Connect with us

science

Une nouvelle façon de voir l’activité à l’intérieur d’une cellule vivante

Published

on

Une série d'images montrant des cellules en transition, photographiées par le MIT

Les cellules vivantes sont bombardées de nombreux types de signaux moléculaires entrants qui influencent leur comportement. La capacité de mesurer ces signaux et la manière dont les cellules y répondent via des réseaux de signalisation moléculaire peut aider les scientifiques à en apprendre davantage sur le fonctionnement des cellules, y compris sur ce qui se passe lorsque nous vieillissons ou développons une maladie.

Actuellement, ce type d’études approfondies n’est pas possible car les techniques actuelles d’imagerie cellulaire sont limitées à quelques types différents de molécules au sein d’une cellule à la fois. Cependant, des chercheurs du MIT ont développé une méthode alternative qui leur permet de surveiller jusqu’à sept molécules différentes simultanément, et peut-être plus.

« Il existe de nombreux exemples en biologie où un événement déclenche une longue chaîne d’événements, qui mène ensuite à une fonction cellulaire spécifique », explique Edward Boyden, professeur Y. Eva Tan de neurotechnologie. « Comment cela se produit-il ? C’est sans doute l’un des problèmes fondamentaux de la biologie, alors nous nous sommes demandés : pourriez-vous simplement regarder cela se produire ? »

La nouvelle approche utilise des molécules fluorescentes vertes ou rouges qui clignotent à des rythmes différents. En imaginant la cellule pendant plusieurs secondes, minutes ou heures, puis en extrayant chaque signal fluorescent à l’aide d’un algorithme mathématique, la quantité de chaque protéine cible peut être suivie à mesure qu’elle évolue dans le temps.

Boyden, également professeur de génie biologique et de sciences du cerveau et cognitives au MIT, chercheur au Howard Hughes Medical Institute, membre du McGovern Institute for Brain Research du MIT et du Koch Institute for Integrative Cancer Research, ainsi que codirecteur du K Lisa Yang Center for Electronics Electronic, est l’auteur principal de l’étude, qui paraît aujourd’hui dans cellule. Yong Qian, chercheur postdoctoral au MIT, est l’auteur principal de cet article.

Signaux fluorescents

Le marquage des molécules à l’intérieur des cellules avec des protéines fluorescentes a permis aux chercheurs d’en apprendre beaucoup sur les fonctions de nombreuses molécules cellulaires. Ce type d’étude est souvent réalisé à l’aide de la protéine fluorescente verte (GFP), publiée pour la première fois pour l’imagerie dans les années 1990. Depuis lors, plusieurs protéines fluorescentes qui brillent dans d’autres couleurs ont été développées à des fins expérimentales.

READ  Cinq techniques pour tirer le meilleur parti du frai des coraux

Cependant, un microscope optique typique ne peut distinguer que deux ou trois de ces couleurs, permettant ainsi aux chercheurs d’avoir seulement un aperçu de l’activité globale se produisant à l’intérieur de la cellule. S’ils parviennent à suivre un plus grand nombre de molécules marquées, les chercheurs pourraient par exemple mesurer la réponse des cellules cérébrales à différents neurotransmetteurs au cours de l’apprentissage, ou étudier les signaux qui incitent une cellule cancéreuse à se propager.

« Idéalement, vous seriez en mesure d’observer les signaux dans la cellule lorsqu’ils fluctuent en temps réel, puis de comprendre comment ils sont liés les uns aux autres. Cela vous indiquera comment la cellule effectue ses calculs », explique Boyden. c’est qu’on ne peut pas regarder beaucoup de choses en même temps. »

En 2020, le laboratoire de Boyden a développé un moyen d’imager simultanément jusqu’à cinq molécules différentes à l’intérieur d’une cellule, en ciblant des rapporteurs fluorescents à différents endroits à l’intérieur de la cellule. Cette approche est connue sous le nom de «Multiplexage spatial« , permet aux chercheurs de distinguer les signaux provenant de différentes molécules même si elles peuvent toutes émettre une fluorescence de la même couleur.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont adopté une approche différente : au lieu de distinguer les signaux en fonction de leur emplacement physique, ils ont créé des signaux fluorescents qui variaient dans le temps. Cette technologie repose sur des « fluorophores commutables », qui sont des protéines fluorescentes qui s’allument et s’éteignent à une vitesse spécifique. Dans cette étude, Boyden et son équipe ont identifié quatre fluorophores verts commutables, puis en ont conçu deux autres, qui s’allument et s’éteignent tous à des rythmes différents. Ils ont également identifié deux protéines fluorescentes rouges qui mutent à des rythmes différents et ont conçu un fluorophore rouge supplémentaire.

READ  Le télescope Hubble de la NASA capture un événement cosmique rare : le sabre laser !

Chacun de ces fluorophores commutables peut être utilisé pour marquer un type différent de molécule dans une cellule vivante, comme une enzyme, une protéine de signalisation ou une partie du cytosquelette de la cellule. Après avoir photographié la cellule pendant plusieurs minutes, heures ou même jours, les chercheurs utilisent un algorithme mathématique pour détecter le signal spécifique de chaque fluorophore, de la même manière que l’oreille humaine peut capter différentes fréquences sonores.

« Dans un orchestre symphonique, vous avez des instruments aigus, comme la flûte, et des instruments graves, comme le tuba. Et au milieu se trouvent des instruments comme la trompette. Ils ont tous des sons différents, et nos oreilles les trient, « , dit Boyden.

La technique mathématique utilisée par les chercheurs pour analyser les signaux des fluorophores est connue sous le nom de mélange linéaire. Cette méthode peut extraire différents signaux fluorophores, de la même manière que l’oreille humaine utilise un modèle mathématique connu sous le nom de transformée de Fourier pour extraire différentes hauteurs d’un morceau de musique.

Une fois cette analyse terminée, les chercheurs peuvent voir quand et où chacune des molécules marquées par fluorescence a été trouvée dans la cellule pendant toute la période d’imagerie. L’imagerie elle-même peut être réalisée à l’aide d’un simple microscope optique, sans nécessiter d’équipement spécialisé.

Phénomènes biologiques

Dans cette étude, les chercheurs ont démontré leur approche en marquant six molécules différentes impliquées dans le cycle de division cellulaire, dans les cellules de mammifères. Cela leur a permis d’identifier des modèles dans la façon dont les niveaux d’enzymes appelées kinases dépendantes de la cycline changent à mesure que la cellule progresse dans le cycle cellulaire.

READ  Un astéroïde de la taille d'un réfrigérateur s'est glissé sur Terre en se cachant derrière le soleil

Les chercheurs ont également montré qu’ils pouvaient classer d’autres types de kinases, impliquées dans presque tous les aspects de la signalisation cellulaire, ainsi que dans les structures cellulaires et les organites, tels que le cytosquelette et les mitochondries. En plus de leurs expériences utilisant des cellules de mammifères cultivées dans une boîte de laboratoire, les chercheurs ont montré que la technique pouvait fonctionner dans le cerveau des larves de poisson zèbre.

Selon les chercheurs, cette méthode pourrait être utile pour surveiller la façon dont les cellules réagissent à tout type d’apport, tel que les nutriments, les facteurs du système immunitaire, les hormones ou les neurotransmetteurs. Il peut également être utilisé pour étudier la façon dont les cellules réagissent aux changements dans l’expression des gènes ou aux mutations génétiques. Tous ces facteurs jouent un rôle important dans des phénomènes biologiques tels que le développement, le vieillissement, le cancer, la neurodégénérescence et la formation de la mémoire.

« Vous pouvez considérer tous ces phénomènes comme représentant une classe générale de problèmes biologiques, dans lesquels un événement à court terme – comme manger un nutriment, apprendre quelque chose ou contracter une infection – déclenche un changement à long terme », explique Boyden.

En plus de poursuivre ces types d’études, le laboratoire de Boyden travaille également à élargir le référentiel de fluorophores commutables afin de pouvoir étudier davantage de signaux dans la cellule. Ils espèrent également adapter le système afin qu’il puisse être utilisé dans des modèles de souris.

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

science

L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

Published

on

L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

TOKYO : L'atterrisseur japonais est revenu en mode veille après avoir étonnamment survécu à une nuit lunaire glaciale de deux semaines, a annoncé l'agence spatiale japonaise, avec une autre tentative pratique prévue pour la fin du mois.

L'atterrisseur intelligent d'exploration lunaire (SLIM) sans pilote a atterri en janvier sous un angle bancal qui a laissé ses panneaux solaires pointés dans la mauvaise direction.

Au fur et à mesure que l'angle du soleil changeait, il reprenait vie pendant deux jours et effectuait des observations scientifiques du cratère avec une caméra performante. Cette semaine, la sonde SLIM, qui « n'a pas été conçue pour les dures nuits lunaires », lorsque les températures descendent jusqu'à moins 133 degrés, a encore créé la surprise en se réveillant deux semaines plus tard.

« SLIM s'est rendormi au coucher du soleil juste après 3 heures du matin (heure japonaise) le 1er », a déclaré vendredi l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) sur X, anciennement connue sous le nom de Twitter, à côté d'une photo de la surface rocheuse de la lune capturée par le vaisseau spatial. Mars ». L'enquête.

« Bien que la probabilité d'échec augmente en raison des cycles de chaleur extrêmes, nous essaierons de faire fonctionner SLIM à nouveau lorsque la lumière du soleil reviendra fin mars », a déclaré l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale.

Cette annonce intervient après que l'atterrisseur américain sans pilote Odysseus soit devenu le premier vaisseau spatial privé à se rendre sur la Lune. L'atterrisseur a transmis sa dernière image jeudi avant que ses réserves d'énergie ne soient épuisées.

Le rover SLIM, surnommé « Moon Sniper » en raison de sa technique d'atterrissage précise, a atterri à l'intérieur de la zone d'atterrissage cible le 20 janvier.

READ  Des chercheurs ont créé le plus grand arbre généalogique humain jamais créé

Publié dans Al-Fajr, le 3 mars 2024

Continue Reading

science

Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

Published

on

Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

sur Épisode 100 de Cette semaine dans l'espaceTarek Woroud accueille à nouveau le Dr Alan Stern du Southwest Research Institute pour partager son expérience de vol à bord d'un avion spatial privé.

Alan, planétologue et chercheur principal de la mission New Horizons de la NASA vers Pluton et au-delà, effectuera un vol spatial suborbital en novembre 2023 à bord de l'avion spatial VSS Unity de Virgin Galactic. Il explique à quoi ressemble cette expérience, ce qu'elle promet pour la future science spatiale, et bien plus encore.

Continue Reading

science

Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

Published

on

Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

Il y a un peu plus de cinq ans, le 22 février 2019, une sonde spatiale sans pilote était placée en orbite autour de la Lune.

Le nom de la chose Beresheet Il a été construit par SpaceIL et Israel Aerospace IndustriesIl était censé être le premier vaisseau spatial privé à effectuer un atterrissage en douceur. Parmi la cargaison de la sonde se trouvaient des tardigrades, célèbres pour leur capacité à survivre même dans les climats les plus rigoureux.

la mission Il a eu un problème depuis le débutAvec l'échec des caméras de « suivi stellaire » chargées de déterminer la direction de l'engin spatial et ainsi contrôler correctement ses moteurs. Les contraintes budgétaires ont dicté une conception raccourcie et, même si le centre de commandement a pu surmonter certains problèmes, les choses sont devenues plus difficiles le 11 avril, jour du débarquement.

En route vers la Lune, le vaisseau spatial voyageait à grande vitesse et a dû ralentir pour effectuer un atterrissage en douceur. Malheureusement, lors de la manœuvre de freinage, le gyroscope est tombé en panne, bloquant le moteur principal.

A 150 m d'altitude, Beresheet Il roulait toujours à 500 km/h, trop rapide pour être arrêté à temps. La collision a été violente puisque la sonde s'est brisée et ses restes ont été dispersés sur une distance d'une centaine de mètres. Nous le savons car le site a été photographié par le satellite LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) de la NASA le 22 avril.

Des animaux capables de (presque) tout gérer

Alors qu'est-il arrivé à tardigrades Qui voyageait à bord de la sonde ? Compte tenu de leur remarquable capacité à survivre à des situations qui tueraient presque n’importe quel autre animal, est-il possible qu’ils aient pollué la Lune ? Pire encore, peuvent-ils le reproduire et le coloniser ?

Les tardigrades sont des animaux microscopiques mesurant moins d'un millimètre de long. Ils possèdent tous des cellules nerveuses, une bouche s'ouvrant au bout d'une trompe rétractable, un intestin contenant des organismes microscopiques et quatre paires de pattes non articulées terminées par des griffes, dont la plupart sont dotées d'yeux. Malgré leur petite taille, ils partagent un ancêtre commun avec les arthropodes comme les insectes et les araignées.

READ  Une vidéo de la NASA raconte l'histoire de la tomate spatiale perdue

La plupart des tardigrades vivent dans des milieux aquatiques, mais on peut les trouver dans n'importe quel environnement, même dans les zones urbaines. Emmanuel Delagotchercheur au Centre national de la recherche scientifique, les récolte dans les mousses et les lichens du Jardin des Plantes à Paris.

Pour être actifs, se nourrir de microalgues comme la chlorelle, et se déplacer, croître et se reproduire, les tardigrades ont besoin d'être entourés d'une couche d'eau. Ils se reproduisent de manière sexuée ou asexuée par parthénogenèse (à partir d'un œuf non fécondé) ou même par hermaphrodisme, lorsqu'un individu (ayant à la fois des gamètes mâles et femelles) s'autoféconde.

Une fois l'œuf éclos, la vie active du tardigrade dure de 3 à 30 mois. Un total de 1265 espèces ont été décritesdont deux fossiles.

Les tardigrades sont réputés pour leur résistance à des conditions qui n’existent ni sur Terre ni sur la Lune. Ils peuvent arrêter le métabolisme en perdant jusqu’à 95 % de l’eau corporelle. Certaines espèces fabriquent du sucre, le tréhalose, qui Agit comme un antigelD’autres synthétisent des protéines censées intégrer les composants cellulaires dans un réseau de « verre » amorphe qui assure la résistance et la protection de chaque cellule.

Lors de la déshydratation, le corps d'un tardigrade peut réduire de moitié sa taille normale. Les pattes disparaissent et seules les griffes restent visibles. Cet état, connu sous le nom Cryptobiosese poursuit jusqu'à ce que les conditions de vie active redeviennent favorables.

Selon le type de tardigrade, les individus ont besoin de plus ou moins de temps pour se déshydrater et tous les spécimens d'une même espèce ne sont pas capables de reprendre une vie active. Les adultes déshydratés survivent quelques minutes à des températures aussi basses que -272°C ou jusqu'à 150°C, et à long terme à des doses gamma élevées de 1 000 ou 4 400 Gy.

READ  Un astéroïde de la taille d'un réfrigérateur s'est glissé sur Terre en se cachant derrière le soleil

En comparaison, une dose de 10 Gy est mortelle pour l’homme, et 40 à 50 000 Gy stérilisent tous types de matériaux. Cependant, quelle que soit la dose, les radiations tuent les œufs tardigrades. De plus, la protection conférée par la cryptobiose n’est pas toujours claire, comme dans le cas de Melnésium tardigradeumLes radiations affectent de la même manière les animaux actifs et déshydratés.

Les types Melnésium tardigradeum Dans son état actif. (n'importe lequel. Shukrai, Yu. Warnken, A. Hotz-Wagenblatt, MA Groehme, S. Henger et coll. (2012)., CC par)

La vie lunaire ?

Alors, qu’est-il arrivé aux tardigrades après leur collision avec la lune ? Certains d’entre eux sont-ils encore viables, enterrés sous la lune ? Le richeDes poussières allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres de profondeur ?

Tout d’abord, ils doivent avoir survécu à l’impact. Tests de laboratoire Il a été démontré que des échantillons congelés de… Hypsibius Dujardini Les espèces se déplaçant à 3 000 km/h dans le vide ont subi des dommages mortels lorsqu'elles ont heurté le sable. Cependant, ils ont survécu à des impacts de 2 600 kilomètres par heure ou moins, et leurs « atterrissages durs » sur la Lune, qu’ils soient indésirables ou non, ont été beaucoup plus lents.

La surface de la Lune n’est pas protégée des particules solaires et des rayons cosmiques, notamment gamma, mais là aussi, les tardigrades seraient capables de résister.

En fait, Robert Wimmer-Schoengruber, professeur à l'Université de Kiel en Allemagne, et son équipe ont montré que… Les doses de rayons gamma frappant la surface de la Lune étaient constantes mais faibles Par rapport aux doses ci-dessus, 10 ans d’exposition aux rayons gamma lunaires équivalent à une dose totale d’environ 1 Gy.

READ  Océans de magma intérieurs ou extérieurs dans les protoplanètes les plus anciennes - perspectives de la fragmentation de l'azote et du carbone

Mais se pose ensuite la question de la « vie » sur la Lune. L'ours d'eau devra supporter des pénuries d'eau ainsi que des températures allant de -170 à -190°C la nuit lunaire et de 100 à 120°C le jour.

Le jour ou la nuit lunaire dure longtemps, un peu moins de 15 jours terrestres. La sonde elle-même n’a pas été conçue pour résister à des conditions aussi extrêmes, et même si elle ne s’était pas écrasée, elle aurait cessé toute activité après seulement quelques jours sur Terre.

Malheureusement pour les tardigrades, ils ne peuvent pas surmonter le manque d’eau liquide, d’oxygène et de microalgues – et ne pourront jamais se réactiver, encore moins se reproduire. Leur colonisation de la Lune est donc impossible.

Cependant, des échantillons inactifs existent sur le sol lunaire, et leur présence soulève des questions éthiques, telles que : Matthieu Soie» souligne un écologiste de l'université d'Edimbourg. De plus, alors que l’exploration spatiale prend son essor dans toutes les directions, polluer d’autres planètes pourrait nous faire manquer la découverte de la vie extraterrestre.

L'auteur remercie Emmanuel Delagot et Cédric Houbas du Musée de Paris, ainsi que Robert Wimmer-Schoengruber de l'Université de Kiel, pour leur lecture critique du texte et leurs conseils.Conversation

Laurent Palkadirecteur de conférences, Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN)

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

Continue Reading

Trending

Copyright © 2023