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Exploration du métagénome humain
12 avril 2008, par Jean-Paul Baquiast

Le séquençage du métagénome humain va prendre la suite du séquençage du génome humain. C’est une bonne nouvelle pour la biologie. Les laboratoires européens y contribueront dans le cadre du programme MetaHIT (pour Metagenomics of Human Intestinal Tract), coordonné par l’INRA. Son lancement a été annoncé le 11 avril. MetaHIT mobilisera une douzaine d'organismes de recherche et d'industriels européens parmi lesquels le Wellcome Trust Sanger Institute (Royaume-Uni), le Centre national français de séquençage ou The European Molecular Biology Laboratory. Son budget s'élève à 20 millions d'euros pour quatre ans avec une contribution de la Commission européenne de 11,4 millions d'euros. MetaHIT s'inscrit dans un cadre plus général qui rassemblera des partenaires internationaux, américains et chinois notamment.

On désigne par métagénome l'ensemble de tous les gènes des espèces bactériennes vivant en symbiose avec l'homme (ou avec tout autre type d'animal d'ailleurs), dans son tube digestif mais aussi à la surface de sa peau ou dans divers orifices naturels. Il s’agit d’un monde encore pratiquement inconnu, d'une grande complexité et d'une dimension bien supérieure à celle du génome humain. Le projet, via le séquençage, a pour objet de caractériser les fonctions de ces génomes et d'analyser les interactions qui existent entre eux et la physiologie humaine. Il pourrait ouvrir de nombreuses perspectives d'applications industrielles et médicales.

Comme pour le séquençage du génome humain, les données brutes issues de MetaHIT seront mises gracieusement à la disposition de la communauté scientifique. En revanche, dès que des travaux apporteront une valeur ajoutée sur la fonction de telle ou telle séquence bactérienne, une protection par brevet de la propriété intellectuelle pourra être obtenue.

Ces bactéries, au nombre d’un millier d’espèces, vivant en symbiose avec l’homme, ont des fonctions indispensables à la santé. Elles synthétisent des vitamines, contribuent à la dégradation de certains composés inassimilables sans elles et jouent un grand rôle dans les fonctions immunitaire. Elles protègent contre les bactéries pathogènes en interaction avec les cellules épithéliales intestinales.

Seule une toute petite fraction de cette population est cultivable en laboratoire grâce aux techniques de la bactériologie classique. Pour l'essentiel des bactéries, on ne sait pratiquement rien. Les responsables de MetaHIT estiment qu'ils pourront rapidement explorer cet univers grâce à la métagénomique. La métagénomique constitue une nouvelle approche permettant d'analyser directement les génomes de tous les micro-organismes vivant au sein d'une niche écologique et qui ne peuvent pas être cultivés. Après extraction de la population microbienne de sa niche, l'ADN est purifié avant d'être séquencé par des méthodes à haut débit. L'analyse informatique de la séquence devrait ensuite permettre d'identifier les fonctions des gènes bactériens puis d'explorer les interactions, normales ou pathologiques entre la flore et l'hôte.

Vu les ambitions d’un tel projet et ses retombées probables, on regrettera que le budget consacré soit si faible. De ce fait, les suites susceptibles de lui être apportées, qui lui donneraient toute sa valeur et qu’il serait bon de prévoir dès maintenant, restent pour le moment dans le flou.

Pour en savoir plus
Voir le site web officiel de ce projet: www.metahit.eu
Voir aussi le communiqué de presse
http://www.inra.fr/presse/sequencage_flore_intestinale_humaine_lancement_metahit


Des robots anesthésistes d'ici 5 ans dans les blocs opératoires...
11 avril 2008, par Christophe Jacquemin

Prototype de robot anesthésiste - Photo : D.R.Un robot anesthésiste est en phase de test au bloc opératoire. En présence des anesthésistes et sous leur contrôle, cette machine pilote et contrôle automatiquement la profondeur de l'endormissement et le réveil du patient, ainsi que la lutte contre la douleur pendant l'opération.

Déjà testé sur plus de 200 patients en France et en Europe, ce prototype a été développé par le professeur Marc Fischler, chef du service d'anesthésie-réanimation de l'hôpital Foch de Suresne, avec les docteurs Thierry Chazot et Ngai Liu, grâce au financement de cet hôpital privé à but non lucratif. "Il fallait enfin pouvoir mesurer directement sur le cerveau la profondeur réelle d'une anesthésie, et plus seulement avec les signes cliniques indirects classiques", explique Marc Fischler. En effet, avec les méthodes classiques, encore trop de patients sont capables - à la suite d'un dosage insuffisant - de raconter toute l'opération et les dialogues tenus pendant celle-ci(1). Mais plus grave, à l'inverse, une anesthésie trop profonde - dose de produit trop importante - s'associe statistiquement à une surmortalité à un an. Et ce nouveau système vise à pallier ces handicaps. Par ailleurs, "ce pilotage automatique libère d'une tâche, et le professionnel peut alors mieux se consacrer à la surveillance du malade qui est extrêmement importante", complète le Dr Fischler

Outre l'hôpital Foch, ce programme de recherche biomédicale intéresse les hôpitaux Beaujon, Cochin, la Pitié-Salpêtrière, les CHU d'Angers, Tours, Besançon, cliniques à Bordeaux et Amiens, hôpitaux généraux à Argenteuil et Dreux, ainsi que des centres anticancéreux (Marseille, Saint-Cloud, Toulon) et d'autres centres (Nouméa, Berlin et Bruxelles).

Si pour l'instant, il ne s'agit que d'un prototype, nulle doute pour les spécialistes que, d'ici 5 ans, ce type de robot sera monnaie courante dans tous les blocs opératoires.

(1) Ce qui a pu par exemple donner des procès aux Etats-Unis.

 

Présentation du système

Si le concept de robot anesthésiste a été inventé aux Etats-Unis l'équipe du professeur Fischler l'a développé par des travaux initiés depuis 4 ans, en y apportant notamment des avancées logicielles, travail menant alors à un automate informatique qui endort et réveille le malade sans intervention humaine. Le protoype doit à ce jour toujours être vu comme outil de recherche.

Avec les avancées enregistrées, l'équipe française est la seule au monde à pratiquer le début d'une anesthésie (l'induction) avec ce système, en plus de son maintien au cours de l'opération. Elle est aussi la seule à l'utiliser pour délivrer automatiquement les morphiniques en plus des hypnotiques. De plus, des malades de toutes gravités peuvent bénéficier du système, même pour des opérations longues pouvant durer jusqu'à 14 heures.

Le système comprend un moniteur bispectral qui analyse la profondeur de l'anesthésie à partir de l'enregistrement de l'activité électrique du cerveau (électroencéphalogramme). Une électrode placée sur le front du malade capte les ondes complexes produites par l'encéphale : ondes rapides de l'éveil, envahissement d'ondes lentes du sommeil, suppression des pics du sommeil profond... A partir des fréquences présentes, et via un algorithme, l'appareil calculer alors un index bispectral, nombre sans dimension appelé BIS, allant de 0 à 100. 100 correspond à l'éveil conscient ; zéro témoigne de l'absence totale d'activité cérébrale.
Les données sont envoyées à un ordinateur portable qui commande automatiquement des seringues électriques contenant l'une du Propofol (un hypnotique d'action courte), l'autre du Rémifentanil (un morphinique rapide),
ceci étant effectué sous contrôle permanent des médecins anesthésistes. Parallèlement, un capteur d'activité musculaire spontanée (EMG) affiche une "descente" au fur et à mesure que la seringue électrique injecte le curare paralysant les muscles. Lorsque le malade est totalement relaxé, l'anesthésiste peut introduire dans les voies aériennes supérieures du malade un tube. Il sera branché sur le ventilateur qui va assurer la respiration artificielle pendant l'opération.

La séquence est lancée par le médecin d'un clic de souris informatique. Le tracé EEG rejoint sur l'écran la fourchette désirée, la vitesse de débit et la dose de médicaments s'affichent. Plus la dose d'anesthésique utilisée est forte, plus le malade est endormi profondément, et plus le BIS descend(1).
Selon le professeur Fischler, pour la chirurgie,"une anesthésie générale bien conduite réclame un BIS situé entre 40 et 60".

(1) Un BIS bas témoigne d'une dose forte. Il peut servir d'alerte et descendre encore si quelque chose ne va pas bien (accident vasculaire par exemple). Ceci permet d'apprécier le bien être cérébral ou au contraire de signaler un mal être majeur.

 


Réaliser des nanopuces à l'aide de... protéines
21 mars 2008 - par Christophe Jacquemin

Au côté des universités de Tohoku et de Osaka, du Tokyo Institute of Technology et de l'Advanced Institute of Science and Technologies de Nara, Matsushita Denki (Panasonic) vient d'annoncer le 21 mars la mise au point d'une nouvelle technologie de réalisation de cellules mémoire utilisant une protéine animale, la ferritine.
En utilisant cette protéine qui a la propriété de s'auto-organiser, il est possbile de façonner des structures à l'échelle nanométrique, plus simplement qu'avec les technologies lithographiques traditionnelles. Et selon les chercheurs, ceci devrait permettre de développer une puce de la taille d'un timbre et qui aurait une mémoire de 1 Téraoctet.

 


La méthode utilisée

Repésentation de la ferritineLa ferritine est une protéine creuse qui dans le métabolisme des animaux sert à stocker le fer. Elle peut également renfermer de nombreux autres composés inorganiques dans sa cavité, d'un diamètre de 7 nanomètres(1)/, pour une taille de la protéine de 12 nm.

Très difficile à synthétiser artificiellement, elle est actuellement extraite in vivo à partir d'Escherichia coli.

La ferritine est alors lavée à l'eau pour réduire au minimum la concentration de cations (<0,150 ppm), qui pourraient être nuisibles au bon fonctionnement des mémoires. Elle est ensuite plongée dans une solution de composés métalliques (oxyde de fer, oxyde de cobalt, oxyde de zinc, sulfite d'or...), incorporant alors ces derniers dans sa cavité.

Pour que les protéines puissent se fixer sur le substrat de silicium, on y trace d'abord un motif d'agencement au titane, par procédé lithographique. La ferritine, à laquelle on a greffé une chaîne moléculaire qui ne se fixe que sur le titane, va donc s'arranger de manière automatique le long des motifs.

Il ne reste plus ensuite qu'à éliminer la ferritine et de conférer les propriétés électriques au système.
Pour cela, une couche d'oxyde de silicium est déposée sur l'ensemble. Et par chauffage à 500°C, les protéines sont dissoutes et l'oxyde métallique est réduit.
Le système est finalement composé d'îlots métalliques de 7 nm de diamètre, régulièrement espacés le long des motifs, noyés dans une couche de SiO2.

(1) 1nm = un milliardième de mètre.

 

Les tests réalisés ont prouvé que ce dispositif pouvait effectivement servir de mémoire et que mis en application, il permettrait de créer des mémoires 30 fois plus denses que celles actuelles et ceci à un coût plus faible.

Panasonic espère une mise sur le marché dans 5 ans. Ceci devrait permettre de développer une puce de la taille d'un timbre et qui aurait une mémoire de 1 Téraoctet.

Pour en savoir plus :
Communiqué de presse de Matsushita Denki (japonais):
http://redirectix.bulletins-electroniques.com/CNugd

Nikkei Net ( en anglais):
http://www.nni.nikkei.co.jp/AC/TNKS/Nni20080320D20JFA08.htm


L’Europe au seuil des missions spatiales habitées
9 mars 2008 - par Jean-Paul Baquiast



Démentant tous ceux qui expliquent que les missions spatiales habitées n’ont aucun intérêt pour l’Europe et sont de toutes façons hors de portée, le lancement réussi de l’ATV (Automated Transfer Vehicle) le 9 mars montre que les Européens pourraient se lancer sans attendre dans la programmation de telles missions. Il y a un mois, une navette américaine amarrait à la plateforme spatiale internationale ISS le laboratoire Columbus et y débarquait 2 européens pour un séjour de quelques semaines. Aujourd’hui, l’Esa montre qu’elle dispose maintenant des principaux éléments permettant des vols orbitaux européens, eux-mêmes préfigurant des missions lunaires. Outre l’Ariane 5 et l’ATV, qui pourrait donner naissance à un module habité, la base de Kourou a démontré une fois de plus son intérêt stratégique.

L'ATV dont le premier exemplaire a été baptisé Jules Verne, est un véhicule de 20 tonnes destiné à ravitailler l'ISS en eau, ergols, vivres et matériel scientifique, et à rehausser son orbite. Chargé ensuite des déchets de la Station, il sera à la fin de sa mission de six mois précipité dans l'atmosphère, où il se désintégrera. Il s'agit du plus important et du plus complexe des programmes réalisés par l'Esa. L’ATV, construit par Astrium Space Transportation, est un cylindre de 10,3 m de long et 4,5 m de diamètre capable d'emporter neuf tonnes de cargaison, soit trois fois plus que les actuels ravitailleurs russes Progress.

Si la mission se termine comme prévu, il va aussi permettre à l'Europe d'effectuer pour la première fois un rendez-vous spatial automatisé, avec un amarrage à l'ISS le 3 avril sans intervention humaine : un banc d'essai pour de futurs vols spatiaux humains et pour des missions de retour d'échantillons de Mars, selon Jean-Jacques Dordain, directeur général de l’Esa.

Dans l’immédiat, l'avenir des vols habités européens est conforté jusqu'à la fin de l'exploitation de l'ISS, avant 2020, puisque l’accès à l’ISS pourra se passer de la navette américaine, en fin d’exploitation. Le spationaute français Léopold Eyharts installe actuellement le laboratoire Columbus, où commenceront les expérimentations dans les mois qui viennent. Certains doutent de l’intérêt de telles expériences, mais la question n’est pas là. Aujourd’hui comme plus tard, vivre et travailler en microgravité représente un enjeu humain et scientifique certain.

Dans les prochaines années, on verra les Chinois, les Indiens et peut-être d’autres (sans mentionner les Américains pour qui l’espace doit rester un terrain de manoeuvre exclusif) multiplier les vols orbitaux habités autour de la Terre d’abord, de la Lune ensuite. Le débarquement d’équipages, précédés de robots, sur notre satellite, est également prévu à relativement brève échéance. Que l’on ne dise pas que ceci ne représentera pas d’intérêt pour les Etats qui lanceront de telles missions. Aurait-on envisagé, au début de l’aviation, de se limiter à faire voler des prototypes guidés par des ficelles ?

Pour François Auque, PDG d'Astrium, "Il faut trouver des motivations pour relancer les dépenses en faveur de l'espace, et une des meilleures, ce sont les vols habités". Pour Yannick d'Escatha, président du Cnes, l'avenir des vols habités ne fait aucun doute : "L'Homme a exploré, explore, et explorera le milieu qui est le sien, et aujourd'hui, l'espace est son milieu".

Il serait temps que les gouvernants européens s’en avisent.


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