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Cryogénisation d'un animal : une première chez la drosophile

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Une équipe de chercheurs tchèques a partiellement congelé des larves de drosophiles tropicales avant de les ramener à la vie. Deux ingrédients sont nécessaires : une alimentation enrichie en proline et une période d'acclimatation au froid. Outre les voyages spatiaux, le monde médical pourrait profiter de cette découverte.

Des grenouilles sont capables d'accumuler du glycérol durant l'automne. Il servira d'antigel en hiver. Grâce à cette substance, certaines grenouilles peuvent en effet résister jusqu'à 3 jours à des températures de -8 °C. © Doug Adama

Lors de sa congélation, l'eau forme des cristaux pouvant causer de nombreux dégâts à l'intérieur des cellules de l'organisme, par l'augmentation de volume due à la prise en glace et par celle des concentrations dans les fractions restant liquides. Des espèces animales se sont adaptées à ce problème. Elles peuvent par exemple produire et stocker de l'antigel dont l'un des constituants principal est le glycérol, d'ailleurs utilisé en laboratoire comme cryoconservateur pour protéger des cellules vivantes avant congélation. La chenille de la tordeuse de la verge d'or peut ainsi résister à des températures allant jusqu'à -38 °C sans geler.

D'autres espèces produisent des protéines antigel qui vont se fixer aux cristaux naissant, les empêchant ainsi de croître. L'animal contient donc de la glace, mais qui ne cause pas de dommage. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, la liste des organismes résistants au gel est courte. Tous les mécanismes en jeu ne sont pas encore compris tant ils peuvent être complexes.

Dans ce contexte, des chercheurs de l'académie des sciences de la République tchèque, menés par Vladimír Koštál, sont parvenus à congeler partiellement des larves de drosophile (Drosophila melanogaster) à -5 °C avant de les faire revenir à la vie. Après cette cryogénisation, non seulement elles poursuivent leur développement, mais certaines d'entre elles ont donné naissance à une descendance viable. Cette expérience est présentée dans la revue Pnas.

Survivre à un bain d’azote liquide

Drosophila melanogaster est une mouche tropicale ou subtropicale sensible au froid. Les organismes immatures cessent de se développer en dessous de 10 °C. Des lésions apparaissent sous 6 °C et l'animal meurt en quelques heures à -5 °C. Mais comment ont-elles fait pour survivre à une congélation ?

Drosophila melanogaster, également appelée mouche du vinaigre, est l'espèce de drosophiles la plus utilisée lors des études génétiques car elle est facile à élever. De plus, ces mouches n'ont que 4 paires de chromosomes. Des chercheurs proposent déjà de les congeler pour éviter d'avoir à les élever tant qu'il ne faut pas en produire de nouvelles. © André Karwath, Wikimedia commons, CC by-sa 2.5

Chymomyza costata est une autre espèce de drosophile vivant en Arctique. Elle est capable de survivre à un bain d'azote liquide (-196 °C). Cette caractéristique serait liée à l'accumulation dans les tissus d'un acide aminé, la L-prolineAvant leur congélation, des larves de Drosophila melanogaster ont donc été nourries avec une alimentation pouvant être soit normale, soit enrichie en proline ou enfin enrichie en proline et en glycérol.

Ces lots ont été divisés en deux groupes. Le premier a été congelé en partant d'une température de 15 °C. L'autre est passé par une période d'acclimatation dans le noir à des températures oscillant entre 6 et 11 °C afin de provoquer la dormance des larves. Ces larves ont ensuite été congelées à -5 °C durant 75 minutes (comme leurs congénères) avant d'être ramenées progressivement à 18 °C. Des mesures ont montré qu'environ 50 % de l'eau contenue dans les mouches s'était cristalisée durant l'expérience.

La solution miracle : la proline

Aucune larve n'a survécu sans régime alimentaire spécifique et sans acclimatation. La dormance seule a augmenté le taux de survie de 6 %. Un régime enrichi en proline, mais sans acclimatation, a quant à lui permis à 23 % des larves de survivre. Mieux encore, environ 61 % des larves placées en dormance et qui avaient précédemment accumulé de la proline, ont repris vie. Neuf pour cent d'entre elles ont su poursuivre leur développement jusqu'au stade adulte. L'ajout de glycérol n'a pas changé les résultats.

La proline serait donc un agent cryoprotecteur efficace, du moins pour les mouches. Les auteurs avancent trois raisons testées durant l'étude : elle pénètre facilement dans les tissus, elle dépend d'enzymes spécifiques et son accumulation ne provoque pas de problèmes osmotiques.

Avoir une acclimatation progressive au froid et une nourriture enrichie en proline seraient donc deux conditions importantes pour survivre à la cryopréservation. Des applications médicales pourraient être développées à partir de ces résultats, notamment pour augmenter la durée de vie des organes en cours de greffe.

Peut-être allons-nous bientôt parvenir à faire hiberner l'Homme pour lui permettre d'effectuer de long voyages spatiaux. Qui sait...

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