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Biologie

Les fleurs peuvent entendre les insectes, d'après une étude de l'Université de Tel-Aviv

Selon une étude réalisée par le Prof. Lilach Hadany et le Dr. Yuval Sapir du Département de biologie moléculaire et d'écologie des plantes de l'Université de Tel-Aviv, en collaboration avec le Dr. Yossi Yovel du Département de zoologie, la concentration en sucre du nectar des fleurs d'onagre augmente presque instantanément lorsqu'elles sont exposées au bruit des ailes des papillons et des abeilles. Selon les chercheurs, cette découverte pourrait avoir un impact important sur la compréhension de l'évolution des fleurs et des insectes.

Fleur et abeilleA également participé à cette étude le Prof. Danny Chamovitz, ancien Doyen de la Faculté des Sciences de la vie de l'Université de Tel-Aviv et actuel Président de l'Université Ben-Gourion du Néguev.

Les plantes sont beaucoup moins passives qu'on ne pourrait le penser et elles se relient à leur environnement de différentes manières. Des études récentes ont montré comment elles réagissent à la lumière (sens de la vue), à la stimulation mécanique (sens du toucher) et à certains produits chimiques qui s'évaporent dans l'air (sens de "l'odorat"). Un petit nombre d'études ont même examiné la réaction des plantes aux sons, l'un des modes de communication les plus courants du règne animal, mais mettent l'accent sur leurs effets à long terme sur la croissance des végétaux.

Le bruit produit par les humains peut nuire à la communication entre les fleurs et les abeilles

D'après les chercheurs, la présente étude est la première qui montre la réaction quasi-immédiate des plantes aux sons: "la concentration en sucre du nectar des fleurs d'onagre augmente considérablement et en trois minutes seulement lorsqu'elles sont exposées au bruissement d'ailes des papillons et des abeilles, qui récoltent leurs grains de pollen et les disséminent d'une fleur à l'autre. L'étude dévoile également que la réaction de la plante dépend de la fréquence des sons de bourdonnement. En effet, lorsque les plantes ont été exposées à des bruits d'une fréquence plus forte que celle des pollinisateurs, la concentration en sucre du nectar n’a pas augmenté".

Lilach HadanyPour les chercheurs, cette capacité des plantes à réagir au bruit des insectes pollinisateurs a de nombreux effets: la production de nectar étant énergivore, les plantes sont ainsi capables d'investir leurs ressources avec précision et de se concentrer sur les périodes d'activité des pollinisateurs, laquelle a donc plus de "rendement" pour chaque unité de temps investie dans la fleur. Mais cette découverte pourrait avoir des implications plus vastes, notamment sur l'évolution des plantes et des insectes. Selon les chercheurs, il se peut en effet que le développement de la forme des fleurs soit influencé par des facteurs affectant la capacité auditive de la plante, et pas seulement par sa fonction d'attraction des insectes. Il est de même possible que divers insectes se soit développés de manière à émettre des sons que les fleurs soient capables d'absorber. Enfin, selon eux, les résultats de l'étude : "suggèrent que les plantes peuvent également être affectées par d'autres sons, y compris ceux générés par l'homme". Autrement dit, le bruit produit par les humains peut nuire à la capacité de communication des fleurs et des abeilles.

La vibration des pétales

Selon l'étude, la partie de la plante la plus appropriée à l'absorption des vibrations produites dans l'air par les ailes des insectes pollinisateurs est la fleur elle-même, en particulier celles en forme de coupe. L’hypothèse émise est que certaines parties de la fleur, ou sa totalité, vibrent en réponse aux sons produits par les ailes des insectes : "les sons des pollinisateurs et les sons synthétiques émis à des fréquences similaires provoquent la vibration des pétales, éveillant en réaction une augmentation rapide de la concentration de sucre dans le nectar".

Pour s’assurer du rôle de la fleur dans ce phénomène, les chercheurs ont notamment enveloppé des fleurs d'un verre isolant, puis exposé la plante aux sons des pollinisateurs. Et en effet, dans ce cas, aucune augmentation de la concentration de sucre dans le nectar n'a été constatée.

"La science en sait aujourd'hui beaucoup sur la réaction des pollinisateurs aux signaux à distance que transmettent les plantes ", concluent les chercheurs. "En revanche, la réaction à distance des plantes aux pollinisateurs n'avait jamais été démontrée. Les conséquences sur l'écosystème d'une telle réaction peuvent être considérables, car la pollinisation est essentielle pour l'existence de nombreuses espèces de plantes". Selon eux, d'autres études pourraient également révéler que : "les plantes peuvent entendre et réagir aux herbivores, aux autres animaux, aux facteurs naturels et éventuellement à d'autres plantes".

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv développent une matière plastique biodégradable à partir d'algues

Une équipe multidisciplinaire de chercheurs de l'Université de Tel-Aviv, sous la direction du Dr. Alexander Golberg de l'Ecole Porter des études sur l'Environnement et les Sciences de la Terre et du Prof. Michael Gozin de l'Ecole de Chimie est parvenue à produire un biopolymère à partir de microorganismes et d'algues cultivés dans de l'eau de mer. Selon les chercheurs il s'agit d'une avancée majeure qui permettra aux pays pauvres en eau douce, tels qu'Israël, la Chine ou l'Inde, de passer au plastique biodégradable, allégeant ainsi le fardeau que constitue le plastique traditionnel pour l'environnement.

bioplastique2Les résultats de l'étude ont été publiés cette semaine dans la prestigieuse revue Bioresource Technology.

Le plastique, polymère transformé pour l'usage industriel, est l’un des agents les plus polluants au monde. Les matières plastiques mettent des centaines d'années à se décomposer. Les bouteilles, emballages et sacs en plastique créent ainsi de vastes étendues dans les océans, mettant en danger les animaux et polluant l'environnement. En outre, le plastique est produit à partir de produits pétroliers et son traitement industriel libère d'autres polluants chimiques qui en sont les sous-produits.

Produire du bioplastique par un processus respectueux de l'environnement

Le bioplastique fabriqué à partir de biopolymères produits par des êtres vivants, tels que des plantes ou des bactéries, qui ne nécessitent pas de pétrole et se dégradent rapidement, constitue une solution partielle à cette 'épidémie'. Mais les biopolymères ont aussi un prix: pour les produire, il faut cultiver des plantes ou des bactéries, processus qui implique une affectation de sols fertiles et l'utilisation de quantités d’eau douce, et rend difficile le passage aux bioplastiques dans les pays pauvres en eau, comme Israël.

L'étude du Dr. Alexander Golberg et du Prof. Michael Gozin, combinant la bio-ingénierie et la chimie, surmonte cet écueil en produisant des biopolymères à partir de créatures vivant dans l'eau de mer.

Alex Golberg"La matière première que nous avons utilisée est composée d'algues multicellulaires poussant dans la mer", explique le Dr. Golberg. "Elles ont été nourries avec des archées, micro-organismes unicellulaires qui poussent également dans de l'eau très salée, ont fermenté et produit des biopolymères. C'est une avancée majeure. Il existe actuellement des usines qui produisent des bioplastiques en quantités commerciales, mais elles utilisent des plantes qui nécessitent des terres agricoles et de l'eau douce, ou bien des bactéries qui se développent également dans de l'eau douce. Le processus que nous proposons permettra aux pays qui manquent d'eau douce, tels qu'Israël, la Chine et l'Inde, de passer aux plastiques biodégradables.

Selon le Dr. Golberg, cette nouvelle étude pourrait produire une révolution qui permettra d'alléger le fardeau que constitue le plastique pour l'environnement. "Le plastique d'origine fossile est l'un des facteurs les plus polluants des océans. Mais le processus de production de plastiques biodégradables actuellement utilisé nécessite des ressources importantes, qui diminuent également, telles que les terres agricoles et l'eau douce. Un pays comme Israël, grand consommateur de plastiques, mais pauvre en terre cultivable et en eau douce, n'allouera pas de vastes zones ni de l'eau coûteuse pour produire des biopolymères. Au cours de nos recherches, nous avons pu prouver, pour la première fois, qu’il est possible de produire du bioplastique par un processus respectueux de l’environnement et tenant compte des besoins des habitants.

Cette étude novatrice, qui a duré environ un an, a été financée par le Centre de recherche régional du 'Triangle' situé à Kfar Qara, sous les auspices universitaires de l'Université de Tel-Aviv, et a bénéficié du soutien du Ministère de l'Énergie. "Pour le moment, nous essayons de comprendre comment différentes souches de bactéries provoquent une fermentation différente parmi les espèces d'algues diverses ", explique le Dr. Golberg. "Chaque algue produisant un sucre différent, le produit plastique final est également différent. Nous menons donc actuellement des recherches pour trouver les bactéries et algues les plus adaptées à la production de polymères pour fabriquer des plastiques présentant des propriétés différentes."

Une nouvelle découverte de l’université de Tel-Aviv pour renforcer les défenses immunitaires

Neta Shlezinger et le Prof. Amir Sharon du Département de Biologie moléculaire et d’Ecologie des plantes de l’Université de Tel-Aviv ont découvert la stratégie employée par les cellules immunitaires pour lutter contre les spores de moisissure que nous respirons chaque jour par milliers : elles les font se suicider. Selon les chercheurs, la compréhension de ce mécanisme  pourra conduire au développement de traitements plus efficaces pour les personnes souffrant d’un système immunitaire déficient, en raison d'une maladie ou d'une chimiothérapie, par exemple.

immune system jpgL’étude a été publiée dans la revue Science.

Le saviez-vous ? A chaque inspiration nous faisons pénétrer dans nos poumons en même temps que l'oxygène une foule de créatures microscopiques, y compris des bactéries et jusqu’à dix milliards de spores de moisissures par jour. Habituellement, le système immunitaire élimine ces spores sans qu'ils ne causent aucun dommage à notre organisme. Cependant, chez les personnes souffrant d'un système immunitaire affaibli en raison d'une maladie ou d'une chimiothérapie, par exemple, ils peuvent causer de graves problèmes.

Comment se protègent nos poumons

La présente recherche a démarré dans le laboratoire du Prof. Amir Sharon à l'Université de Tel-Aviv, lorsque le Dr. Neta Shlezinger, alors doctorante, étudiant un champignon qui attaque les plantes, a découvert le mécanisme de défense de celles-ci : plutôt que de tuer les cellules fongiques directement, elles leur font faire le travail à leur place. Les chercheurs se sont alors demandé si un mécanisme similaire existait également chez les humains. Pour le découvrir, ils ont pris comme cas d’étude le champignon Aspergillus fumigatus, cause la plus fréquente des pneumonies fongiques.

amir sharonLe « suicide » cellulaire n'est pas un événement rare. Lorsqu'il se produit de manière normative, il est essentiel pour la santé du corps. Chez les animaux, ce processus, appelé apoptose, constitue une partie importante du développement du fœtus, de la création des cellules du système immunitaire, de la lutte contre les cellules malades et plus. Les champignons connaissent un processus similaire, que les plantes et le corps humain utilisent contre eux. Lorsque les cellules fongiques entrent dans nos poumons et tentent d'attaquer le corps, elles sont immédiatement entourées par des cellules immunitaires, qui les attaquent au moyen de substances oxydantes qui réagissent avec de nombreuses molécules de la cellule invasive et lui causent de lourds dégâts. La cellule attaquée entre dans un état appelé "stress oxydatif", au cours duquel elle active un processus d'apoptose et se suicident en réponse.

Se débarasser des champignons

Pour les besoins de l’étude, les chercheurs ont créé un champignon génétiquement modifié produisant une grande quantité d'une protéine particulière capable d’inhiber le processus de suicide cellulaire, et donc plus résistante aux cellules immunitaires. La doctorante Neta Shlezinger, en collaboration avec des chercheurs aux États-Unis, a ensuite comparé en laboratoire la réaction à l’infection d’un organisme contaminé par le champignon d'origine ou par la souche résistante génétiquement modifiée.

neta shlezingerRésultat : l’organisme infecté par le champignon modifié était davantage atteint, et a eu beaucoup de mal à se débarrasser de l'infection. Par contre, le système immunitaire de l’organisme infecté par le champignon normal a facilement réussi à provoquer le suicide des cellules fongiques, ce qui lui a permis de se débarrasser du champignon invasif rapidement et efficacement.

Selon les chercheurs, l'étude offre une orientation nouvelle et intéressante pour le développement de traitements antifongiques pour les patients souffrant d’un système immunitaire déficient. « La protéine fongique qui protège contre le suicide cellulaire n'a pas de parallèle dans les cellules humaines » explique le Prof. Sharon. « C'est un grand avantage, car il sera plus facile de trouver des substances qui l'inhibent et n'affectent pas les cellules du corps ». Il a cependant souligné que la voie vers le développement de médicaments était encore longue.

« Il est très probable que le mécanisme du système immunitaire révélé par l'étude ne soit pas spécifique à l’Aspergillus fumigatus mais soit également utilisé par le corps pour lutter contre une foule d'autres champignons », souligne le Prof. Sharon. « Le cas échéant, une meilleure compréhension du mécanisme pourra nous aider à lutter contre les infections fongiques de nombreux types différents ».

« Monter un laboratoire c’est comme monter une start-up » : une journée de la vie d’une chercheuse de l’Université de Tel-Aviv

Faites connaissance avec le Dr. Adi Stern, directrice du Laboratoire pour l'étude de l'évolution des virus de la Faculté des sciences de la vie de l'Université de Tel-Aviv, dont l’une des recherches a permis de mettre au point un nouveau vaccin plus sûr contre la polio. Entre le travail intensif en laboratoire, les conférences, l’écriture d’articles et le temps consacré à ses trois enfants : voilà à quoi ressemble la journée d’une scientifique.

Adi SternLe Dr. Adi Stern (39 ans), a obtenu sa licence avec excellence en biologie,  psychologie et mathématiques à l’Université de Tel-Aviv, avait de faire sa maîtrise puis son doctorat dans le département de recherche cellulaire et d'immunologie de la Faculté des sciences de la vie. Elle est revenue à l'université après trois ans passés en Californie pour réaliser son post-doctorat dans le cadre de deux départements importants: le Département de microbiologie et d'immunologie de l'Université de Californie à San Francisco et le Département de biologie intégrative à Berkeley.

Résoudre les énigmes

En 2005, elle a été choisie pour faire partie du forum international des 100 BioLeaders de demain, regroupant les 100 meilleurs étudiants du monde destinés à devenir les futurs leaders dans le domaine de la biotechnologie et des sciences de la vie. En 2008, elle a été sélectionnée par le journal « Ha'aretz » comme l'un des dix jeunes scientifiques les plus prometteurs d’Israël.

L'une de ses études a montré que le vaccin atténué contre la polio pouvait se révéler agressif et provoquer une flambée de la maladie, et a abouti au développement d’un nouveau type de vaccin plus sûr contre la polio.

« La biologie est l'un des domaines où il y a le plus de choses que l'on ne comprend pas vraiment complètement », explique le Dr. Stern « Ce sont les énigmes qui m’intriguent et m’amusent le plus. Enfant, je m'intéressais à tout. Ma mère était artiste et mon père physicien, j’ai donc eu accès aux deux mondes. Ce que je préférais, c’était les énigmes et les puzzles, tout ce qu’il fallait essayer de résoudre et de comprendre ».

« La journée d'un scientifique comprend un grand nombre d'éléments très différents et très diversifiés», poursuit-elle. « Je passe beaucoup de temps avec les étudiants de maitrise et de doctorat, à organiser les expériences, examiner les résultats et réfléchir à ce qu'il faut faire. C'est le niveau scientifique. Sur le plan humain il faut réfléchir à la manière de faire germer la motivation chez les étudiants, comment en faire sortir le meilleur d'eux-mêmes. C’est cela qui est très important pour moi car c'est là que je peux éduquer, élever la prochaine génération ».

"99% du temps d'un chercheur, ce sont des échecs"

Dans le laboratoire qu’elle dirige, on étudie l'évolution des virus de la rhinopharyngite : « Nous cultivons des virus, et suivons leur évolution, c'est-à-dire comment ils se transforment au fil du temps. Le virus de la rhinopharyngite, par exemple, est un virus qui nous attaque tout le temps, mais n'a pas de solution médicale. Nous sommes constamment malades de ce virus, et l'une des questions que nous nous posons est la raison pour laquelle nous ne parvenons pas à développer de  résistance à ce virus, alors que nous sommes résistants à d’autres » explique-t-elle.

« La raison en est que ce virus est en constante évolution, et c'est ce que nous étudions. Nous élevons ce virus, suivons les changements qu'il subi et essayons de comprendre ce qu'il y a de spécial chez ce virus qui évolue si vite ».

« 99% du temps d’un chercheur, ce sont des échecs. Mais même le plus petit succès, comme celui d’arrive à ce que la cellule se divise correctement, est déjà une réussite ».

Adi Stern family"La maternité m'apporte le plus en tant que scientifique"

Entre son travail intensif au laboratoire, ses conférences et ses articles, le Dr. Stern Grundland trouve encore du temps à consacrer à sa famille, et elle essaie de constituer un modèle et une source d'inspiration pour les femmes plus jeunes : « La maternité est très importante pour moi, et je passe beaucoup de temps avec mes enfants. Il très est important pour moi de présenter un modèle sain et équilibré aux femmes plus jeunes, et de montrer que je suis une mère et d’être entière avec moi-même ».

« De mon point de vue, la maternité m’apporte le plus en tant que scientifique. Car lorsque je sais que je vais m'amuser avec mes enfants et leur consacrer du temps, je suis plus entière dans ma recherche. Israël est un pays qui n'a pas de ressources naturelles, nous avons notre esprit et la technologie. Et la technologie repose sur la science. Pour moi, c'est ça l'avenir ».

 

Adapté d'une interview dans Ynet 

Photo: Yogev Attias

Une découverte de l'Université de Tel-Aviv sur les pieuvres va faire progresser l'ingénierie génétique

Selon une étude menée par le Prof. Eli Eisenberg de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Tel Aviv, en collaboration avec Joshua Rosenthal, de l'Institut de biologie marine de l'Université de Chicago, les poulpes et les pieuvres savent reprogrammer leur ADN.  Cette découverte est susceptible de fournir de nouvelles connaissances pour contrôler l'information génomique et développer des médicaments contre les maladies génétiques.

OctopusEt si nous pouvions reprogrammer la génétique humaine sans toucher à l'ADN ? Les pieuvres et les poulpes sont des animaux mystérieux, qui exitent la curiosité et possèdent un comportement exceptionnellement sophistiqué. Il se trouve que, outre leurs huit tentacules, leurs trois cœurs et un impressionnant réseau de neurones, ces créatures disposent également d'une intelligence génétique fascinante.

L'étude montre que la pieuvre et le poulpe, qui appartiennent à la famille des coleoïdes (sous-classe des céphalopodes), évoluent différemment de toute les autres créatures, y compris les humains, et modifient elles-mêmes les instructions génétiques qui permettent la production des protéines d'une manière qui leur est unique. En d'autres termes, ils sont capables de se reprogrammer génétiquement.

Un processus de réplication exceptionnel, en échange d'une évolution plus lente

Les cellules de notre corps sont composées de protéines, produites conformément aux instructions inscrites dans l'ADN. L'ADN est une énorme molécule composée d'une chaîne de petites unités. L'organisation spécifique de ces unités, appelée séquence d'ADN compose le code qui détermine la structure des protéines. Chaque molécule d'ADN (chromosome) peut contenir des centaines de milliers de gènes, qui sont des sortes de 'fiches d'instructions' pour la construction de la protéine. Dans la cellule se produit un processus de transcription de l'ADN en molécules similaires nommées ARN qui sont finalement traduites en protéines. Chez la plupart des êtres vivants la séquence des protéines présentes dans les cellules est déterminée sans équivoque en fonction de l'information génétique codée dans l'ADN, qui détermine la structure et la fonction des protéines.

eli eisenbergLes pieuvres et les poulpes ont l'extraordinaire capacité d'effectuer des modifications génétiques en opérant des changements dans les molécules d'ARN de sorte qu'il n'y ai pas de transcription exacte de la séquence génomique. Ainsi peuvent-elles produire une grande variété de versions différentes de la protéine à partir de la même "fiche d'instructions" originale stockée dans l'ADN.

 "Pour préserver ce mécanisme spécial d'édition génétique, le rythme des changements dans le génome des coleoïdes a été considérablement freiné, ce qui signifie le ralentissement du processus d'adaptation de la créature à son environnement ", explique le Prof.  Eisenberg. "Mais les coléoïdes sont prêts à payer ce lourd tribut, en échange des avantages fournis par la flexibilité dans la production de protéines variées à travers leur mécanisme particulier d'édition de l'ARN".

Cette découverte fait des vagues dans le monde et a fait l'objet d'articles dans plusieurs revues scientifiques, et même dans le New York Times. L'observation de la manière dont la pieuvre et le poulpe "programment" l'ARN pourrait fournir aux scientifiques un outil technologique important dans le domaine du génie génétique. Les manipulations de l'ADN peuvent être compliquées et dangereuses, et entraîner des effets secondaires indésirables. Le mécanisme d'édition de l'ARN, par contre, donne aux chercheurs une autre manière, moins dangereuse, d'influencer les protéines dans le corps humain par une sorte "d'ingénierie de l'ARN". On peut penser que dans l'avenir cette méthode puisse être employée pour influencer de manière contrôlée l'information génomique dans le corps humain, et  développer des médicaments contre les maladies génétiques.

 

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