Nobel

Actualités scientifiques (Été 2022)

Auteur: Raymond Lepage, Ph.D, Vulgarisateur scientifique, Biron Groupe Santé, Brossard, QC


Pendant les deux dernières années, une proportion très importante des publications scientifiques a porté à juste titre sur la COVID-19.  En cette été 2022, c’est la guerre en Ukraine qui paradoxalement (?) apparaît dans mes lectures « scientifiques » préférées.  Malgré tout, il y a heureusement certains sujets qui ont titillé ma curiosité.

Nobels 2021

Il y a évidemment l’attribution des prix Nobel 2021 dont celui de physiologie ou médecine accordé à deux californiens, David Julius et Ardem Patapoutian pour leurs travaux sur la perception de la chaleur et de la pression par la peau.   Bien que la pandémie de la CoVID-19 ait ramené dans l’actualité la notion de perte d’odorat et du goût, le sens du toucher est plus rarement évoqué dans la littérature scientifique récente.  Les travaux de Julius et Patapoutian ont permis de comprendre comment la chaleur, le froid ou encore la pression (toucher) sont converties en influx nerveux par des canaux ioniques dans les terminaisons nerveuses de la peau.  Les chercheurs ont identifié séparément les gènes qui étaient activés par la capsaïcine, la molécule piquante du piment fort, la pression ou encore le menthol, molécule bien connue pour la sensation de fraîcheur qu’elle produit.  L’identification des gènes activés par ces différents stimuli a conduit à celle de nouveaux récepteurs à canal ionique : TRPV1 (capsaïcine, sensation de brûlure, réaction à un milieu acide), TRPM8 (menthol et sensation de froid), PIEZO1 et PIEZO2 (réponse à la pression).  La compréhension des mécanismes de ces récepteurs a grandement été « facilitée » par l’utilisation de la microscopie cryo-électronique, une technique apparue au début des années 1980 et qui permet d’analyser la structure tridimensionnelle des protéines in vitro ou au sein même des cellules.

Selon Julius, les êtres vivants ont évolué avec la transduction de tous les stimuli externes via des canaux ioniques. La compréhension de ces mécanismes et des molécules tant activatrices qu’inhibitrices devrait ouvrir la voie à des traitements innovateurs pour la douleur chronique.  Mais comme le rapportait David Julius les nouveaux traitements devront inhiber la douleur chronique incapacitante tout en préservant la perception de la douleur aiguë qui, elle, est protectrice car elle nous permet d’éviter de nous blesser.

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CRISPR.

Les nouvelles récentes concernant l’extraordinaire technique des ciseaux moléculaires (CRISPR-Cas9) sont de plusieurs ordres.

surgeons hold a pig heart in an operating roomLa transplantation d’un cœur de porc modifié par CRISPR-Cas9 pour diminuer le rejet du greffon par l’hôte a fait la une non seulement des journaux scientifiques mais également de la presse populaire.  Malgré le décès du receveur le 8 mars dernier, deux mois après la transplantation, la possibilité d’utiliser des greffons d’animaux modifiés génétiquement pour diminuer le rejet constitue une percée remarquable.  Au-delà de la technique chirurgicale, la modification du cœur de porc était en soi une prouesse :  il a fallu modifier pas moins de 10 gènes du porc. Trois gènes associés au rejet rapide ont été invalidés (knock-out) alors que 6 nouveaux gènes d’acceptation immunitaires ont été insérés.  Un dernier gène a été inséré pour limiter la croissance du cœur porcin.

Cette histoire ne se termine cependant pas très bien : dans son édition du 5 mai dernier, le New York Times rapportait que le cœur de porc transplanté était en fait contaminé par un cytomegalovirus porcin.  Bien que la preuve ne soit pas établie avec certitude, ce constat révélé en premier dans le MIT Technology Review remet en lumière une des inquiétudes déjà manifestées concernant les xénogreffes : le risque de transmettre aux humains de nouveaux pathogènes d’origine animale.  Il faut noter que des tests de détection négatifs avaient été obtenus dans des prélèvements nasaux chez le porc donneur, mais ces tests ne détectent que les infections actives.  Il est possible que le cytomegalovirus était dormant dans la rate du porc et a été réactivé ultérieurement.  C’est évidemment à suivre!

La technique CRISPR a également été utilisée avec succès pour corriger au moins temporairement un défaut génétique à la base de l’amyloïdose héréditaire à transthyrétine (ATTR).  Dans cette anomalie, la production de transthyrétine mutée empêche le repliement normal de la protéine, favorisant ainsi la formation de fibrilles amyloïdes dans plusieurs tissus dont le coeur.  La modification génétique in vivo entraîne une diminution significative du taux de transthyrétine défectueuse dans le sérum.

Référence: Gillmore, JD., Gane, E., Taubel, J. et al.  CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis.  N Engl J Med 2021; 385:493-502.  DOI: 10.1056/NEJMoa2107454

Entretemps, aux États-Unis, la FDA a approuvé un premier traitement avec CRISPR-Cas9 pour la correction de l’anémie à hématies falciformes, un désordre héréditaire qui affecte un très grand nombre d’individus!  Le traitement avec CRiSPR-Cas9 permet de corriger directement dans les cellules du patient la mutation génétique sur la chaîne beta de l’hémoglobine responsable de sa polymérisation.

Référence: Frangoul,H., Altshuler, D., Cappellini, M.D. et al. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia.  N Engl J Med 2021; 384:252-260. DOI: 10.1056/NEJMoa2031054.

 

Le domaine alimentaire ne fait pas exception avec l’introduction au Japon de la première tomate riche en GABA!.   Ce nouveau produit s’ajoute à une liste grandissante incluant un champignon sans moisissures, un maïs cireux riche en amylose mais pauvre en amylopectine, une daurade « royale » comportant 50% plus de muscles, etc.   Petit détail intrigant, les organismes obtenus par modification du génome par CRISPR-Cas9 ne sont pas considérés au Canada, aux USA et au Japon, entre autres, comme des OGM.  Cette nuance est de taille puisque les approbations pour les « non-OGM » sont beaucoup plus rapides.  Rassurés?   Pas les européens qui ne vont pas du tout dans cette direction.

 

 

L’autre nouvelle concernant cette fameuse technologie concerne l’attribution des brevets (et des formidables royautés qui y sont associées).  J’avais déjà fait part dans les actualités de cette dispute féroce entre deux groupes américains, celui de Feng Zhang du Broad Institute de Harvard et du MIT (BROAD) et celui de Jennifer Doudna de l’Université de Californie à Berkeley (UCB). Au grand désarroi de l’Université de Californie qui accueille la récipiendaire du prix Nobel de chimie de 2020 pour cette découverte, l’office américain des brevets (USPTO) a tranché en faveur du Broad Institute en mars dernier.  Comme quoi, les brevets et les prix Nobel obéissent à des dynamiques différentes.

La dispute concernant ces brevets a débuté en 2012 alors que UCB a été la première à déposer une demande de brevet pour la technologie.  À l’époque, les brevets n’étaient pas approuvés par l’USPTO sur la base du premier arrivé, mais sur la base du premier à l’avoir inventé (même s’il faut aller fouiller dans les cahiers de laboratoire et les échanges de courriels pour le valider!).  L’USPTO a changé cette politique en 2016 pour le premier arrivé, mais trop tard pour remettre en question les décisions initiales.  L’UCB a contre-attaqué en ciblant les brevets pour l’utilisation de la technologie chez les eucaryotes (ce qui aurait inclus les utilisations chez l’humain et la production alimentaire).  C’est sur cette dernière décision que l’USPTO a statué en faveur de BROAD en mars dernier.  Dossier fermé?  NON.  D’une part, il reste des possibilités d’appel en cour fédérale et pourquoi pas en cour suprême des USA.  Et comme si ce n’était pas suffisant, les européens ont statué pour UCB suite à une bête technicalité (absence d’une signature) dans le dépôt de la demande de BROAD. Et c’est sans compter sur d’autres groupes qui réclament ces droits comme ToolGen de Corée du Sud ou Sigma-Aldrich du très puissant groupe allemand Merck.

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Un peu comme ce qui s’était passé dans les brevets concernant la technique PCR, les autres groupes d’intérêt ne sont pas restés les bras croisés et ont développé des techniques alternatives non brevetées à base de CRISPR-Cas13 ou Cas14 ou encore via l’édition ponctuelle de nucléotides.  Confus?  Avec raison.  Il y aurait actuellement plus de 10 000 familles de brevets déposés pour la technologie.

 

Theranos

À part les visions fantaisistes des techniques de laboratoire dans les séries policières à la NCIS, il est rare que notre petit monde du laboratoire clinique fasse l’objet de la une des grands journaux, et encore moins d’une série télévisée.  C’est ce qui s’est cependant produit avec l’histoire de Theranos et d’Élizabeth Holmes, sa jeune fondatrice.  Je me souviens de l’émoi provoqué lorsque nous est parvenue l’information selon laquelle une start-up américaine avait développé une technologie permettant de réaliser une batterie de tests de laboratoire sur une seule goutte de sang et à un coût dérisoire.  Le projet était déjà assez avancé pour que le nouveau produit soit disponible dans une grande chaîne de pharmacies américaines.  Si cette nouvelle a semé un émoi compréhensible dans le petit monde des laboratoires, il en a soulevé un beaucoup plus considérable dans le monde financier.  Theranos, fondée en 2003 par Mme Holmes, alors âgée d’à peine 19 ans a réussi à lever un financement initial dépassant les 700 millions de dollars américains.   En 2015, avant son effondrement, la valeur de Theranos était évaluée à plus de 9 milliards de dollars!  L’absence sur le conseil d’administration d’un seul individu avec quelque connaissance que ce soit en biochimie clinique, mais regroupant toute une série de grosses pointures incluant Henry Kissinger, ancien secrétaire d’état américain sous Ronald Reagan et corécipiendaire d’un prix Nobel de la paix en 1973 n’est probablement pas étrangère aux succès foudroyants de Theranos en termes de financement, mais pas en réalisations scientifiques concrètes.

Les choses se sont en effet gâtées en 2015 pour Theranos alors que le prestigieux Wall Street Journal révélait que le groupe Theranos non seulement n’utilisait pas les technologies qui faisaient saliver les investisseurs (plateforme Edison, puis le Minilab), mais utilisait des appareils d’autres fournisseurs mal adaptés aux micro-prélèvements.  Des erreurs dans une multitude de rapports de laboratoire ont obligé Theranos à retirer deux ans de résultats d’analyses, ce qui a éventuellement conduit les autorités américaines à retirer la licence d’opérations du groupe.  Elizabeth Holmes avait présenté le concept de son Minilab devant un public pour le moins sceptique lors du congrès annuel de l’AACC en 2016.

Elisabeth Holmes n’avait aucune notion d’instrumentation de laboratoire, pas plus que Ramesh Sunny Balwani, son associé principal.  Après plus de trois mois de procès, Elizabeth Holmes a été condamnée en janvier dernier pour escroquerie par un tribunal de la Californie.    Le procès de M. Balwani pour fraude s’est mis discrètement en branle au début de mars 2022 après un retard causé par un risque de COVID dans l’audience.

Fait encore plus exceptionnel, l’histoire d’Elisabeth Holmes et de Theranos fait l’objet d’une mini-série télévisée sur Disney Plus, « The Dropout » .  Avis aux intéressé.e.s, avec un bon popcorn maison.

 

De l’ADN dans tous ses états

On retrouve régulièrement dans la littérature scientifique des exemples d’utilisation surprenantes de notre ADN.  Ma dernière lecture à date décrit une nano-antenne fluorescente capable de détecter en temps réel les changements conformationnels de protéines.  Cette trouvaille présentée en décembre 2021 dans Nature Methods provenait d’un groupe de chercheurs Vincent De Guire, Nancy Schoenbrunner et Alexis Vallée-Bélisle, trois des cinq cofondateurs d'Anasensdirigés par Alexis Vallée-Bélisle du Département de chimie de l’Université de Montréal.  Ce n’est pas la première fois que ce groupe présente des utilisations inattendues de l’ADN :  Il y a quelques années, le même groupe présentait des électrodes possédant une courte séquence d’ADN capable de reconnaître une séquence d’ADN complémentaire ajoutée dans un milieu de mesure un peu comme un anticorps le ferait avec un antigène. L’interaction de l’électrode avec sa cible nuisait à la capacité de l’ADN de former sa traditionnelle double hélice,  modifiant ainsi le courant électrique.   Cette trouvaille est à la base du développement par la compagnie Anasens d’un nouveau système diagnostique de type Point of Care auquel a participé notre collègue Vincent De Guire.

 

On voit également régulièrement de nouvelles idées pour réaliser des origamis d’ADN.   En se basant sur la formation des liaisons entre les 4 bases de l’ADN, des groupes de chercheurs ont réalisé des prouesses allant de structures ludiques comme des bonhommes sourire ou des flocons de neige à des structures plus complexes capables de délivrer des médicaments directement dans des cellules et toute une série de nano-applications.

 

La science et Educ’alcool

«Deux consommations par jour pour les femmes, trois pour les hommes et on ne boit pas tous les jours ».  L’annonce en décembre dernier du départ d’Hubert Sacy, DG d’Educ’alcool pendant 30 ans (1990 à 2021) m’a rappelé un certain nombre de lectures sur les bienfaits/dangers de la consommation d’alcool.  Je n’ai pas retrouvé dans mes références une lecture que j’avais faite il y a quelques années et qui critiquait les énoncés d’une série de sociétés du type Educ’alcool à travers le monde.  Educ’alcool y était directement citée comme une des Sociétés les moins crédibles à dénoncer les méfaits de toute consommation d’alcool, même les plus faibles.  Les auteurs mentionnaient que le fait que plusieurs sociétés comme Educ’alcool étaient totalement financées par les manufacturiers et distributeurs d’alcool devait soulever un certain nombre d’interrogations (un peu comme plusieurs le font spontanément devant les projets de recherche sur l’obésité financés par les manufacturiers de boissons gazeuses).   Les auteurs de l’article faisaient valoir qu’aucune consommation d’alcool n’est sécuritaire en ce qui concerne, par exemple,  les risques de cancer, ce que le slogan d’Educ’alcool ne laisse certainement pas entendre.  A noter, que le US Department of Health suggère pour sa part qu’une consommation raisonnable d’alcool serait de 2 consommations par jour pour les hommes et 1 seule pour les femmes…).

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Un article de Remi Daviet et collaborateurs publié le 4 mars 2022 dans Nature Communication rapporte qu’une seule consommation d’alcool par jour s’avérait suffisante pour entraîner des modifications à la structure du cerveau.  L’étude a été menée sur des scans de résonance magnétique nucléaire de plus de 36 000 individus de 40 à 69 ans en comparaison de leur auto-déclaration d’habitudes de consommation d’alcool.  Des diminutions du volume de la matière blanche et grise, un phénomène bien connu chez les grands consommateurs, pouvaient être détectées chez des individus déclarant ne consommer qu’une dose d’alcool par jour.  Malgré les faiblesses de toute recherche basée sur des auto-déclarations, elle rejoint un nombre grandissant d’études montrant que même de faibles consommations d’alcool sont néfastes pour le système cardiovasculaire (dommage pour le vin rouge et le French paradox?), le cancer, etc.

Quand j’étais plus jeune (il y a longtemps), la règle était simple, même si elle n’était pas respectée par tous : moins tu consommes d’alcool, mieux tu te portes.  Les messages d’Educ’alcool ont convaincu une très grande majorité d’individus (incluant moi-même) que c’est plutôt 3 consommations par jour pour les hommes et deux pour les femmes qui constituent une ligne de base (minimum?) acceptable.  Même si je ne me permettrais pas de mettre en doute l’honnêteté intellectuelle d’Educ’alcool et de Geneviève Desautels, sa nouvelle directrice générale, on peut penser à tout le moins qu’une telle pratique ne va pas à l’encontre des intérêts des groupes qui le financent.  I’ll drink to that.

 

Dernière heure :  La structure du génome humain enfin élucidée…pour la troisième fois?

Plusieurs d’entre nous se souviennent des grands titres triomphateurs qui ont accompagné la première description du génome humain « entier » au début des années 2000.  Les mêmes individus se souviennent probablement de la course qui avait eu lieu entre le projet collaboratif « Human Genome » du NIH américain et Craig Venter de Celera Genomics, une entreprise privée.  Les deux groupes ont publié leurs trouvailles à un seul jour d’intervalle, soit le 15 février 2001 dans Nature (Human Genome Project) et le 16 février dans Science (J. Craig Venter).

Si ces publications révélaient des exploits analytiques incroyables qui sont à la base de plusieurs techniques de biologie moléculaire dans nos propres laboratoires, elle laissait de côté un peu de matériel impossible alors à séquencer avec les moyens disponibles.  Ce matériel essentiellement composé d’un nombre variable de séquences répétées se concentrait dans les télomères, l’extrémité des chromosomes, et dans le centromère, le point d’attache des deux chromatides de chaque chromosome.  L’assemblage des séquences du chromosome (mapping) devient très difficile quand les séquences sont trop répétitives.    Ce matériel non détecté représentait environ 200 000 bases, soit tout de même l’équivalent d’un chromosome complet.

Il aura fallu attendre 20 ans pour que de nouvelles plateformes permettent la lecture de fragments de plus en plus longs de ces séquences répétitives permettant leur alignement dans la structure finale.

Le Washington Post établit une belle analogie en comparant l’assemblage de la séquence du génome à un casse-tête dont toutes les pièces sont du même bleu ciel :  il devient plus facile d’assembler une dizaine de grosses pièces qu’une centaine de petites pièces de la même couleur.

Dans cette nième description du génome complet, les épithètes associées au génome humain sont plus précises :  on ne parle plus du génome humain complet, mais bien de la description « d’un génome humain complet ». Et même là, il ne s’agit pas d’un humain identifiable :  en effet, pour simplifier l’élucidation de la structure totale, les chercheurs ont utilisé du matériel extrait d’une lignée cellulaire datant de plusieurs années et provenant d’une môle hydatiforme.  Cette môle est particulière parce qu’elle résulte de la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule unique suivie de l’expulsion de tout l’ADN maternel!  Il n’y a donc que la moitié de la variété normale de l’ADN provenant du père et de la mère.

L’élucidation de la structure complète d’un ADN humain sera suivie de la structure tout aussi complète de l’ADN de différents humains.  L’intégration des structures télo et centromériques sera très utile dans les études sur le vieillissement souvent associé à une « usure » des télomères et à bien d’autres aspects de la médecine personnalisée.