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Des scientifiques de Cambridge cartographient l’évolution des bactéries épidémiques

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Des scientifiques de Cambridge cartographient l’évolution des bactéries épidémiques

Pseudomonas aeruginosa est responsable de plus de 500 000 décès par an dans le monde, dont plus de 300 000 sont associés à la résistance aux antimicrobiens. Les personnes atteintes de maladies telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique (lésions pulmonaires liées au tabagisme), la fibrose kystique et la bronchectasie non kystique sont plus susceptibles de développer ces maladies.

On ne savait pas auparavant comment Pseudomonas aeruginosa avait évolué d’un organisme environnemental à un pathogène humain spécialisé. Pour enquêter, une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Cambridge a examiné les données ADN de près de 10 000 échantillons prélevés sur des individus, des animaux et des environnements infectés à travers le monde. Leurs résultats ont été publiés aujourd’hui dans la revue Science.

En cartographiant les données, l’équipe a pu créer des arbres évolutifs – des « arbres généalogiques » – qui montrent comment les bactéries présentes dans les échantillons sont liées les unes aux autres. Étonnamment, ils ont découvert que près de sept infections sur dix étaient causées par seulement 21 clones génétiques, ou « branches » de l’arbre généalogique, qui ont évolué rapidement (en acquérant de nouveaux gènes de bactéries voisines) et se sont ensuite répandus à l’échelle mondiale au cours des 200 dernières années. Cette propagation s’est probablement produite parce que les gens ont commencé à vivre dans des zones densément peuplées, où la pollution de l’air rendait nos poumons plus sensibles aux infections et où les risques de propagation de l’infection étaient plus grands.

Ces clones épidémiques ont une préférence intrinsèque pour infecter certains types de patients, certains préférant les patients atteints de mucoviscidose et d’autres les individus non atteints. Il a été démontré que la bactérie peut exploiter un défaut immunitaire jusqu’alors inconnu chez les personnes atteintes de mucoviscidose, leur permettant ainsi de survivre à l’intérieur des macrophages. Les macrophages sont des cellules qui « mangent » les organismes envahisseurs, les décomposent et empêchent la propagation de l’infection. Mais un défaut jusqu’alors inconnu du système immunitaire des patients atteints de mucoviscidose signifie qu’une fois que les macrophages « engloutissent » la bactérie Pseudomonas aeruginosa, ils sont incapables de s’en débarrasser.

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Après avoir infecté les poumons, ces bactéries évoluent de différentes manières pour se spécialiser davantage dans un environnement pulmonaire particulier. Le résultat est que certaines copies peuvent être transmises entre patients FK et d’autres versions entre patients non FK, mais rarement entre groupes FK et groupes non FK.

Le professeur Andris Floto, directeur du Cystic Fibrosis UK Innovation Centre de l’Université de Cambridge et du Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust, et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Nos recherches sur P. aeruginosa nous ont appris de nouvelles choses sur la biologie de fibrose kystique et a révélé des moyens importants par lesquels nous pourrions être en mesure de… Améliorer l’immunité contre les bactéries envahissantes dans ces conditions et potentiellement dans d’autres.

« D’un point de vue clinique, cette étude a révélé des informations importantes sur la bactérie Pseudomonas aeruginosa. L’accent a toujours été mis sur la facilité avec laquelle cette infection se propage parmi les patients atteints de mucoviscidose, mais nous avons montré qu’elle peut également se propager avec une facilité alarmante parmi d’autres patients. Cela a des conséquences très importantes pour le contrôle des infections hospitalières, où il n’est pas rare qu’une personne infectée se trouve dans une salle ouverte avec une autre personne présentant un risque élevé.

« Nous sommes très chanceux à l’hôpital Royal Papworth dans la mesure où nous disposons de chambres individuelles et avons développé et évalué un nouveau système de traitement de l’air pour réduire la quantité de bactéries en suspension dans l’air et protéger tous les patients. »

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Le Dr Aaron Vaiman du Victor Philip Dahdali Heart and Lung Research Institute de l’Université de Cambridge et premier auteur de l’étude a déclaré : « Il est étonnant de voir à quelle vitesse ces bactéries évoluent et deviennent épidémiques et comment elles peuvent se spécialiser dans un domaine particulier. environnement pulmonaire. Nous avons vraiment besoin d’un dépistage systématique et proactif de tous les groupes de patients « à risque pour détecter et prévenir l’émergence de versions plus épidémiques ».

La recherche a été financée par Wellcome et la Cystic Fibrosis Foundation UK.

référence

Weimann, A et coll. Evolution et adaptation spécifique à l’hôte de Pseudomonas aeruginosa. Science; 4 juillet 2024 ; DOI : 10.1126/science.adi0908

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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

Des scientifiques de la NASA affirment que du soufre pur a été découvert sur Mars pour la première fois après que le rover Curiosity ait accidentellement découvert un amas de cristaux jaunes lors de son passage au-dessus d’un rocher. La zone semble pleine de soufre. C’est une découverte inattendue : alors que des minéraux contenant du soufre ont été observés sur la planète rouge, le soufre élémentaire n’a jamais été observé seul auparavant. « Le soufre ne se forme que dans une gamme étroite de conditions que les scientifiques n’ont pas liées à l’histoire de ce site », ont déclaré les scientifiques de la NASA. .

Le rover Curiosity a réussi à fendre la roche le 30 mai alors qu’il traversait une zone connue sous le nom de canal Gedes Valles, où des roches similaires ont été vues partout. On pense que le canal a été creusé il y a longtemps par l’eau et les coulées de débris. « Trouver un champ de pierres faites de soufre pur, c’est comme trouver une oasis dans le désert », a déclaré Ashwin Vasavada, scientifique du projet Curiosity. « Il ne devrait pas être là, alors maintenant nous devons l’expliquer. C’est la découverte de choses étranges et inattendues. rend l’exploration planétaire extrêmement passionnante.

Une roche sur laquelle Curiosity est passée s'est fissurée, révélant des cristaux de soufre jaunes

Programme NASA/JPL/Caltech/Cyberscience et sécurité

Après avoir repéré les cristaux jaunes, l’équipe a ensuite utilisé une caméra montée sur le bras robotique de Curiosity pour les examiner de plus près. Le rover a ensuite échantillonné une autre roche à proximité, où les morceaux de roche qu’il a brisés étaient trop fragiles pour être forés. Le rover Curiosity est équipé d’instruments qui lui permettent d’analyser la composition des roches et du sol, et la NASA affirme que le spectromètre à rayons X de particules alpha (APXS) a confirmé qu’il avait trouvé du soufre élémentaire.

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Des signes de vie pourraient être trouvés près de la surface de deux lunes proches.

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Des signes de vie pourraient être trouvés près de la surface de deux lunes proches.

Les preuves s’accumulent selon lesquelles la vie pourrait théoriquement continuer à exister sur deux lunes actuellement en orbite autour de planètes de notre système solaire.Les scientifiques ont fait un certain nombre de découvertes qui suggèrent que la lune glacée de Jupiter, Europe, et la lune de Saturne, Encelade, contiennent les conditions nécessaires à la vie. Ces conditions incluent la production de quantités abondantes de Oxygène Sur les océans liquides de la surface et du sous-sol d’Europe sur les deux lunes. Le phosphore, élément vital à la vie, présente de nombreux bienfaits. est trouvé Dans les colonnes de glace et d’eau émises par Encelade.

Or, une récente expérience de la NASA a révélé que si la vie existe sur ces lunes, ses signes, tels que les molécules organiques telles que les acides aminés ou nucléaires, peuvent être détectés beaucoup plus près de la surface qu’on ne le pensait auparavant, malgré d’énormes niveaux de rayonnement. C’est une bonne nouvelle pour toutes les futures missions qui rechercheront des signes de vie partageant l’attraction gravitationnelle de notre Soleil, car les véhicules robotiques n’auront pas besoin de creuser aussi profondément pour les trouver.

« Sur la base de nos expériences, la profondeur d’échantillonnage « sûre » pour les acides aminés sur Europe est d’environ 8 pouces aux hautes latitudes de l’hémisphère tardif (l’hémisphère opposé à la direction du mouvement d’Europe autour de « Jupiter) dans la région où la surface n’a pas été détectée ». été très perturbé par les impacts de météorites. Dans un communiqué de presse« La détection des acides aminés sur Encelade ne nécessite pas d’échantillonnage souterrain ; ces molécules survivront à la désintégration radioactive n’importe où sur la surface d’Encelade à moins d’un dixième de pouce (moins de quelques millimètres) de la surface. »

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Pour arriver à cette conclusion, Pavlov et ses collègues ont pris des acides aminés et les ont mélangés avec de la glace ultra froide – 321 degrés Fahrenheit en dessous de zéro. D’autres échantillons ont été mélangés non seulement à de la glace mais aussi à de la poussière de silicate pour simuler la présence éventuelle de matière provenant de météorites ou des profondeurs de la Lune. Les échantillons, scellés dans des flacons sans air, ont été exposés aux rayons gamma, une forme de rayonnement dangereuse. Certains autres échantillons ont également testé l’effet des acides aminés s’ils étaient cultivés dans des bactéries mortes, simulant la possibilité d’une vie microscopique sur Encelade et Europe.

Les résultats ont été publiés dans la revue AstrobiologieL’étude a montré le taux de décomposition des acides aminés dans ces conditions, et il s’avère que ces acides sont capables de survivre suffisamment longtemps pour être surveillés par une mission d’atterrissage. Mais aucune mission de ce type n’est prévue pour l’instant pour aucun des deux satellites.

« La lenteur de la destruction des acides aminés dans les échantillons biologiques dans des conditions de surface similaires à celles d’Europe et d’Encelade renforce l’argument en faveur de futures mesures de détection de vie par des missions d’atterrissage sur Europe et Encelade », a déclaré Pavlov. « Nos résultats indiquent que les taux de décomposition des biomolécules organiques potentielles dans les régions riches en silice d’Europe et d’Encelade sont plus élevés que ceux de la glace pure, et par conséquent, les futures missions potentielles vers Europe et Encelade devraient être prudentes dans l’échantillonnage des sites riches en silice. sur les deux lunes.

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Concevoir des cellules pour diffuser leur comportement peut aider les scientifiques à étudier leur fonctionnement interne

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Concevoir des cellules pour diffuser leur comportement peut aider les scientifiques à étudier leur fonctionnement interne

Les vagues sont Répandu dans la nature et la technologieQu’il s’agisse de la montée et de la descente des marées océaniques ou du balancement d’un pendule d’horloge, les rythmes prévisibles des vagues créent un signal qui peut être facilement suivi et distingué des autres types de signaux.

Les appareils électroniques utilisent des ondes radio pour envoyer et recevoir des données, comme un ordinateur portable, un routeur Wi-Fi ou un téléphone mobile et une tour de téléphonie cellulaire. De même, les scientifiques peuvent utiliser un autre type d’onde pour transmettre un autre type de données : des signaux provenant de processus et de dynamiques invisibles qui sous-tendent la manière dont les cellules prennent leurs décisions.

je Biologiste synthétiqueEt le mien Groupe de recherche La technologie a été développée Il envoie une vague de protéines génétiquement modifiées Voyagez à travers la cellule humaine pour ouvrir une fenêtre sur les activités cachées qui fournissent de l’énergie aux cellules lorsqu’elles sont en bonne santé et qui nuisent aux cellules lorsqu’elles sont hors de contrôle.

Les ondes peuvent être modifiées pour transporter différents types d’informations, comme la radio FM et AM.

Les vagues sont un puissant outil d’ingénierie

Le comportement oscillatoire des ondes est l’une des raisons pour lesquelles elles constituent des motifs géométriques si puissants.

Par exemple, des changements contrôlables et prévisibles dans les oscillations des ondes peuvent être utilisés pour coder des données, telles que des informations audio ou vidéo. Dans le cas d Radio à chaque station Il se voit attribuer une onde électromagnétique unique qui oscille à sa propre fréquence. Ce sont les chiffres que vous voyez sur le cadran de la radio.

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Les scientifiques peuvent étendre cette stratégie aux cellules vivantes. Mon équipe l’a utilisé Des vagues de protéines Transformer la cellule en une station radio microscopique qui diffuse en temps réel des données sur son activité pour étudier son comportement.

Animation d'ondes cyan et magenta formant une spirale

Les protéines bactériennes MinD (cyan) et MinE (magenta) peuvent s’organiser en motifs hélicoïdaux.

Convertir les cellules en stations de radio

L’étude de l’intérieur des cellules nécessite un type d’onde capable de communiquer et d’interagir spécifiquement avec les mécanismes et composants cellulaires.

Alors que les appareils électroniques sont constitués de fils et de transistors, les cellules sont construites et contrôlées par divers éléments chimiques. On les appelle des protéinesLes protéines remplissent diverses fonctions à l’intérieur de la cellule, depuis l’extraction de l’énergie du sucre jusqu’à déterminer si la cellule doit croître ou non.

Les ondes protéiques sont généralement rares dans la nature, mais certaines bactéries génèrent naturellement des ondes de deux protéines appelées Esprit et pensée – Ils sont souvent appelés ensemble MinDE – pour les aider à se diviser. Mon équipe a découvert que l’introduction de MinDE dans des cellules humaines provoque la réorganisation des protéines en un éventail surprenant de… Vagues et motifs.

Les ondes protéiques MinDE à elles seules n’interagissent pas avec d’autres protéines dans les cellules humaines. Cependant, nous avons constaté que MinDE peut être Conçu facilement Interagir avec l’activité de protéines humaines spécifiques responsables de la prise de décisions concernant la croissance, la signalisation aux cellules voisines, le mouvement et la division.

La dynamique des protéines qui déterminent ces fonctions cellulaires est difficile à détecter et à étudier dans les cellules vivantes, car l’activité des protéines est généralement invisible, même aux microscopes de grande puissance. Perturber ces modèles protéiques il est dans L’essence de beaucoup Cancers et troubles de la croissance.

Nous avons modélisé les liens entre les ondes protéiques MinDE et l’activité des protéines responsables des processus cellulaires clés. Or, l’activité de ces protéines provoque des changements dans la fréquence ou l’amplitude de l’onde protéique, tout comme la radio AM/FM. À l’aide de microscopes, nous pouvons détecter et enregistrer les signaux uniques diffusés par des cellules individuelles, puis les décoder pour récupérer la dynamique de ces processus cellulaires.

Nous commençons tout juste à explorer la manière dont les scientifiques utilisent les ondes protéiques pour étudier les cellules. Si l’histoire des vagues dans la technologie est une indication, leur potentiel est énorme.

Cet article a été republié à partir de Conversation Sous licence Creative Commons. Lire Article original.

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