La plupart des êtres vivants sur Terre entrent en dormance après avoir tiré le « frein d’urgence »
(quantamagazine.org)- De nombreux micro-organismes et cellules cessent de croître lorsque l’environnement se dégrade et entrent en dormance ; selon certaines estimations, 60 % des cellules microbiennes de la Terre seraient endormies à un moment donné
- Une nouvelle protéine, Balon, stoppe instantanément le ribosome, la machine bactérienne de production des protéines, et des gènes associés ont été trouvés dans 20 % des génomes bactériens enregistrés
- Les facteurs de dormance connus jusque-là empêchaient une nouvelle synthèse protéique une fois la précédente terminée, mais Balon peut aussi intervenir sur des ribosomes déjà actifs et interrompre la traduction comme un frein d’urgence
- Balon se fixe près du site A du ribosome et peut entrer et sortir rapidement, ce qui facilite la mise en sommeil de la cellule en situation de stress puis sa réactivation quand les conditions s’améliorent
- La dormance n’est pas propre aux bactéries : c’est une stratégie de survie utilisée dans l’ensemble du vivant, des ovules aux cellules souches, cellules immunitaires, cellules hépatiques, à l’hibernation des ours ou à la lysogénie des virus
Ce que Balon arrête : les ribosomes et la consommation d’énergie
- Lorsqu’une cellule détecte des conditions défavorables comme la faim ou le froid, elle produit des protéines facteurs de dormance pour réduire son métabolisme
- Ces facteurs peuvent démonter les machines cellulaires ou bloquer l’expression des gènes, et une catégorie particulièrement importante est celle qui arrête les ribosomes, chargés de fabriquer de nouvelles protéines
- Dans une cellule bactérienne en croissance, la production de protéines représente plus de 50 % de la consommation d’énergie
- Quand les ribosomes s’arrêtent, la synthèse de nouvelles protéines diminue et la cellule peut économiser l’énergie nécessaire à sa survie de base
Découverte de Balon et mode d’action
- Balon a été découvert chez Psychrobacter urativorans, une bactérie adaptée au froid isolée du pergélisol arctique
- Pendant une expérience, le milieu de culture a été laissé trop longtemps dans un seau de glace, provoquant chez la bactérie un choc thermique froid qui l’a fait entrer en dormance
- Les chercheurs ont extrait les ribosomes des bactéries dormantes et les ont observés en cryo-EM, confirmant qu’une protéine était insérée dans le site A du ribosome
- Cette protéine n’avait jamais été décrite auparavant ; comme elle ressemble à Pelota, impliquée dans le démontage et le recyclage des composants du ribosome, elle a reçu le nom de Balon, autre mot espagnol signifiant ballon
- Dans une étude publiée dans Nature, Balon s’est révélée agir différemment des facteurs classiques de dormance des ribosomes
Un « frein d’urgence » différent des facteurs de dormance classiques
- Les facteurs de dormance perturbant le ribosome connus jusqu’ici agissent de manière relativement passive
- Ils attendent que le ribosome ait fini de fabriquer une protéine
- Puis ils empêchent le ribosome de lancer la synthèse de la suivante
- Balon peut entrer dans les ribosomes présents dans la cellule, y compris ceux déjà en activité, et en arrêter le fonctionnement
- Les facteurs de dormance classiques bloquent physiquement le site A du ribosome ; ils ne peuvent donc se fixer qu’une fois la synthèse protéique en cours terminée
- Balon, lui, n’obstrue pas complètement le passage et se fixe à proximité, ce qui permet son insertion et son retrait quel que soit l’état d’activité du ribosome
- Grâce à cette propriété, il peut stopper la croissance cellulaire puis se retirer rapidement, comme une cassette audio qu’on éjecte
Balon n’est pas une rare exception, mais une protéine largement répandue
- Une recherche de séquences génétiques de Balon a révélé des séquences apparentées dans 20 % des génomes bactériens enregistrés dans les bases publiques
- Les chercheurs ont aussi analysé deux autres protéines bactériennes apparentées
- Une protéine de Mycobacterium tuberculosis, l’agent pathogène humain responsable de la tuberculose
- Une protéine de Thermus thermophilus, qui vit dans des sources hydrothermales marines ultra-chaudes
- Ces deux protéines se fixent elles aussi au site A du ribosome, ce qui suggère que certains parents de Balon pourraient fonctionner de manière similaire chez d’autres espèces bactériennes
- Balon est absente de Escherichia coli et Staphylococcus aureus, deux organismes souvent utilisés dans les recherches sur la dormance cellulaire
- Se concentrer sur un petit nombre d’organismes modèles de laboratoire peut faire passer à côté de tactiques de dormance pourtant très répandues
La dormance dans l’ensemble du vivant
- Une grande partie des formes de vie sur Terre possèdent la capacité d’arrêter ou de ralentir leur métabolisme quand c’est nécessaire, plutôt que de rester continuellement actives
- La bactérie modèle de laboratoire E. coli dispose de cinq modes distincts de dormance, chacun suffisant à lui seul pour survivre à une situation de crise
- La dormance n’est pas un phénomène utile uniquement en cas de famine
- Les ovules humains restent en dormance pendant des décennies jusqu’à leur fécondation
- Les cellules souches humaines demeurent quiescentes dans la moelle osseuse après leur formation, en attendant des signaux du corps
- Les fibroblastes du tissu nerveux, les lymphocytes du système immunitaire et les hépatocytes du foie peuvent eux aussi entrer dans un état inactif, non prolifératif, puis se réactiver
- L’hibernation des ours, la lysogénie du virus de l’herpès, le stade dauer chez les vers, la diapause chez les insectes, l’estivation chez les amphibiens et la torpeur chez les oiseaux sont également des états de dormance réversibles lorsque les conditions s’améliorent
Dormance probabiliste et survie du groupe
- Certaines cellules entrent en dormance en réponse à des changements de l’environnement, mais beaucoup de bactéries utilisent aussi une stratégie probabiliste
- Dans un environnement qui change de façon aléatoire, si aucune cellule n’entre en dormance, une catastrophe soudaine peut faire disparaître toute la population
- Même dans les cultures de E. coli les plus saines et à croissance rapide, 5 à 10 % des cellules sont en dormance
- Ces cellules dormantes jouent le rôle de survivants désignés, restant en vie lorsque les cellules plus actives et plus vulnérables subissent des dommages
- Des mécanismes de dormance comme Balon aident à comprendre quelles espèces peuvent persister de façon stable ou se rétablir malgré le changement climatique
1 commentaires
Commentaires Hacker News
J’aime l’histoire de Karla Helena-Bueno, qui a découvert un facteur d’hibernation commun après avoir oublié trop longtemps des bactéries arctiques sur de la glace
Elle illustre parfaitement ce schéma presque magique qui accompagne souvent l’innovation et les découvertes : l’accident fortuit. C’est humain et rafraîchissant, et je ne pense pas que ce soit le genre de découverte que le machine learning puisse totalement nous enlever
On l’attribue généralement à Isaac Asimov
Elle pourrait trouver un mécanisme d’hibernation sous un autre angle, pas par accident. Si l’AGI devient réalité, après avoir ingéré suffisamment de données, elle dira peut-être d’une façon étrange : « ça, c’est intéressant ». J’aime le roman Colossus, qui décrivait de manière assez réaliste, il y a près de 60 ans, comment une AGI primitive pourrait se comporter : https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
La contrainte actuelle tient davantage à notre capacité à rechercher ces motifs à grande échelle qu’aux connaissances nécessaires pour reconnaître un motif intéressant
Et la plupart des découvertes y ont été faites par hasard
Ça me rappelle que les humains auraient autrefois pu hiberner (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) et (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)
L’idée serait qu’« ils ont choisi de dormir pendant la pire période de l’année dans des grottes relativement sûres, et ont pour cela renoncé à la nutrition et à la vitamine D apportée par le soleil ». Que l’on soit dehors ou dans une grotte pendant les hivers nordiques ne change pas grand-chose au taux de vitamine D, et comme le soleil est bas, le corps a de toute façon du mal à en produire. Les Inuit, par exemple, peuvent obtenir de la vitamine D sans soleil. Quant au manque de nourriture en hiver, cela peut simplement vouloir dire qu’avant le développement des techniques de stockage et de conservation, il n’y avait tout bonnement pas grand-chose à manger en hiver
Le deuxième porte sur des ancêtres humains d’il y a 400 000 ans, donc sur une période très ancienne
Mais je me demande quel en serait le but. Cela entraînerait probablement un raccourcissement de l’espérance de vie et une hausse du risque de cancer
La phrase « Plutôt que de nous plaindre de ce que nous manquons pendant que nous dormons, nous pouvons vivre le sommeil comme un processus qui nous relie à toute vie sur Terre, jusqu’aux microbes endormis au fond du pergélisol arctique » est intéressante, mais le fait que les microbes au fond du pergélisol arctique dorment est encore plus rassurant
Je n’ai pas envie d’imaginer ce qui se passerait s’ils se réveillaient
S’il n’y a pas de bonne raison de rester éveillé, on dort, et l’on économise son énergie pour un moment où il sera plus utile d’être éveillé. Cela dit, cette explication ne dit pas pourquoi nous rêvons
N’est pas mort ce qui à jamais peut dormir, et au long d’étranges éternités, la mort même peut mourir
Waouh, on dirait un mécanisme d’évaluation paresseuse (lazy evaluation) inventé par la nature
On dirait que presque personne ne parle des possibilités thérapeutiques
Ce serait bien de pouvoir mettre les infections bactériennes en état de dormance. Même chose pour les tumeurs
Ça me fait penser à des personnes âgées qui se font congeler le corps pour induire un état de dormance, puis se réveillent quand le monde s’est amélioré
J’investirais dans une entreprise comme ça
0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
Il y a quelques jours, il y a aussi eu ceci : https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
C’est un sacré pari sur la question de savoir si les gens d’un futur lointain verront les corps préservés comme une ressource précieuse ou comme quelque chose à exploiter
Si la vie a existé sur Mars, je me demande si elle utilisait ce type de mécanisme de dormance
Il ne faudrait surtout pas expliquer au grand public que, dans les systèmes complexes, il est tout à fait naturel que beaucoup d’entités constituent une marge de réserve en ne faisant rien, et que ce n’est pas parasiter la société mais au contraire indispensable pour maintenir l’ensemble du système en vie
Peut-il le faire comme assurance probabiliste contre un événement d’extinction au niveau de la population, puis être capable de se rétablir ensuite ? L’extension tirée du contenu réel de l’article est vraiment mauvaise