l'heure où nous produisons de plus en plus de données et où se pose la question de leur stockage, les biologistes s'intéressant à ce problème se sont tournés vers l'un des « disques durs » les plus compacts qui soient : l'ADN.

En effet, cette macromolécule présente dans toutes les cellules contient toute l'information nécessaire au bon fonctionnement et à la reproduction de celles-ci, encodées dans ses quatre bases A, C, G et T. Sur ce principe, ne pourrait-il pas contenir des données créées par l'être humain, encodées dans les bases de l'ADN comme elles le sont sous forme de 0 et de 1 dans un ordinateur ?

Depuis quelques années, de nombreuses recherches se penchent sur la possibilité de stocker des données dans l'ADN, que celui-ci soit conservé in vivo (au sein de cellules) ou in vitro. Cette solution technologique serait, selon ses promoteurs, une piste pour répondre aux difficultés de stockage de données qui se poseront dans quelques années.

La quantité mondiale de données numériques était estimée en 2018 à 33 zettaoctets (mille milliards de milliards d'octets), et elle double tous les deux à trois ans. Le stockage de données sur des disques durs ou des bandes magnétiques nécessite ainsi de plus en plus de place. Il requiert ainsi des ressources toujours plus importantes en infrastructures et en énergie. Enfin, le stockage classique est peu durable, de sorte que des données archivées sur CD ou bandes magnétiques doivent être transférées tous les 10 ans environ.


La première démonstration de stockage de données dans l'ADN date des années 1980 avec l'?uvre de Joe Davis, qui avait alors encodé la représentation d'une rune germanique dans le génome d'une bactérie. Mais les développements de techniques autour de cette idée n'ont connu leur essor que depuis le début des années 2010.
Vos données dans des tubes à essai

Le stockage de données dans l'ADN in vitro fonctionne le plus souvent de la manière suivante : les données à conserver ? textes, images ? sont converties en séquence de 0 et de 1, elles-mêmes transposées en séquences de nucléotides A, C, G et T. La molécule d'ADN est ensuite synthétisée par des appareils dédiés, qui ajoutent les nucléotides souhaités les uns à à la suite des autres pour former des brins d'ADN, le plus souvent longs de quelques dizaines à deux cents paires de bases ? à titre de comparaison, les bactéries ont généralement un génome de quelques millions de paires de base, et les humains 3,2 milliards de bases par cellule. Une information assez volumineuse sera ainsi répartie sur plusieurs brins d'ADN, mais elle sera reconstituée à la lecture. Les molécules peuvent ensuite être stockées, souvent dans une solution aqueuse. L'accès à l'information se fait par séquençage et interprétation des séquences obtenues.

Le coût est l'une des limites principales du stockage in vitro : la synthèse de l'ADN, donc l'écriture des données, est chère. Pour contourner les coûts liés à cette synthèse, des méthodes alternatives sont explorées. Par exemple, il est envisagé d'utiliser un encodage fondé sur des structures physiques de l'ADN : ici, le repliement ou non de l'ADN correspond alors à un 0 ou à un 1. Autre option, l'encodage via des modifications épigénétiques : dans ce cas, les bits sont encodés grâce à la présence ou l'absence de modifications chimiques le long de la molécule l'ADN, et non via les bases.

Autre limitation à l'heure actuelle, l'étape de synthèse peut être longue et générer des erreurs, tout comme l'étape de séquençage nécessaire à la lecture des données. Pour pallier aux éventuelles erreurs, l'encodage des données doit inclure une redondance de l'information, et des codes correcteurs sont utilisés : ce sont des séquences ajoutées à la suite des données d'intérêt, permettant de reconstituer l'information en cas d'erreur ou d'effacement lors de l'écriture ou de la lecture. Ces codes de correction d'erreurs sont issus des travaux sur le codage de l'information. Des informations redondantes, c'est-à-dire déjà présentes dans le message, sont ajoutées autour de l'information à transmettre. Cela permet au système qui la décode de détecter et de remanier les erreurs. Un des codes de correction d'erreurs les plus utilisés, le code de Reed-Solomon, est d'ailleurs présent dans les CD et les QR codes pour y éviter les pertes d'informations.
Vos données dans des bactéries

Il est également possible de stocker des données in vivo, dans le génome d'organismes vivants. En 2017, un gif animé fut encodé dans le génome d'une bactérie, les bases constituant le code étant intégrées dans un endroit précis du génome. Un triplet de nucléotides codait alors pour une couleur de pixel, permettant une reconstitution en 21 niveaux de gris.

Plus récemment, en 2021, des chercheurs de l'université de Columbia ont mis en place un système permettant de transférer les données directement d'un format numérique à un stockage biologique.

Dans ce nouveau système, dit « enregistrement moléculaire électrobiologique », le format numérique, composé de 0 et de 1, est exprimé en signal électrique. Ainsi, pour coder un 0, il n'y a pas de signal électrique et une séquence issue du génome originel de la bactérie est intégrée dans le génome. En revanche, pour coder un 1, donc en présence d'un signal électrique, une séquence exogène ? étrangère au génome de la bactérie ? est intégrée dans le génome. Les chercheurs ont ainsi encodé le message « hello world » dans le génome de la bactérie. Si la quantité de données encodées est encore faible, c'est la première démonstration d'une écriture de données directement de l'ordinateur vers un organisme vivant ? une sorte de magnétoscope cellulaire, capable d'enregistrer les données sur l'équivalent biologique de la bande magnétique : l'ADN.
Colonies de bactéries E. coli dans une boîte de Pétri. Nathan Reading/Flickr, CC BY-NC-ND

Il est plus difficile de manipuler l'ADN in vivo qu'in vitro, et, pour les méthodes d'« enregistrement moléculaire », la densité d'espace de stockage (ici, la quantité d'information par nucléotide) y est plus faible, l'encodage d'un 0 ou d'un 1 nécessitant pour l'instant environ 50 nucléotides. Cependant, les données enregistrées in vivo ont pour avantage d'être faciles à copier, grâce à la division cellulaire, contrairement aux données stockées in vitro qui doivent être répliquées par des PCR, Polymerase Chain Reaction ? une technique qui permet de dupliquer en grand nombre l'ADN ou l'ARN à partir de faibles quantités de matériau génétique et d'amorces spécifiques), désormais fameuse grâce à son rôle dans le dépistage du SARS-Cov-2, mais plus coûteuse que les cultures pendant lesquelles les cellules se divisent.

La réplication de l'ADN est souvent mentionnée comme problème du stockage in vivo, car elle est susceptible de générer des mutations qui pourraient endommager les données en introduisant des erreurs de codage ; néanmoins les erreurs de réplication de l'ADN sont plus rares in vivo que pendant une PCR.
Un stockage « froid », mais pas que

Le stockage de données dans l'ADN semble plutôt être indiqué pour l'archivage de données dites « froides », c'est-à-dire des données auxquelles l'accès est peu fréquent. Mais d'autres applications sont envisagées.

À lire aussi : Comment stocker des données à (très) long terme ?

Ce type de stockage pourrait également être utilisé en stéganographie, c'est-à-dire pour dissimuler un message dans un autre message. Par exemple, les cellules stockant l'ADN porteur d'informations pourraient être mélangées à des bactéries issues d'un environnement naturel pour aider à la dissimulation d'une information.

L'authentification d'objets grâce à des codes-barres nucléotidiques est également examinée, par exemple dans cette étude, qui propose d'utiliser de l'ADN encapsulé dans de la silice et mélangé à des huiles d'olive pour qu'il soit possible de vérifier leur authenticité.


Même si le stockage de données dans l'ADN n'appartient plus tout à fait à la science-fiction, il lui reste un long chemin à faire avant de devenir grand public. L'ADN se conserve bien et est très compact, des millions de nucléotides n'occupant que quelques micromètres ? il aurait ainsi une densité de stockage un million de fois plus importante que celle des disques durs. Ce sont ses avantages par rapport aux méthodes de stockage classiques, comme le stockage magnétique (utilisé dans les disques durs) ou optique (les CDs et DVDs).

Néanmoins les différents coûts impliqués, notamment pour écrire les données, sont encore de plusieurs ordres de grandeur plus élevés que ceux du stockage classique. La vitesse de lecture des données ? souvent, la vitesse de séquençage de l'ADN ? est également un obstacle à lever, même si des progrès considérables ont été réalisés dans ce domaine ces dernières années, et que de nouvelles améliorations restent à venir, comme des méthodes de séquençage ne nécessitant qu'une seule molécule d'ADN, là où les méthodes classiques en exigent plusieurs.

Même s'il n'est pas impossible d'imaginer, d'ici quelques décennies, un rayon des archives remplies de tubes à essai contenant des livres sous forme d'ADN, il est néanmoins peu probable que vous puissiez bientôt regarder votre film préféré en glissant un échantillon dans un lecteur DVD génétique.

L'alliance de la science citoyenne combinée aux analyses de données volumineuses faites par une intelligence artificielle a récemment permis d'estimer l'ensemble de la population mondiale d'oiseaux sauvages. Résultats : il y en aurait environ cinquante milliards, représentants plus de 9700 espèces.

Ils sont environ six fois plus d'oiseaux sur Terre que d'humains. Certains se comptent par milliards, d'autres par millions, quand d'autres ne sont qu'une poignée. «Les humains ont consacré beaucoup d'efforts à compter les membres de notre propre espèce ? nous sommes tous 7,8 milliards», rappelle Will Cornwell, écologiste à l'UNSW Science et co-auteur de l'étude. «Nous présentons ici le premier effort global visant à dénombrer une suite d'autres espèces».
Science citoyenne et algorithme

Dans le cadre de ces travaux, Cornwell et son équipe ont rassemblé près d'un milliard d'observations d'oiseaux enregistrées par plus de 600 000 scientifiques citoyens entre 2010 et 2019 sur eBird, une base de données en ligne. En s'appuyant sur ces données, les chercheurs ont ensuite développé un algorithme visant à estimer la population mondiale réelle de chaque espèce d'oiseau.

L'ensemble de données intègre des enregistrements pour quasiment toutes les espèces évoluant actuellement sur Terre (92 %). Cependant, les auteurs estiment qu'il est peu probable que les représentants des 8 % restants, visiblement très rares, aient beaucoup d'impact sur l'estimation globale.

Sur cet échantillon, seules quatre espèces appartiennent au ?club du milliard? : Le moineau domestique (1,6 milliard), l'Étourneau sansonnet (1,3 milliard), le Goéland à bec cerclé (1,2 milliard) et l'Hirondelle rustique (1,1 milliard).

n véritable appui pour la conservation

À l'inverse, environ 12 % des espèces d'oiseaux considérées dans l'étude ont une population mondiale estimée à moins de 5000 individus. Parmi elles figurent la Sterne huppée chinoise, le Lagopède alpin, ou encore le Râle de Wallace.

Pour ces oiseaux, ce type d'étude pourrait être crucial. «Quantifier l'abondance d'une espèce est une première étape essentielle dans la conservation», souligne en effet Cornwell. «En comptant correctement ce qui existe, nous apprenons quelles espèces pourraient être vulnérables et pouvons suivre comment ces modèles changent au fil du temps. Ainsi nous serons en mesure de dire comment ces espèces se débrouillent en répétant l'étude dans cinq ou dix ans».


Bien que les chercheurs soient confiants dans ses estimations, ils reconnaissent qu'un certain degré d'incertitude est inévitable lorsque l'on opère avec des données aussi importantes.

Ceci dit, ces résultats, bien qu'approximatifs dans certains domaines, représentent les données les plus complètes à ce jour pour de nombreuses espèces. De nouvelles infos seront régulièrement ajoutées à eBird au fil des observations citoyennes. Les chercheurs prévoient ainsi de répéter leur analyse au fur et à mesure que davantage de données seront disponibles.

Vous retrouverez les détails de ces travaux dans les Actes de la National Academy of Sciences.

On utilise les fils de suture pour refermer les plaies et accélérer le processus naturel de cicatrisation, mais leurs fibres rigides peuvent provoquer des complications en lésant les tissus mous. Pour remédier à ce problème, des chercheurs de Montréal ont mis au point le fil TGS (pour tough gel sheathed), inspiré du tendon humain.

Ce fil de nouvelle génération est entouré d'une gaine faite d'un gel glissant, mais résistant, dont la structure rappelle celle du tissu conjonctif mou. Lors des tests, les chercheurs ont constaté qu'il provoquait moins de lésions que les fils classiques, puisque l'enveloppe de gel élimine presque totalement la friction.

On utilise les fils de suture classiques depuis des siècles pour rapprocher les lèvres des plaies jusqu'à ce que la cicatrisation soit complète. Toutefois, ces fils sont loin d'être idéaux pour la réparation tissulaire. En effet, leurs fibres coriaces peuvent lacérer et léser des tissus déjà fragilisés, ce qui peut gêner le patient et entraîner des complications post-chirurgicales.

Le problème vient en partie du fait que ces fils rigides frottent sur les tissus mous environnants, auxquels ils ne sont pas adaptés, expliquent les chercheurs de l'Université McGill et du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS).

Le tendon, source d'inspiration Pour régler ce problème, l'équipe a donc conçu une technologie novatrice en s'inspirant de la mécanique du tendon. "Nous nous sommes inspirés du corps humain, plus précisément de l'endoténon, une gaine à la fois forte et résistante grâce à sa double structure. L'endoténon relie les fibres de collagène entre elles et tire sa force de son réseau d'élastine", explique Zhenwei Ma, auteur principal et doctorant sous la direction de Jianyu Li, professeur adjoint au Département de génie mécanique de l'Université McGill.

En plus d'offrir une surface glissante qui réduit la friction avec les tissus environnants, l'endoténon procure au tendon lésé les matériaux nécessaires à la réparation tissulaire. Dans le même ordre d'idées, le fil TGS peut être conçu pour libérer les médicaments dont le patient a besoin, précisent les chercheurs.

Traitement personnalisé des plaies "Cette technologie nous offre un outil polyvalent pour une prise en charge avancée des plaies. Nous croyons que ce type de fil pourrait libérer des médicaments, prévenir les infections et même permettre de surveiller la plaie par imagerie proche infrarouge", avance le Pr Li.

"La possibilité de surveiller la plaie et d'adapter la stratégie thérapeutique pour favoriser la cicatrisation est une voie fort intéressante qui mérite d'être explorée", conclut le Pr Li, également titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les biomatériaux et la santé musculosquelettique.

À propos de l'étude:
L'article "Bioinspired tough gel sheath for robust and versatile surface functionalization", par Zhenwei Ma, Zhen Yang, Qiman Gao, Guangyu Bao, Amin Valiei, Fan Yang, Ran Huo, Chen Wang, Guolong Song, Dongling Ma, Zu?hua Gao et Jianyu Li, a été publié dans Science Advances.
DOI: http://doi.org/10.1126/sciadv.abc3012

Une épidémie de tarets dans l'Europe du 18e siècle a généré une catastrophe écologique et une vague de fanatisme religieux, mais aussi permis des innovations et la suprématie de la marine britannique.

Catastrophe environnementale, effondrement économique et pandémie: autant de crises qui occupent une place importante dans le discours public actuel, mais qui faisaient également des ravages dans l'Europe du 18e siècle.

À l'époque, c'est le taret, un mollusque marin qui se nourrit de bois flottant ou immergé, qui en était la cause. Bien qu'elle soit relativement inoffensive aujourd'hui, cette créature a été à l'origine de l'une des plus grandes catastrophes environnementales, politiques et économiques au monde.

«On ne sait toujours pas pourquoi la population de tarets a explosé dans les années 1730, mais ces mollusques ont détruit en quelques années presque toutes les structures en bois le long de la côte de la mer du Nord», explique Michael-W. Serruys, chercheur principal du projet SHIPWORM de l'UE, titulaire d'une bourse individuelle Marie Sk?odowska-Curie Actions et historien qui étudie l'impact des tarets en Europe occidentale.

«Lorsque les tarets ont détruit les digues en bois qui empêchaient la région historique des Pays-Bas d'être inondée, celle-ci a été confrontée à une catastrophe écologique.»

Et la crise n'a cessé de faire boule de neige, la plupart des solutions destinées à minimiser les effets des tarets ayant des conséquences considérables. «Les tarets ont été à l'origine de réformes politiques, de nouvelles innovations et d'une modification des rapports de force internationaux», ajoute Michael-W. Serruys.

Grâce à un financement de l'UE, Michael-W. Serruys étudie le rôle important qu'a joué l'innovation pour mettre fin à la crise du taret ? une recherche qui pourrait être riche d'enseignements pour la gestion des crises modernes.
D'un ver à une technologie qui change le monde

Au cours de ses recherches, Michael-W. Serruys a remarqué qu'une fois le défi compris, de nombreuses sociétés touchées étaient prêtes à innover. Par exemple, c'est à cette époque que les navires ont été équipés de coques doublées par des plaques de cuivre. «Bien que cela ait été fait à l'origine pour protéger les navires contre les tarets, cette innovation a en fait rendu les navires beaucoup plus rapides», explique-t-il.

En collaboration avec des biologistes marins et des ingénieurs hydrodynamiques, Michael-W. Serruys a estimé que les coques en cuivre réduisaient de quelque 10 à 15 % la résistance des navires dans l'eau. «Les pays qui pouvaient se permettre d'acheter des plaques de cuivre sont non seulement sortis de la crise plus rapidement, mais ils ont également pris l'avantage en termes de commerce international.»




Ces nouvelles coques en cuivre ont également eu un impact géopolitique. «Ce n'est probablement pas une coïncidence si la Grande-Bretagne, qui possédait les plus grands gisements de cuivre à l'époque, avait également la marine la plus dominante du 19e siècle», remarque Michael-W. Serruys. «C'est plutôt amusant de penser qu'une technologie qui a changé le monde est apparue à cause d'un mollusque!»
Des échos dans les temps modernes

Au-delà des moyens financiers, le manque de volonté d'adaptation a également joué un rôle dans l'incapacité d'une société à surmonter la crise du taret. Selon Michael-W. Serruys, de nombreuses personnes étaient tout simplement trop rigides pour s'adapter à la réalité changeante de la crise ? une tendance qui a des échos aujourd'hui.

«À l'époque, certaines personnes ont refusé d'investir ou de prendre des mesures susceptibles d'atténuer la crise pour la seule et unique raison qu'elles ne l'avaient jamais fait auparavant», dit-il. «Cela ressemble beaucoup à la façon dont, pendant la pandémie de COVID-19, nous voyons des gens refuser de porter des masques ou de garder des distances sociales, même si nous savons que cela ralentit la pandémie.»

En fin de compte, qu'il s'agisse d'une créature de la mer ou d'un virus invisible, même les plus petites choses peuvent avoir un impact important sur la société. «L'enseignement important à tirer est qu'il n'est jamais payant d'ignorer un problème», conclut Michael-W. Serruys. «II vaut toujours mieux agir et innover, cela est aussi vrai aujourd'hui que cela l'était dans les années 1700.»

Ce qui n'était encore qu'un projet un peu fou il y a quelques mois va devenir bientôt une réalité? digne d'un film de S.F. Aux Emirats Arabes Unis (EAU), des drones équipés de charges électriques tenteront bientôt? de faire tomber la pluie ! La théorie était déjà connue de longue date, mais cette fois, un drone sera utilisé pour le passage à la pratique. L'objectif consiste ici à obtenir la coalescence des gouttelettes d'eau, c'est à dire leur regroupement en gouttes plus grosses, plus lourdes? et donc plus susceptibles de descendre vers le sol.

Pour parvenir à ce résultat, le drone va émettre une décharge électrique directement dans les formations nuageuses très chargées en eau (comme les cumuls par exemple). En circulant dans le nuage, l'électricité va en diminuer la charge, ce qui devrait diminuera les répulsions électrostatiques entre les gouttelettes, et donc favoriser leurs regroupements. Quelques tests concluants ont déjà été effectués au Royaume-Uni, mais pour des raisons évidentes (sécheresse notamment), la seconde phase de tests se déroulera aux Emirats. Le procédé devra cette fois prouver son efficacité dans un environnement beaucoup plus sec et poussiéreux.

A noter que ce procédé basé sur des drones à charges électriques diffère sensiblement d'autres techniques de géo-ingénierie déjà utilisées par certains pays, comme la Chine (ensemencement des nuages avec des particules de sel ou d'iodure d'argent). L'UAE pratique aussi l'ensemencement des nuages, mais les drones à charges électriques pourraient être utilisé pour compléter cette technique et ainsi maximiser les chances de pluie.

MONTRÉAL ? Des bactéries trouvées dans des excréments humains fossilisés et vieux de plusieurs centaines d'années intriguent des chercheurs qui se demandent si elles ne pourraient pas ouvrir de nouvelles avenues thérapeutiques pour soigner des maladies chroniques comme le diabète et l'obésité.

Des chercheurs américains rapportent dans la prestigieuse publication scientifique Nature avoir trouvé au Mexique et dans le sud-ouest des États-Unis huit échantillons d'excréments humains vieux de 1000 ou 2000 ans. Ces échantillons auraient été très bien préservés par l'environnement aride et désertique où ils ont été déposés.

«Ils ont voyagé dans l'histoire pour étudier le microbiome de gens d'il y a 1000 ou 2000 ans», a résumé le professeur Frédéric Raymond, de l'Institut sur la nutrition et les aliments fonctionnels de l'Université Laval.

«Comparer les différences comme ils ont fait dans leur étude donne des informations assez intéressantes qui vont un peu informer ce qu'on voit sur les gens maintenant en lien avec la santé.»

Les scientifiques américains ont été en mesure de reconstruire quelque 500 génomes microbiens, dont une soixantaine qui n'avaient jamais été vus dans des excréments humains auparavant.

Ils ont constaté que ces génomes ressemblaient de près au microbiome de certaines populations non industrialisées, comme des peuplades de Fidji, de Madagascar, du Pérou, de la Tanzanie ou encore du centre du Mexique.

Dans les deux cas, le microbiome semblait mieux adapté à la digestion de glucides complexes, qu'on retrouve en plus petites quantités dans l'alimentation industrielle moderne.

La composition du microbiome est en effet fortement influencée par l'environnement et par l'alimentation. Il n'est donc pas surprenant que le microbiome d'individus décédés il y a des centaines d'années, ou d'individus qui ne consomment pratiquement jamais d'aliments transformés, soit différent de celui des populations industrialisées.

Avenues thérapeutiques

Les experts réalisent de plus en plus l'ampleur et l'importance des interactions qui existent entre le microbiome intestinal et le reste de l'organisme. Cette interaction a été mise en cause en lien avec de multiples problèmes de santé, du diabète jusqu'à la maladie d'Alzheimer.

En d'autres mots, si ce qui se passe à Vegas reste à Vegas, ce qui se passe dans l'intestin ne reste pas nécessairement dans l'intestin.

Ces microbes «anciens» pourraient un jour être reconstitués en biologie synthétique et transplantés à des humains dans l'espoir de soulager des problèmes de santé comme le diabète, l'obésité ou des maladies immunitaires, espèrent les auteurs de la nouvelle étude.

«C'est très possible, a dit M. Raymond. Mais le meilleur microbiome, c'est celui qui est adapté à notre corps et celui qui a évolué avec nous. Ajouter une bactérie qui vient d'ailleurs pourrait être bon, au même titre qu'un probiotique peut être bon, mais on voit que les résultats avec les probiotiques sont un peu mitigés. Il n'y a pas beaucoup de cas où ça s'est avéré super efficace.»

Pour ajouter une bactérie qui améliorera la santé, il faut vraiment «qu'elle soit en bonne adéquation avec l'écosystème microbien de la personne qui la reçoit», a-t-il précisé.

«Possiblement que ces bactéries-là, pour les gens à cet endroit-là à cette époque-là, étaient vraiment bonnes pour eux, ajouté M. Raymond. Mais si on les donne à quelqu'un maintenant, peut-être que ça peut apporter quelque chose qui est manquant et qui va aider à la santé, mais peut-être que non, non plus.»

Pizzas, frites et hot dogs

On peut aussi supposer que ce microbiome ancien, s'il était un jour transplanté à un humain industrialisé moderne, ne resterait pas intact bien longtemps.
Confrontées aux pizzas, aux frites, aux hot dogs et aux autres aliments douteux qui se retrouvent parfois au menu, ces bactéries millénaires n'auraient d'autre choix que de se transformer.

«Il y a probablement des bactéries là-dedans ou d'autres microbes qui pourraient subsister, mais c'est certain que la communauté s'adapterait pour répondre à notre alimentation moderne», a prévenu M. Raymond.

Face à une alimentation nord-américaine ou méditerranéenne typique, poursuit-il, le microbiome ancien convergerait un peu plus vers celui des populations modernes. D'autant plus que le microbiome, loin d'être statique, change constamment, de semaine en semaine, de jour en jour, et parfois même d'heure en heure.

Chose certaine, la décision d'un lointain ancêtre de se soulager en plein désert il y a plusieurs siècles permet aujourd'hui aux chercheurs de réaliser des travaux fascinants et inédits.

Il n'est pas impossible qu'on trouve dans ces bactéries des portions de génome qui produisent des molécules inédites, ce qui pourrait mener au développement de nouveaux médicaments, «un peu comme les antibiotiques ont été isolés à partir de différents types de bactéries et moisissures», a dit M. Raymond.

Il ne serait donc pas obligatoire de faire appel à la biologie synthétique pour ressusciter des bactéries qui ont perdu leur place pour en retirer des bienfaits pour la santé humaine.

«Est-ce qu'on a besoin d'aller jusque là pour trouver des outils pour améliorer la santé?, a demandé en conclusion Frédéric Raymond. Il y a peut-être des fruits plus bas à cueillir dans l'arbre.»

Jean-Benoit Legault, La Presse Canadienne

Des biologistes ont disséqué les voies digestives de plusieurs poissons conservés dans les collections du Field Museum de Chicago pour analyse l'impact du plastique sur ces espèces au cours du siècle dernier. Sans surprise, ces animaux ingèrent du plastique depuis des décennies.

Des recherches récentes ont souligné des effets inquiétants des microplastiques sur les organismes marins. Nous savons qu'ils peuvent provoquer des anévrismes et des changements dans la reproduction chez les poissons, affecter les performances cognitives des bernard-l'ermite, ou encore affaiblir les moules, pour ne citer que ces exemples. Mais concrètement, depuis quand le plastique est-il réellement un problème pour les poissons ?

?Au cours des dix ou quinze dernières années, le public a en quelque sorte pris conscience qu'il y avait un problème de plastique dans l'eau?, explique Tim Hoellein, professeur agrégé de biologie à l'Université Loyola de Chicago. ?En réalité, nous pensons que ces organismes ont probablement été exposés à des déchets plastiques depuis le début de la démocratisation de ces matières?. Mais était-ce vraiment le cas ? Et si oui, dans quelle mesure ?

Une étude sur les poissons d'eau douce

Pour le savoir, l'équipe du Dr. Hoellein s'est appuyée sur les collections du célèbre Field Museum de Chicago, qui abrite en sous-sol environ deux millions de spécimens de poissons conservés dans de l'alcool. Dans le cadre de ces travaux, les chercheurs se sont concentrés sur les microplastiques, ces minuscules fragments d'une taille inférieure à 5 mm.

L'étude s'est focalisée sur quatre espèces d'eau douce en particulier : l'Achigan à grande bouche ((Micropterus salmoides), le Méné paille (Notropis stramineus), le Barbue de rivière (ctalurus punctatus) et le Gobie à taches noires (Neogobius melanostomus). Les chercheur ont essayé d'obtenir au moins cinq spécimens par décennie isolés entre 1900 et 2017. Pour compléter le tableau, ils ont également collecté de nouveaux échantillons de ces mêmes espèces.

Après avoir disséqué les voies digestives de ces poissons (de l'?sophage à l'anus), les biologistes les ont ensuite traitées avec du peroxyde d'hydrogène, qui permet la décomposition de la matière organique mais laisse intacts les éventuels morceaux de plastique. Ils ont finalement collaboré avec des chercheurs de l'Université de Toronto pour confirmer la signature chimique de ces fragments à l'aide de la spectroscopie Raman.

Du plastique au menu depuis 70 ans

Résultat, ces travaux n'ont révélé aucun plastique jusqu'au milieu du siècle dernier. En revanche, les concentrations de polluant ont commencé à grimper en flèche dès les années 50, lorsque la fabrication de matières plastiques a été industrialisée. À l'époque, on commençait à en fabriquer de toutes sortes : des rigides, des souples, des colorés, des faciles à nettoyer.

?Toutes les particules détectées étaient des fibres et représentaient des polymères plastiques (par exemple, du polyester) avec des mélanges de textiles naturels et synthétiques?, souligne l'étude.

Sans surprise, les chercheurs ont également remarqué que, plus on avançait dans le temps, et plus les concentrations de plastique dans les voies digestives de ces poissons étaient importantes, avec un ?boom? enregistré au cours des vingt dernières années.

Plusieurs études récemment publiées indiquent que le développement d'un vaccin capable de reconnaître des cibles communes à plusieurs familles de coronavirus animaux et humains serait un objectif atteignable sur le plan scientifique. En d'autres termes, créer un vaccin universel anti-coronavirus semble donc possible.

Les coronavirus responsables du SARS (syndrome respiratoire aigu sévère), du MERS (syndrome respiratoire du Moyen-Orient) et de la Covid-19 appartiennent au genre des Betacoronavirus. Baptisés SARS-CoV-1, MERS-CoV et SARS-CoV-2, ils ont émergé à partir de coronavirus hébergés par des chauves-souris ou des dromadaires avant d'être transmis à l'homme. Parmi les Betacoronavirus, ceux qui circulent chez les civettes, les chauves-souris et les pangolins présentent un degré de parenté génétique important avec le SARS-CoV-1 et le SARS-CoV-2 et utilisent le récepteur humain ACE2 pour infecter les cellules.

Des anticorps isolés chez des individus infectés par le SARS-CoV-1 peuvent neutraliser plusieurs Betacoronavirus, empêchant ainsi l'infection de cellules humaines. Les immunologistes parlent d'anticorps neutralisants « à large spectre » pour désigner ces anticorps dirigés contre une cible commune à des virus différents. Une telle approche consiste à induire ce que les spécialistes appellent une « immunité cross-neutralisante ».

L'objectif est donc de développer un vaccin capable de conférer une immunité protectrice vis-à-vis du SARS-CoV-2 tout en protégeant contre des Betacoronavirus circulants chez certains animaux. Ainsi, de tels vaccins permettraient à l'avenir d'éviter la survenue de pandémies liées à des Betacoronavirus. Il s'agit de concevoir des vaccins contre les Sarbecovirus, un sous-genre de coronavirus qui comprend le SARS-CoV-2, le SARS-CoV-1, de nombreux virus de chauves-souris et certains coronavirus de pangolins dont on considère qu'ils représentent potentiellement un groupe de coronavirus à haut risque d'émergence.

Le domaine RBD (Receptor Binding Domain), région de la protéine spike du coronavirus qui interagit avec le récepteur cellulaire ACE2, est une cible privilégiée des anticorps neutralisants à large spectre.

Dans la revue Nature datant du 10 mai 2021, une équipe américaine a rapporté des résultats encourageants obtenus chez le singe. Les chercheurs de la faculté de médecine de l'université de Durham (Caroline du Nord) ont conçu un système permettant d'augmenter la capacité du RBD à induire une réponse immunitaire. Plusieurs études antérieures ont en effet montré que, présent en plusieurs exemplaires sur des nanoparticules mimant des particules virales, ce domaine RBD peut décupler la réponse immunitaire.

Pour y parvenir, Kevin Saunders, Barton Jaynes et leurs collègues ont greffé de multiples exemplaires de ce motif de la protéine spike du SARS-CoV-2 sur une nanoparticule d'un genre particulier. Ils ont utilisé la ferritine, une protéine sphérique présente dans la bactérie Helicobacter pylori et dont le rôle est de stocker le fer. Celle-ci est composée de 24 sous-unités. Les chercheurs ont réussi à construire des nanoparticules de ferritine hérissées à leur surface de 24 séquences RBD. Ils ont montré que ces nanoparticules se lient au récepteur cellulaire humain ACE2, cible naturelle du coronavirus, et qu'elles induisent la production d'anticorps spécifiques anti-RBD chez l'animal.

Cinq macaques cynomolgus ont été immunisés à trois reprises par voie intramusculaire à quatre semaines d'intervalle. Ils ont reçu 100 microgrammes de ces nanoparticules porteuses du RBD du SARS-CoV-2 en association à un adjuvant*. Les immunisations ont été bien tolérées par les macaques. Elles ont entraîné la production d'anticorps IgG dirigés contre le RBD. Une dose de rappel a permis d'augmenter dans le sérum des singes vaccinés le taux (titre) d'anticorps capables de se fixer au récepteur ACE2.

Un programme informatique, baptisé Dr Fill, a fait échouer ses adversaires en chair et en os à un concours national américain de mots croisés. Une première impressionnante, mais qui est loin de faire perdre tout intérêt à un passe-temps très humain, souligne Wired.
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Pour sa 43e édition annuelle, le très couru American Crossword Puzzle Tournament (ACPT, tournoi américain de mots croisés) s'est tenu en ligne et a vu Tyler Hinman empocher, le 2 mai, la somme de 3?000 dollars (2?480 euros) pour sa victoire en finale. Le champion de San Francisco en est à son sixième sacre, mais pour la première fois cette année, un ordinateur a obtenu un meilleur score que les humains dans cette compétition.

Bien que l'intelligence artificielle (IA) ne soit pas repartie avec le trophée, ?cela a été une grande victoire pour Dr Fill, un programme de résolution de mots croisés qui se mesure à des cruciverbistes organiques depuis près d'une décennie?, rapporte Wired.

Ce programme est en effet un compétiteur officieux de l'ACPT depuis 2012. Cette année, son créateur, l'ingénieur en informatique Matt Ginsberg, a travaillé avec un groupe de chercheurs de la prestigieuse université de Berkeley spécialisés dans le traitement automatique des langues ? c'est-à-dire l'étude de l'interprétation numérique de nos idiomes.

Les interfaces neuronales directes (ou ICM, pour interfaces cerveau-machine) permettent aux personnes ayant perdu la capacité de bouger ou de parler de communiquer avec leur entourage. Des chercheurs américains proposent aujourd'hui une nouvelle ICM, qui permet à son porteur de taper des mots en pensant à la façon dont il les écrirait de façon manuscrite.

La recherche dans le domaine des ICM s'est jusqu'à présent focalisée sur la restauration de la motricité globale, permettant aux patients de saisir, de pointer et de cliquer avec un curseur d'ordinateur. Les dispositifs fonctionnent, mais s'avèrent peu rapides. Pour augmenter la vitesse des communications, une équipe de chercheurs a développé une ICM d'un autre genre : celle-ci décode les tentatives de mouvements d'écriture à partir de l'activité neuronale du cortex moteur, puis les traduit en texte en temps réel !

Équipé de ce nouveau dispositif, le participant à l'étude ? dont la main était paralysée par une lésion de la moelle épinière ? a atteint des vitesses de frappe de 90 caractères par minute avec une précision brute de 94,1%, qui grimpait à plus de 99% avec l'usage d'un correcteur automatique universel. C'est plus rapide que tout autre ICM jamais développée, selon les auteurs. À titre de comparaison, la vitesse observée lors de l'expérience est similaire à la vitesse de frappe sur smartphone typique des individus du même groupe d'âge que le participant (estimée à 115 caractères par minute).
Traduire la pensée de l'écriture

Les ICM sont des systèmes conçus pour relier directement le cerveau humain à des périphériques externes (ordinateur ou autre) ; elles sont généralement utilisées pour améliorer la qualité de vie des personnes paralysées, ayant perdu la capacité de parler. Le principe de ces dispositifs est de traduire directement l'activité cérébrale en entrée machine. Les ICM développées jusqu'alors pour la communication reposent sur le déplacement, par la pensée, d'un curseur sur un clavier virtuel modélisé à l'écran. D'autres dispositifs d'écriture reposent sur un système de suivi des yeux (qui « pointent » les lettres désirées à l'écran).


La nouvelle ICM dont il est question ici repose sur un réseau de neurones artificiels, capable de traduire en texte les signaux cérébraux d'une personne qui s'imagine en train d'écrire ses propos avec un stylo. Avec 90 caractères tapés par minute, ce dispositif s'avère bien plus rapide que les autres systèmes développés jusqu'à présent. En outre, comparativement aux systèmes basés sur le suivi oculaire, il offre au patient une plus grande liberté, car il peut alors regarder où bon lui semble sans impacter la communication en cours.

Voici une vidéo qui permet de comparer les performances obtenues avec la nouvelle ICM et avec une interface intracorticale cerveau-ordinateur précédemment développée ; une étude antérieure rapporte qu'avec cette dernière, basée sur un système de frappe de type pointer-cliquer, le participant a atteint la vitesse maximale de 39 caractères corrects par minute. L'ICM s'avère plus de deux fois plus rapide.

Pour mettre au point ce nouveau dispositif, Jaimie Henderson et ses collègues de l'Université de Stanford, en Californie, ont utilisé deux réseaux de capteurs, positionnés juste sous la surface cérébrale ; chacun de ces réseaux est capable de capter les signaux émis par une centaine de neurones. Muni de ces capteurs, le participant à l'expérience ? un homme de 65 ans, paralysé jusqu'au cou depuis 2007 ? devait imaginer écrire des lettres et des mots sur une feuille, afin que les signaux neuronaux correspondants soient convertis automatiquement en texte.

Bientôt un décodeur de parole ?

L'un des membres de l'équipe, Krishna Shenoy, précise toutefois que les capteurs ne ciblent pas tous les neurones directement impliqués dans le contrôle du mouvement de la main ? et pour cause, il peut y en avoir des milliers ou des millions ! Mais l'utilisation conjointe de deux réseaux de capteurs, surveillant à eux deux environ 200 neurones, suffit à récolter suffisamment de données pertinentes pour fournir une interprétation fiable des signaux cérébraux.

Quid de l'apprentissage automatique de ce réseau neuronal artificiel ? Les réseaux de neurones sont habituellement formés à partir d'énormes quantités de données, afin d'être en mesure de résoudre la tâche qui leur est confiée. Ici, il s'agit d'apprendre à reconnaître le signal cérébral associé à l'écriture d'une certaine lettre ? sachant que celle-ci peut varier, même pour un seul et même individu. Il n'existe malheureusement pas encore de base de données de ce type. Pour un apprentissage efficace, l'équipe aurait pu demander au participant de se livrer à l'exercice, en lui demandant de penser à l'écriture de lettres, des milliers de fois, et en recueillant les signaux correspondants.

Pour lui épargner cette tâche laborieuse, l'équipe s'est simplement basée sur quelques exemples de signaux générés par le cerveau de l'homme lorsqu'il pensait à l'écriture de certaines lettres, puis a généré des copies supplémentaires de ces signaux en y ajoutant du bruit. L'objectif étant d'obtenir finalement une base de données « synthétique ». À noter que ce modèle d'apprentissage ne peut être utilisé pour un autre patient équipé du même dispositif : les données en question, de même que la disposition des capteurs, sont spécifiques à l'individu.

À partir de ces travaux, l'équipe souhaite désormais créer sur le même principe un « décodeur de parole », un synthétiseur vocal qui permettrait aux personnes privées de cette capacité de parler grâce à l'interprétation des signaux neuronaux associés à cette fonction. « Alors que l'écriture manuscrite peut approcher les 20 mots par minute, nous avons tendance à parler autour de 125 mots par minute [?]. S'ils sont combinés, ces systèmes pourraient offrir aux patients encore plus d'options pour communiquer efficacement », a déclaré Shenoy.