. Pour permettre au bras artificiel de se plier ou tourner le poignet, l’utilisateur devait accomplir des mouvements grossiers qui activaient des actions préprogrammées. Le Proto2, développé par la DARPA en collaboration avec DEKA R&D (New Hampshire) vise à accéder au cortex moteur du cerveau grâce à l’implantation d’électrodes IMES (Injection Myoelectric Sensors) dans l’avant-bras. S’ajoutent une batterie, et un accumulateur qui amplifie et transmet le signal au microprocesseur. Celui-ci, décryptant le signal grâce à un algorithme, va à son tour transmettre l’information aux moteurs. Le Proto 2 est capable d’effectuer 27 mouvements et comprend une main dotée de 22 moteurs à chaque articulation. Il a remporté le « Popular Mechanics 2007 Breakthrough Award »

Les prothèses bioniques ont le potentiel pour être la solution pour les amputés. Les patients possédant une prothèse bionique ressentent la sensation de toucher et retrouvent des gestes élémentaires du quotidien, l’un des désagréments étant d’apprendre à s’en servir. En 2002, les limites physiques des prothèses bioniques étaient la maîtrise de la prothèse par la pensée. Lors des phases de tests, sur un total de six patients, un seul est parvenu à contrôler sa prothèse par la pensée. Après l’opération, un an de rééducation est nécessaire. Cependant, l’inconvénient majeur du bras bionique est son coût, qui le rend inaccessible au grand public. Ainsi, Proto1 coûtait 70 000 $ et Proto2 100 000 $. La Société écossaise Touch Bionics commercialise des bras bioniques pour le prix de 10 000 €. En 2009, elle sort également sur le marché Pro-Digits des doigts bioniques d’une valeur de 38 000 à 50 000 €. Enfin, le patient n’est pris en charge que partiellement. En plus du coût de la prothèse s’ajoutent les frais hospitaliers et tous les frais concernant l’entretien de la prothèse (qui doit être fait tous les six mois) et la rééducation.
Une alternative aux prothèses bioniques serait les greffes bio artificielles de membres. Cependant, ces types de greffes posent plus de problèmes que celles d’un organe interne. De nombreux patients après une amputation développent des troubles d’ordre psychiques, car il est plus difficile pour eux d’accepter l’organe greffé dans la mesure où ils le voient au quotidien, donc sont susceptibles de se questionner sur ses origines. L’obstacle psychologique peut même être infranchissable chez certains, à l’image d’un patient greffé d’une main qui a décidé de se faire amputer de sa nouvelle main plus de deux ans après l’opération…


Les effets secondaires à long terme sont les plus connus, à savoir tous les troubles psychiques liés aux amputations : les sensations fantômes ou douleurs fantômes, les douleurs idiopathiques du moignon. Cependant, la majorité de la communauté scientifique considère que les facteurs psychologiques seuls ne peuvent expliquer la douleur fantôme. Les études de Richard A. Sherman et de son équipe (Madigan Army Medical Center, Washington) ont montré que des facteurs psychologiques comme le stress, l’anxiété ou la dépression, pouvaient influencer la douleur fantôme sans en constituer la cause.
Les progrès de la médecine permettent de considérer le corps humain comme un assemblage de pièces détachées. La question ne se pose plus. La réalité a dépassé la fiction : l’homme bionique de la célèbre série « L’homme qui valait trois milliards « est déjà parmi nous…

Monique Olima - Valérie Zoa – étudiantes de Sup’Biotech, promotion 2013

Quand les nanotechnologies se rapprochent du cerveau

De récentes recherches nous ont permis de découvrir une nouvelle méthode de vectorisation adaptée aux traitements de maladies du cerveau, qui sont généralement difficiles à cibler. Des chercheurs Singapouriens ont développé en avril 2009, un peptide amphiphile capable de former des micelles. Cette nouvelle méthode de traitement ciblée serait une avancée conséquente dans le domaine des maladies difficiles à traiter. Mais comment ces nanoparticules vont-elles permettre un traitement plus efficace que les traitements actuels ?

La méningite peut être une infection virale ou bactérienne des méninges1, se traduisant par des symptômes particuliers tels que de la fièvre, des raideurs dans la nuque, des vomissements, des maux de tête ou encore des tâches hémorragiques sous la peau. Le type de la méningite est par la suite déterminé grâce à une ponction lombaire pour l’analyse du liquide céphalorachidien (LCR). Chaque année, 1,2 million de cas de méningites bactériennes sont comptabilisés à travers le monde.
Le premier type de méningites, retrouvé dans 80 % des cas, est causé par un virus, et plus rarement par un champignon. Ces méningites virales restent bénignes et savent, de nos jours, être correctement traitées. Dans le cas des méningites d’origine bactérienne (20 % des cas), les traitements sont plus délicats. Ce type reste très dangereux et peut provoquer des lésions cérébrales voire aller jusqu’à entraîner la mort (8 à 10 %).

95454990.jpg

Une fois ces méningites diagnostiquées, des traitements antibiotiques peuvent être prescrits chez les patients atteints par une bactérie, afin de palier rapidement le problème. Pour ce qui est des autres cas, divers vaccins, de plus en plus généralisés surtout chez les nourrissons, peuvent être utilisés comme celui contre les méningites de l’Haemophilus influenzae depuis 1992. Enfin, les méningites virales ne disposent d’aucun traitement particulier. Elles s’estompent naturellement avec le temps.
Mais malgré les solutions qui furent trouvées pour le traitement des méningites, le problème se pose in vivo pour les infections bactériennes. En effet, les antibactériens permettant de lutter contre les bactéries en cause ne peuvent passer la barrière hémato-encéphalique2 (BHE) où sont installées ces bactéries et donc traiter la maladie. Un des moyens de lutte pourrait bien venir des nanotechnologies si l’on en croit un article publié dans Nature Nanotechnology*.

Les nanoparticules développées par l’équipe de Yi-Yan Yang*, appelées CG3R6TAT, possèdent trois atouts : une charge positive, une efficacité antimicrobienne et la capacité de former des micelles qui passent à travers la BHE. Ce dernier atout reste délicat car il est essentiel de ne pas endommager le cerveau ou de le contaminer avec des particules étrangères.
Il a été remarqué que ces nanoparticules, à partir d’une certaine concentration, avaient une grande facilité à s’assembler d’elles-mêmes en micelles, créant ainsi un moyen de vectorisation de molécules médicamenteuses et une structure organisée.
La charge postive du peptide favorise fortement les interactions électrostatiques avec les bactéries, mais également avec les champignons et les levures. Grâce à cela, on peut obtenir un ciblage de l’agent pathogène.
Du point de vue de l’activité microbienne, il a été découvert que la séquence TAT du peptide a la capacité d’inhiber une bactérie. Cependant, son efficacité est moindre à côté de celle des résidus arginines qui composent les nanoparticules. Plus le peptide est riche en arginine, plus la concentration minimale inhibitrice3 est réduite. L’alliance des deux permet donc d’accroître considérablement l’action antimicrobienne de ces nanoparticules.
Le TAT étant une séquence d’aminoacide issue du VIH, permettant la translocation membranaire, c’est lui qui permettra au peptide de traverser la BHE. Cette translocation est de plus favorisée par les charges cationiques des nanoparticules. A la suite des tests in vitro de ces peptides, les chercheurs ont remarqué qu’ils peuvent entraîner la lyse des cellules microbiennes tout en limitant l’hémolyse qui est une conséquence indésirable et fréquente lors de l’usage des peptides cationiques. Ce traitement efficace est sans effets secondaires importants sur l’organisme et permet de progresser vers un moyen infaillible de neutraliser tous les types de méningites.

Ces nanoparticules auraient donc la capacité de lutter contre diverses infections de manière sûre et efficace. La question serait maintenant de savoir si une telle technique pourrait s’appliquer à d’autres maladies du cerveau comme les encéphalites et pourquoi pas des maladies neurodégénératives. En tout cas, nous n’avons plus d’excuses pour ne pas nous creuser les méninges !


Julie MAES, Charlotte PELOSO, Gaëlle-Anne THILLAYE, étudiantes de Sup’Biotech, promotion 2013.



Notes :


1 enveloppe recouvrant la totalité de la boite crânienne sur trois couches
2  barrière protégeant le cerveau en filtrant la circulation sanguine qui deviendra le LCR
3 concentration minimale nécessaire d’un antibiotique pour inhiber la croissance d’une couche de bactéries in vitro

* Lihong Liu, Kaijin Xu, Huaying Wang, Jeremy Tan P.K., Weimin Fan, Subbu S. Venkatraman, Lanjuan Li and Yi-Yan Yang - "Self-assembled cationic peptide nanoparticles as an efficient antimicrobial agent" - Nature Nanotechnology - 14 Mai 2009
 

Archives

Abonnez-vous


Etablissement d'enseignement supérieur privé - Inscription Rectorat Créteil 0942193Y - Cette école est membre de IONIS Education Group comme :