Traqueur Stellaire

Distancé par son concurrent Mitt Romney, le candidat républicain Newt Gingrich multiplie les effets d’annonce pour sauver sa campagne. Au point de carrément promettre aux américains l’installation d’une base permanente sur la Lune d’ici 2020 !

Ce n’est pas la première fois qu’un candidat lance l’idée d’un retour vers la Lune. Et le Président George W. Bush l’avait lui aussi évoqué en son temps. Mais la situation économique des Etats-Unis et le retrait des navettes spatiales ont forcé le Président Barack Obama à revoir à la baisse les objectifs de la NASA, misant plutôt sur l’aide du secteur spatial privé afin de proposer de nouveaux vaisseaux habités et de progressivement envisager une mission spatiale humaine vers Mars pour l’horizon 2030.

Seulement voilà, promettre la Lune a son petit quelque chose de Kennedy, et pour un candidat distancé comme Newt Gingrich, l’annonce donne plutôt des ailes. D’autant plus qu’après son succès électoral en Caroline du Sud, Gringrich est passé du rang de « politiquement mort » à celui « d’étoile montante ». De quoi envisager un programme spatial ambitieux, non ?

Mais laissons là les déclarations tonitruantes aux candidats républicains. D’ailleurs, eux-même sont passés à autre chose et les deux favoris s’étrillent désormais sur l’épineuse question de l’immigration. Revenons plutôt à l’idée d’une base permanente sur la Lune. La NASA n’a pas attendu la venue d’un candidat républicain en mal de reconnaissance pour s’intéresser à la question, et prévoyait déjà d’installer le premier avant-poste lunaire à la suite du programme Apollo. Pourquoi s’installer sur la Lune ? Outre le défi humain et technologique, trois arguments de poids reviennent fréquemment : la Lune serait le premier pas vers Mars ; l’installation d’observatoires astronomiques notamment sur sa face cachée révolutionnerait la science ; l’exploitation de l’hélium-3 représenterait une source d’énergie exportable sur Terre. En tout, la NASA affiche 181 bonnes raisons de retourner sur la Lune.

De quoi rêver, même si deux obstacles majeurs s’opposent à un tel objectif. Tout d’abord, la technologie est-elle encore disponible ? La NASA avoue du bout des lèvres avoir quelques difficultés avec son programme de retour habité vers la Lune, et la création d’une base permanente nécessite l’envoi d’un mécano géant plus complexe et plus difficile à installer que l’ISS. Le programme de Gringrich, qui se cale sur celui de G.W. Bush, est bien trop ambitieux en si peu de temps. Les échéances ne pourraient certainement pas être tenues par la NASA… D’autant plus qu’à l’obstacle technique se rajoute le coût financier, astronomique, de l’installation puis de l’entretien d’une telle base lunaire. A moins de ne trouver un moyen d’amortir au plus vite les coûts, le projet ne décollera jamais. Certains parlent déjà de tourisme spatial, même si la solution peut laisser sceptique. L’investissement lunaire sera certainement amorti par les bénéfices considérables qu’un secteur minier et touristique pourront dégager, mais le délais avant de devenir rentable reste considérable. Et en cette période de repli économique, investir sans limites pour penser à l’après-lendemain n’est pas à l’ordre du jour.

Une maquette d'une future base lunaire projetée par la société privée Bigelow Aerospace

Vous souvenez-vous de l’annonce fracassante d’une forme de vie bactérienne capable de substituer le phosphore par l’arsenic dans ses biomolécules? L’étude réalisée par la NASA (Wolfe-Simon et al., 2010), qui avait fait l’objet d’une vive polémique après sa parution, sera peut-être au final bonne à jeter aux orties.

En effet, la microbiologiste et blogueuse Rosie Redfield (Université de Colombie Britannique, Vancouver) a mené avec ses collaborateurs une contre-étude complète sur ces fameuses bactéries GFAJ-1 prélevées par Wolfe-Simon dans le lac Mono, en Californie. Et d’après les premiers résultats qui ont filtré, il s’avère qu’aucune bactérie n’est capable de croître de manière conséquente en absence totale de phosphore. Toute culture microbienne réalisée en présence d’arsenic nécessite un petit apport initial de phosphore pour croître correctement. Marshall L. Reaves, doctorant à l’Université de Princeton (New Jersey) et collaborateur de Rosie Redfield, s’est pour sa part intéressé à la composition chimique de l’ADN de ces bactéries cultivées en présence d’arsenic, autre point de controverse. Et contrairement à l’étude de la NASA, il n’a pas trouvé la moindre trace d’arsenic dans leur ADN.

Quelles réponses donneront les défenseurs de Wolfe-Simon à cette contre-étude ? Certainement considèreront-ils que ces résultats négatifs sont dus à la présence de phosphore dans le milieu de culture. Wolfe-Simon et ses collaborateurs avaient quant à eux annoncé une culture réussie de la bactérie en présence seule d’arsenic. Ce genre de réponse serait plutôt malhonnête, puisque la plupart des critiques postées suite à la publication de l’article de la NASA pointaient du doigt une possible carence en phosphore incomplète des bactéries ! Au contraire, les résultats de Redfield et de ses collaborateurs tendent plutôt à démontrer que GFAJ-1 est arsenic-tolérante, mais en aucun cas capable de se passer totalement de phosphore !

Autre point critiquable, l’empoisonnement à l’arsenic se manifeste biochimiquement par une substitution du phosphate de l’ATP avec cet atome (formation d’adenosine-5’-diphosphate-arsenate). Il est donc étonnant qu’aucun de ces nucléotides ne présente d’arsenate dans les travaux de Redfield et Reaves. Est-ce un point critiquable ? Pas si sûr. Lors de l’incorporation de l’arsenic dans les nucléotides, il se produit la réaction biochimique suivante : ADP (adénosine diphosphate) + Arsenate = Adenosine-diphosphate-Arsenate (Gresser, 1981). Or lors de la réplication de l’ADN, le nucléoside triphosphate (adénosine triphosphate ou autre) réagit avec l’extrémité 3′ -OH d’un brin d’ADN pour s’y fixer directement par le phosphore accolé au nucléoside. Les deux autres phosphates sont alors éjectés sous la forme PPi (pyrophosphate inorganique). Or, dans le cas de l’adenosine-P-P-As, c’est le motif -P-As qui va être éjecté ! Dans ces conditions, l’arsenic ne sera incorporée dans l’ADN qu’à condition que la bactérie puisse croître uniquement en présence d’arsenic et sur plusieurs générations (pour « diluer » significativement le phosphore déjà métabolisé dans les nucléotides avec un pool conséquent d’arsenic…). Or Redfield et ses collaborateurs ont montré que la bactérie GFAJ-1 ne pouvait quasiment pas croître uniquement en présence d’arsenic !

Le mystère des brins d’ADN incorporant de l’arsenic reste une énigme de l’étude de Wolfe-Simon et al. Comment justifier son absence même fortuite dans les résultats de Reaves ? Il reste cependant difficile de prouver qu’aucun atome d’arsenic n’ait été assimilé dans l’ADN de GFAJ-1, et les résultats de Reaves et de Redfield ne permettent pas de le conclure avec une totale certitude. Cependant, Wolfe-Simon émet l’hypothèse que les brins d’ADN présentant de l’arsenic pourraient être moins stables, et que leur séparation par centrifugation sur un gradient de chlorure de césium les renverrait à des bandes de très petit poids moléculaire difficilement discernables. Or Reaves ne s’est pas contenté d’analyser en spectrométrie de masse les bandes d’ADN les plus nettement séparées par centrifugation, il s’est appliqué à analyser tout l’ADN purifié sur gradient CsCl. Mieux encore, Redfield a comparé les tailles des brins d’ADN de bactéries cultivées avec ou sans arsenic après centrifugation sur gradient CsCl, et n’ a trouvé aucune différence. Pour Redfield, l’erreur expérimentale est à exclure et il faut mieux parier que l’ADN à l’arsenic soit moins stable et éliminée par les bactéries. L’équipe de Rosie Redfield vient donc de marquer un point dans cette polémique. Attendons cependant la réponse de la défense avant d’enterrer définitivement la bactérie à l’arsenic. Mais au vu de ces nouveaux résultats, la NASA va devoir ramer pour sauver son étude…

La bactérie GFAJ-1 qui se prenait pour un alien. Crédits : Wolfe-Simon et al., 2010 / Science

Et si les premières formes de Vie étaient apparues sur Terre avec un tout autre support d’information génétique ? La question n’est pas si nouvelle que cela, et de nombreux chercheurs se sont déjà interrogés sur de possibles mondes pré-ADN. L’une des hypothèses la plus aboutie concerne notamment le fameux monde ARN, ou encore les premiers biosystèmes autoréplicatifs. Mais quid d’une première biochimie basée sur d’autres acides nucléiques ?

Prenez l’ADN et l’ARN, les deux molécules servant de support à l’information génétique chez les organismes vivants actuels. Tous deux présentent le même type de sucre (désoxyribose ou ribose selon le cas) dans leur structure. Mais la nature a-t-elle toujours parié sur ce pentose ? Un article paru dans la revue Nature Chemistry propose une alternative hypothétique à cette règle dogmatique. Des chercheurs américains envisagent une troisième forme potentielle : l’ATN (ou acide thréonucléique), où le thréose remplacerait le (désoxy)ribose dans les nucléotides. Selon John Chaput de l’Université d’Arizona, cette forme présente un très gros avantage : elle est chimiquement plus facile à former.

Chaput et ses collaborateurs sont même allés plus loin. A partir d’une molécule d’ATN synthétisée en laboratoire, ils sont parvenus à induire une reconnaissance spécifique entre leur brin d’ATN et une protéine native (de la thrombine humaine). Les chercheurs en déduisent que l’ATN aurait donc très bien pu être impliquée dans un système d’information génétique ancestral. Il ne reste plus qu’à s’imaginer un génome fonctionnel entièrement constitué à partir d’ATN.

L’ATN a-t-elle précédé l’ADN et l’ARN au cours de l’évolution ? Rien n’est aussi sûr pour le moment. Tout au plus peut-on envisager que l’ATN a pu être expérimenté par la nature, comme bon nombre d’autres nucléotides alternatifs. Il est même possible que des constructions hybrides aient pu exister, comme l’ont suggéré Yu, Zhang et Chaput en testant une structure mosaïque nucléotidique mi-ARN, mi-ADN. Cependant, il existe quelques obstacles pour valider l’existence passée d’ATN : son absence actuelle dans le Règne du Vivant, alors qu’il existe encore des virus à ARN. Une théorie du « TNA Park » verra-t-elle le jour ? Affaire à suivre…

La molécule d'ATN (Yu et al., 2012).

Sources : Yu H.; Zhang S.; Chaput J.C. (2012). Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor. Nature Chemistry doi:10.1038/nchem.1241.

Les expositions accidentelles à des sources radioactives font partie des accidents civils ou militaires les plus difficiles à traiter médicalement. Regroupés sous l’étiquette de syndromes d’irradiation aiguë, ces symptômes se manifestent suite à une exposition ponctuelle mais importante de rayonnements ionisants (rayons X, rayonnements alpha, béta ou gamma, rayons à neutrons). Malheureusement décrits à plusieurs reprises durant les 60 dernières années d’incidents nucléaires, ces symptômes se manifestent en deux phases. La première, non létale, débute après l’exposition et ne dure que quelques heures à quelques jours. Elle se manifeste par des diarrhées, nausées, vomissements, perte d’appétit, et réactions cutanées. Le patient présente ensuite une période de rémission, ou walking ghost phase, durant laquelle il semble tiré d’affaire. Plus l’exposition est sévère, plus cet entracte est court. Car la seconde phase, potentiellement létale, se manifeste ensuite par différents troubles majeurs : problèmes hématopoïétiques (perte des cellules sanguines), immunodépression, dégénérescences et nécroses dermiques, faiblesses respiratoires, hémorragies, dysfonctionnements cérébro-vasculaires, gastro-intestinaux ou encore pulmonaires.

Les premiers cas de syndromes d’irradiation aiguë furent rapportés lors des tristement célèbres bombardements atomiques d’Hiroshima et de Nagasaki. Depuis cette époque, la médecine s’avère toujours impuissante pour traiter les malheureuses personnes exposées à d’aussi fortes doses de radiations. Le problème se pose également lors de traitements médicaux par rayonnements, où les patients peuvent voir leur état se compliquer en raison des effets secondaires liés aux expositions thérapeutiques. Un espoir semble cependant émerger de la recherche biomédicale. Selon des chercheurs américains, les effets d’une irradiation accidentelle pourraient être amoindris par l’apport massif d’une protéine, la BPI, et de l’associer à une antibiothérapie. Le cocktail thérapeutique vise avant tout à réduire les proliférations d’endobactéries toxiques, favorisées par l’effondrement rapide de la barrière immunitaire. Pour le moment, les chercheurs à l’origine de cette étude n’ont traité que des souris irradiées en laboratoire. Mais la méthode pourrait également porter ses fruits chez des humains exposés à des rayonnements ionisants, comme lors des catastrophes nucléaires de Tchernobyl ou de Fukushima.

La BPI (Bactericidal/Permeability Increasing protein) est exprimée notamment dans les granulocytes neutrophiles (les plus abondants globules blancs). Ses teneurs ainsi que la présence de neutrophiles diminuent fortement suite à l’exposition d’un organisme aux rayons irradiants. Partant de ce constat, Eva Guinan et son équipe du Dana-Farber Cancer Institute (Boston) proposent d’apporter aux victimes de la BPI sous forme de médicament. Des souris irradiées (dose de 7 Gy) augmentent ainsi leur taux de survie de 70% lorsqu’elles sont traitées avec de la BPI associée à un antibiotique, la fluoroquinolone. Les chercheurs ont également mis en évidence que ce cocktail thérapeutique permet de générer de nouvelles cellules sanguines, même lorsque le traitement est administré 24 heures après exposition. Dans le film Le jour d’après, des séquences choc décrivent avec un réalisme glaçant les différentes phases d’expositions aiguës aux radiations. Un espoir de traitement semble donc apparaître désormais dans la lutte médicale contre les effets létaux à court terme d’une exposition aux rayonnements ionisants, mais aucun traitement ne semble encore émerger quant à la prévention des effets à long terme où à de plus fortes doses d’exposition.

Sources : Guinan et al. (2011). Bactericidal/Permeability-Increasing Protein (rBPI21) and Fluoroquinolone Mitigate Radiation-Induced Bone Marrow Aplasia and Death. Sci Transl Med, 110(3), 110-118.

 Sasha Mehlhase, un physicien en post-doc à l’Université de Copenhague, est vraiment un passionné. En collaboration avec le Niels Bohr Institute, il a développé un projet pédagogique un peu fou : réaliser une maquette du détecteur ATLAS du LHC à partir de briques Lego. Son projet est plutôt impressionnant, jugez plutôt :

• La maquette compte 9500 pieces.
• L’échelle est de l’ordre du 1:50 (taille d’un bonhomme Légo).
• Les dimensions sont de 1 m x 0.5 m x 0.5 m.
• Le materiel lui a coûté 2000 euros (payés par le Niels Bohr Institute).
• Le temps de construction est de 33 heures. Il lui a fallu 48 heures pour bâtir le modèle en 3D.

Le réel détecteur ATLAS mesure 44 mètres de long pour 22 mètres de large, et pèse 7000 tonnes. Mehlhase souhaite promouvoir son modèle réduit, bien plus facile à installer chez soi que l’original, comme outil pédagogique. Il a d’ailleurs contacté la société Lego pour leur proposer de rajouter son kit à leur catalogue. Ainsi, les écoles et groupes d’animation scientifique disposeraient d’un modèle réduit geek et ludique pour vulgariser la physique des particules !

(c) Sasha Mehlhase