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Remplacement de l'ADN : nouvelle espèce

Remplacement de l'ADN : nouvelle espèce


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C'est une question hypothétique

Que se passerait-il si l'ADN d'un procaryote était remplacé par celui d'un procaryote d'une autre espèce, les structures cellulaires changeraient-elles et s'adapteraient-elles au nouvel ADN et la cellule survivrait-elle ?

(Le résultat serait-il similaire si nous faisions la même chose avec deux zygotes eucaryotes d'espèces différentes ?)


Une telle transplantation de génome a été réalisée entre deux espèces de Mycoplasma à l'institut Craig Venter. Transplantation de génome chez des bactéries : changer une espèce en une autre. Ils ont découvert que le génome du donneur modifie complètement la cellule receveuse pour accepter l'identité de la cellule donneuse d'origine.

Attention: l'expérience ci-dessus a été menée entre deux espèces très similaires, et pour l'instant, on ne sait pas ce qui se passera si l'échange est effectué entre deux espèces de bactéries éloignées.

En ce qui concerne les eucaryotes, les greffes peuvent ne pas être viables du tout, car l'ADN nu va manquer d'informations épigénétiques (modifications des histones, méthylation de l'ADN) prédéfinies lors de la gamétogenèse.


Un ancien ADN de cheval révèle le flux génétique entre les chevaux nord-américains et eurasiens

Une nouvelle étude de l'ADN ancien de fossiles de chevaux trouvés en Amérique du Nord et en Eurasie montre que les populations de chevaux sur les deux continents sont restées connectées par le pont terrestre de Bering, se déplaçant dans les deux sens et se reproduisant plusieurs fois sur des centaines de milliers d'années.

Les nouvelles découvertes démontrent la continuité génétique entre les chevaux morts en Amérique du Nord à la fin de la dernière période glaciaire et les chevaux qui ont finalement été domestiqués en Eurasie puis réintroduits en Amérique du Nord par les Européens. L'étude a été acceptée pour publication dans la revue Écologie moléculaire et est actuellement disponible en ligne.

La paléontologue Aisling Farrell tient un membre de cheval congelé momifié récupéré dans une mine d'or placérien dans les champs aurifères du Klondike, dans le Territoire du Yukon, au Canada. L'ADN ancien récupéré à partir de fossiles de chevaux révèle un flux de gènes entre les populations de chevaux en Amérique du Nord et en Eurasie. Crédit : Gouvernement du Yukon

"Les résultats de cet article montrent que l'ADN circulait facilement entre l'Asie et l'Amérique du Nord pendant les périodes glaciaires, maintenant la connectivité physique et évolutive entre les populations de chevaux à travers l'hémisphère nord", a déclaré l'auteur correspondant Beth Shapiro, professeur d'écologie et de biologie évolutive. à UC Santa Cruz et un chercheur du Howard Hughes Medical Institute.

L'étude met en évidence l'importance du pont terrestre de Bering en tant que corridor écologique pour le mouvement des grands animaux entre les continents pendant le Pléistocène, lorsque des calottes glaciaires massives se sont formées pendant les périodes glaciaires. Des niveaux de la mer considérablement plus bas ont découvert une vaste zone terrestre connue sous le nom de Béringie, s'étendant de la rivière Lena en Russie au fleuve MacKenzie au Canada, avec de vastes prairies abritant des populations de chevaux, de mammouths, de bisons et d'autres faunes du Pléistocène.

Les paléontologues savent depuis longtemps que les chevaux ont évolué et se sont diversifiés en Amérique du Nord. Une lignée de chevaux, connue sous le nom de chevaux cabalins (qui comprend les chevaux domestiques) s'est dispersée en Eurasie sur le pont terrestre de Bering il y a environ 1 million d'années, et la population eurasienne a alors commencé à diverger génétiquement des chevaux qui sont restés en Amérique du Nord.

La nouvelle étude montre qu'après la scission, il y a eu au moins deux périodes où les chevaux se sont déplacés entre les continents et se sont croisés, de sorte que les génomes des chevaux nord-américains ont acquis des segments d'ADN eurasien et vice versa.

"Il s'agit du premier aperçu complet de la génétique des anciennes populations de chevaux sur les deux continents", a déclaré la première auteure Alisa Vershinina, chercheuse postdoctorale travaillant au Shapiro's Paleogenomics Laboratory à l'UC Santa Cruz. « Avec les données des génomes mitochondriaux et nucléaires, nous avons pu voir que les chevaux non seulement se dispersaient entre les continents, mais qu'ils se reproduisaient également et échangeaient des gènes.

L'ADN mitochondrial, hérité uniquement de la mère, est utile pour étudier les relations évolutives car il accumule les mutations à un rythme constant. Il est également plus facile à récupérer à partir de fossiles car il s'agit d'un petit génome et il en existe de nombreuses copies dans chaque cellule. Le génome nucléaire porté par les chromosomes, cependant, est une source beaucoup plus riche d'informations évolutives.

Alisa Vershinina travaille dans le laboratoire de paléogénomique de l'UC Santa Cruz où l'ADN ancien est extrait de fossiles pour le séquençage et l'analyse. Crédit : UC Santa Cruz

Les chercheurs ont séquencé 78 nouveaux génomes mitochondriaux d'anciens chevaux trouvés en Eurasie et en Amérique du Nord. En combinant ceux avec 112 génomes mitochondriaux précédemment publiés, les chercheurs ont reconstruit un arbre phylogénétique, un diagramme de branchement montrant comment tous les échantillons étaient liés. Avec un emplacement et une date approximative pour chaque génome, ils pourraient suivre les mouvements de différentes lignées de chevaux anciens.

« Nous avons trouvé des lignées de chevaux eurasiens ici en Amérique du Nord et vice versa, suggérant des mouvements de population transcontinentaux. Avec des génomes mitochondriaux datés, nous pouvons voir quand ce changement de localisation s'est produit », a expliqué Vershinina.

L'analyse a montré deux périodes de dispersion entre les continents, toutes deux coïncidant avec des périodes où le pont terrestre de Béring aurait été ouvert. Au Pléistocène moyen, peu de temps après la divergence des deux lignées, le mouvement était principalement d'est en ouest. Une deuxième période au Pléistocène supérieur a vu un mouvement dans les deux directions, mais principalement d'ouest en est. En raison d'un échantillonnage limité à certaines périodes, les données peuvent ne pas capturer d'autres événements de dispersion, ont déclaré les chercheurs.

L'équipe a également séquencé deux nouveaux génomes nucléaires de fossiles de chevaux bien conservés récupérés dans le territoire du Yukon, au Canada. Ceux-ci ont été combinés avec 7 génomes nucléaires précédemment publiés, permettant aux chercheurs de quantifier la quantité de flux de gènes entre les populations eurasienne et nord-américaine.

"L'opinion habituelle dans le passé était que les chevaux se différenciaient en espèces distinctes dès qu'ils étaient en Asie, mais ces résultats montrent qu'il y avait une continuité entre les populations", a déclaré le co-auteur Ross MacPhee, paléontologue à l'American Museum of Natural. Histoire. "Ils ont pu se croiser librement, et nous en voyons les résultats dans les génomes des fossiles de chaque côté de la ligne de partage."

Les nouvelles découvertes ne manqueront pas d'alimenter la controverse en cours sur la gestion des chevaux sauvages aux États-Unis, descendants des chevaux domestiques apportés par les Européens. Beaucoup de gens considèrent ces chevaux sauvages comme une espèce envahissante, tandis que d'autres les considèrent comme faisant partie de la faune indigène de l'Amérique du Nord.

« Les chevaux ont persisté en Amérique du Nord pendant longtemps et ils occupaient une niche écologique ici », a déclaré Vershinina. "Ils se sont éteints il y a environ 11 000 ans, mais ce n'est pas beaucoup de temps en termes d'évolution. Les chevaux sauvages d'Amérique du Nord d'aujourd'hui pourraient être considérés comme réintroduits plutôt qu'envahissants.”

Le coauteur Grant Zazula, paléontologue du gouvernement du Yukon, a déclaré que les nouvelles découvertes aident à recadrer la question de savoir pourquoi les chevaux ont disparu d'Amérique du Nord. "C'était une perte de population régionale plutôt qu'une extinction", a-t-il déclaré. « Nous ne savons toujours pas pourquoi, mais cela nous indique que les conditions en Amérique du Nord étaient radicalement différentes à la fin de la dernière période glaciaire. Si les chevaux n'avaient pas traversé l'Asie, nous les aurions tous perdus dans le monde.

Référence : “Les génomes de chevaux anciens révèlent le moment et l'étendue des dispersions à travers le pont terrestre de Bering” par Alisa O. Vershinina, Peter D. Heintzman, Duane G. Froese, Grant Zazula, Molly Cassatt-Johnstone, Love Dalén, Clio Der Sarkissian, Shelby G. Dunn, Luca Ermini, Cristina Gamba, Pamela Groves, Joshua D. Kapp, Daniel H. Mann, Andaine Seguin-Orlando, John Southon, Mathias Stiller, Matthew J. Wooller, Gennady Baryshnikov, Dmitry Gimranov, Eric Scott , Elizabeth Hall, Susan Hewitson, Irina Kirillova, Pavel Kosintsev, Fedor Shidlovsky, Hao-Wen Tong, Mikhail P. Tiunov, Sergey Vartanyan, Ludovic Orlando, Russell Corbett-Detig, Ross D. MacPhee et Beth Shapiro, 10 mai 2021, Écologie moléculaire.
DOI : 10.1111/mec.15977


Le premier Homo sapiens européen mélangé à des Néandertaliens, selon une étude sur l'ADN

Hajdinjak et al. présentent des données à l'échelle du génome de trois individus datés entre 45 930 et 42 580 ans de la grotte Bacho Kiro, en Bulgarie.

"Les humains modernes sont apparus en Europe il y a au moins 45 000 ans, mais l'étendue de leurs interactions avec les Néandertaliens, qui ont disparu il y a environ 40 000 ans, et leur relation avec l'expansion plus large des humains modernes en dehors de l'Afrique sont mal comprises", a déclaré co- l'auteur principal, le Dr Mateja Hajdinjak, chercheur au Département de génétique évolutive de l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive et de l'Institut Francis Crick, et ses collègues.

"Les analyses des génomes des Néandertaliens et des humains modernes ont montré que le flux de gènes s'est produit entre les deux groupes d'hominidés il y a environ 60 000 à 50 000 ans, probablement dans le sud-ouest de l'Asie."

"Cependant, en raison de la rareté des restes humains modernes d'Eurasie âgés de plus de 40 000 ans, des données à l'échelle du génome ne sont disponibles que pour trois individus de cet âge. On sait donc peu de choses sur la génétique des premiers humains modernes en Eurasie, la mesure dans laquelle ils ont interagi avec les humains archaïques et leur contribution aux populations ultérieures.

Par exemple, alors que l'individu 'Oase1' de 42 000 à 37 000 ans de Roumanie et l'individu 'Ust'Ishim' de 45 000 ans de Sibérie ne présentent pas de relations génétiques spécifiques avec les populations eurasiennes ultérieures, 'Tianyuan' de 40 000 ans « un individu de Chine a contribué à l'ascendance génétique des populations d'Asie de l'Est anciennes et actuelles. »

"Une autre question ouverte est de savoir dans quelle mesure les humains modernes se sont mélangés aux Néandertaliens lorsqu'ils se sont répandus à travers l'Europe et l'Asie."

Sites avec des données pangénomiques humaines modernes de plus de 40 000 ans (cercles rouges) ou de plus de 30 000 ans (cercles jaunes), sites en Europe avec des restes humains modernes de plus de 40 000 ans (carrés rouges) et sites avec des assemblages initiaux du Paléolithique supérieur (noir carrés). Crédit image : Hajdinjak et al., doi: 10.1038/s41586-021-03335-3.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont séquencé les génomes des restes humains modernes datés entre 45 930 et 42 580 ans.

Les spécimens ont été trouvés en association directe avec un assemblage d'artefacts dans la grotte de Bacho Kiro, en Bulgarie.

"Ils sont les premiers humains modernes du Pléistocène supérieur connus pour avoir été récupérés en Europe jusqu'à présent et ont été trouvés en association avec un assemblage d'artefacts du Paléolithique supérieur initial", ont déclaré les scientifiques.

Contrairement à deux individus Oase1 et Ust'Ishim précédemment étudiés qui n'ont pas contribué de manière détectable aux populations ultérieures, les individus Bacho Kiro sont plus étroitement liés aux populations actuelles et anciennes d'Asie de l'Est et des Amériques qu'aux populations d'Eurasie occidentale plus tardives.

De plus, les auteurs ont découvert que les trois individus avaient des ancêtres néandertaliens il y a quelques générations dans leur histoire familiale.

Cela suggère que le mélange entre les Néandertaliens et les premiers humains modernes arrivés en Europe était peut-être plus fréquent qu'on ne le pense souvent.

"Nous avons découvert que les individus de la grotte Bacho Kiro avaient des niveaux d'ascendance néandertaliens plus élevés que presque tous les autres premiers humains, à l'exception de l'individu" Oase1 "de Roumanie", a déclaré le Dr Hajdinjak.

"Ce qui est crucial, c'est que la plupart de cet ADN de Néandertal se présente sous la forme d'étirements extrêmement longs. Cela montre que ces individus avaient des ancêtres néandertaliens il y a cinq à sept générations dans leurs arbres généalogiques. »

« Les résultats suggèrent que les premiers humains modernes arrivés en Eurasie se sont fréquemment mélangés aux Néandertaliens », a ajouté l'auteur principal, le professeur Svante Pääbo, chercheur au Département de génétique évolutive de l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive.

«Ils ont peut-être même été absorbés par les populations résidentes de Néandertal. Ce n'est que plus tard que de plus grands groupes humains modernes sont arrivés et ont remplacé les Néandertaliens. »

Les résultats ont été publiés dans la revue La nature.

M. Hajdinjak et al. 2021. Les premiers humains du Paléolithique supérieur en Europe avaient des ancêtres néandertaliens récents. La nature 592, 253-257 doi : 10.1038/s41586-021-03335-3


Percer les mystères du vieillissement

La réparation de l'ADN est essentielle à la vitalité cellulaire, à la survie cellulaire et à la prévention du cancer, mais la capacité des cellules à réparer l'ADN endommagé diminue avec l'âge pour des raisons encore mal comprises.

Aujourd'hui, des recherches menées par des scientifiques de la Harvard Medical School révèlent une étape critique dans une chaîne moléculaire d'événements qui permet aux cellules de réparer leur ADN brisé.

Les résultats, publiés le 24 mars dans Science, offrent un aperçu critique de comment et pourquoi la capacité du corps à réparer l'ADN diminue au fil du temps et soulignent un rôle jusque-là inconnu pour la molécule de signalisation NAD en tant que régulateur clé des interactions protéine à protéine dans la réparation de l'ADN. Le NAD, identifié il y a un siècle, est déjà connu pour son rôle de contrôleur de l'oxydation qui endommage les cellules.

De plus, des expériences menées sur des souris montrent que le traitement avec le précurseur NAD NMN atténue les dommages à l'ADN liés à l'âge et prévient les dommages à l'ADN dus à l'exposition aux rayonnements.

Les scientifiques mettent en garde contre le fait que les effets de nombreuses substances thérapeutiques sont souvent profondément différents chez les souris et les humains en raison de différences biologiques critiques. Cependant, s'ils sont confirmés dans d'autres études animales et chez l'homme, les résultats peuvent aider à ouvrir la voie à des thérapies qui préviennent les dommages à l'ADN associés au vieillissement et aux traitements contre le cancer qui impliquent une exposition aux rayonnements et certains types de chimiothérapie, qui, en plus de tuer les tumeurs, peuvent causer des dommages considérables. Dommages à l'ADN dans les cellules saines. Les essais humains avec NMN devraient commencer dans les six mois, ont déclaré les chercheurs.

Désarmer un agent malveillant : lorsque la molécule NAD (rouge) se lie à la protéine DBC1 (beige), elle empêche DBC1 de se fixer à une protéine essentielle à la réparation de l'ADN et de l'immobiliser. Image : David Sinclair

"Nos résultats dévoilent un mécanisme clé de la dégénérescence et du vieillissement cellulaires, mais au-delà de cela, ils indiquent une voie thérapeutique pour arrêter et inverser les dommages à l'ADN liés à l'âge et aux radiations", a déclaré l'auteur principal David Sinclair, professeur au département de génétique de l'HMS. , codirecteur du Paul F. Glenn Center for the Biology of Aging et professeur à la faculté de médecine de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney, en Australie.

Une étude précédente menée par Sinclair a montré que le NMN inversait le vieillissement musculaire chez la souris.

Une intrigue avec de nombreux personnages

Les chercheurs ont commencé par examiner un ensemble de protéines et de molécules soupçonnées de jouer un rôle dans le processus de vieillissement cellulaire. Certains d'entre eux étaient des personnages connus, d'autres des figures plus énigmatiques.

Les chercheurs savaient déjà que le NAD, qui diminue régulièrement avec l'âge, augmente l'activité de la protéine SIRT1, qui retarde le vieillissement et prolonge la vie des levures, des mouches et des souris. SIRT1 et PARP1, une protéine connue pour contrôler la réparation de l'ADN, consomment le NAD dans leur travail.

Une autre protéine DBC1, l'une des protéines les plus abondantes chez l'homme et trouvée dans toutes les formes de vie, des bactéries aux plantes et aux animaux, était une présence beaucoup plus trouble. Étant donné que DBC1 avait précédemment montré qu'il inhibait SIRT1, stimulant la vitalité, les chercheurs soupçonnaient que DBC1 pouvait également interagir d'une manière ou d'une autre avec PARP1, étant donné les rôles similaires joués par PARP1 et SIRT1.

« Nous pensions que s'il y avait une connexion entre SIRT1 et DBC1, d'une part, et entre SIRT1 et PARP1 d'autre part, alors peut-être que PARP1 et DBC1 étaient également engagés dans une sorte de jeu intracellulaire », a déclaré Jun Li, premier auteur sur le étude et chercheur au département de génétique de l'HMS.

Pour avoir une meilleure idée de la relation chimique entre les trois protéines, les scientifiques ont mesuré les marqueurs moléculaires de l'interaction protéine à protéine à l'intérieur des cellules rénales humaines. DBC1 et PARP1 sont fortement liés l'un à l'autre. Cependant, lorsque les niveaux de NAD ont augmenté, ce lien a été rompu. Plus le NAD est présent à l'intérieur des cellules, moins les liaisons moléculaires PARP1 et DBC1 pourraient se former. Lorsque les chercheurs ont inhibé le NAD, le nombre de liaisons PARP1-DBC1 a augmenté. En d'autres termes, lorsque le NAD est abondant, il empêche DBC1 de se lier à PARP1 et de se mêler de sa capacité à réparer l'ADN endommagé.

Ce que cela suggère, selon les chercheurs, c'est qu'à mesure que le NAD diminue avec l'âge, de moins en moins de molécules de NAD sont présentes pour arrêter l'interaction nocive entre DBC1 et PARP1. Le résultat : les cassures de l'ADN ne sont pas réparées et, à mesure que ces cassures s'accumulent au fil du temps, précipitent les dommages cellulaires, les mutations cellulaires, la mort cellulaire et la perte de fonction des organes.

Éviter les méfaits

Ensuite, pour comprendre exactement comment le NAD empêche DBC1 de se lier à PARP1, l'équipe s'est concentrée sur une région de DBC1 connue sous le nom de NHD, une structure en forme de poche trouvée dans quelque 80 000 protéines à travers des formes de vie et des espèces dont la fonction a échappé aux scientifiques. Les expériences de l'équipe ont montré que NHD est un site de liaison NAD et que dans DBC1, NAD bloque cette région spécifique pour empêcher DBC1 de se verrouiller avec PARP1 et d'interférer avec la réparation de l'ADN.

Et, a ajouté Sinclair, étant donné que la NHD est si commune à toutes les espèces, la découverte suggère qu'en s'y liant, le NAD pourrait jouer un rôle similaire en évitant les interactions protéiques nocives entre de nombreuses espèces pour contrôler la réparation de l'ADN et d'autres processus de survie cellulaire.

Pour déterminer comment les protéines interagissaient au-delà de la boîte de laboratoire et dans les organismes vivants, les chercheurs ont traité des souris jeunes et âgées avec le précurseur du NAD NMN, qui constitue la moitié d'une molécule de NAD. Le NAD est trop gros pour traverser la membrane cellulaire, mais le NMN peut facilement la traverser. Une fois à l'intérieur de la cellule, le NMN se lie à une autre molécule de NMN pour former le NAD.

Comme prévu, les souris âgées avaient des niveaux inférieurs de NAD dans leur foie, des niveaux inférieurs de PARP1 et un plus grand nombre de PARP1 avec DBC1 collé à leur dos.

Cependant, après avoir reçu du NMN avec leur eau de boisson pendant une semaine, les souris âgées ont montré des différences marquées à la fois dans les niveaux de NAD et dans l'activité PARP1. Les niveaux de NAD dans le foie des souris âgées ont atteint des niveaux similaires à ceux observés chez les souris plus jeunes. Les cellules de souris traitées avec NMN ont également montré une activité PARP1 accrue et moins de molécules PARP1 et DBC1 se liant ensemble. Les animaux ont également montré une baisse des marqueurs moléculaires qui signalent des dommages à l'ADN.

Dans une dernière étape, les scientifiques ont exposé des souris à des radiations nuisibles à l'ADN. Les cellules d'animaux prétraités avec du NMN ont montré des niveaux inférieurs de dommages à l'ADN. Ces souris ne présentaient pas non plus les aberrations typiques induites par les rayonnements dans la numération globulaire, telles que la numération leucocytaire altérée et les changements dans les taux de lymphocytes et d'hémoglobine. L'effet protecteur a été observé même chez les souris traitées avec le NMN après exposition aux radiations.

Pris ensemble, les résultats mettent en lumière le mécanisme derrière la disparition cellulaire induite par les dommages à l'ADN. Ils suggèrent également que la restauration des niveaux de NAD par traitement NMN devrait être explorée plus avant comme thérapie possible pour éviter les effets secondaires indésirables des rayonnements environnementaux, ainsi que l'exposition aux rayonnements des traitements contre le cancer.

En décembre 2016, un projet de collaboration entre le Sinclair Lab et Liberty Biosecurity est devenu un lauréat national du concours iTech de la NASA pour son concept d'utilisation de molécules stimulant le NAD comme traitement potentiel de l'exposition aux rayonnements cosmiques pendant les missions spatiales.

Les co-auteurs de la recherche comprenaient Michael Bonkowski, Basil Hubbard, Alvin Ling, Luis Rajman, Sebastian Moniot, Clemens Steegborn, Dapeng Zhang, L. Aravind, Bo Qin, Zhenkun Lou et Vera Gorbunova.

Le travail a été financé par la Glenn Foundation for Medical Research, la Fédération américaine de recherche sur le vieillissement, Edward Schulak, des subventions du National Institute on Aging et des National Institutes of Health, par le programme intra-muros de la National Library of Medicine/NIH, le National Cancer Institute, et par la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Ce projet de recherche était dédié à la mère de David Sinclair, Diana Sinclair, qui a courageusement survécu au cancer pendant deux décennies.

Divulgations pertinentes :

Sinclair est un inventeur de demandes de brevet détenues par l'Université de Nouvelle-Galles du Sud qui couvrent l'utilisation de précurseurs NAD pour moduler la réparation de l'ADN, la fertilité et le flux sanguin, et par l'Université Harvard pour le traitement des maladies du vieillissement et des troubles mitochondriaux. Li et Sinclair sont les inventeurs d'une demande de brevet détenue par l'Université Harvard qui couvre la modulation des protéines du domaine hydrolase Nudix par de petites molécules. Le co-auteur Michael Bonkowski, de la Harvard Medical School, est un consultant rémunéré d'OvaScience. Sinclair est un consultant non rémunéré, membre du conseil d'administration et détient des participations dans des sociétés développant des médicaments à base de précurseurs NAD (EdenRoc, Liberty Biosecurity, Metrobiotech et Jumpstart Fertility) et est un consultant rémunéré et inventeur sur une demande de brevet sous licence à OvaScience pour améliorer la fécondation in vitro . Les brevets détenus par l'Université Harvard liés aux thérapies basées sur le NAD dont Sinclair est un inventeur sont concédés sous licence à GlaxoSmithKline et Metrobiotech. Les accords entre l'Université de Harvard et ces entités sont gérés par le Harvard Office of Technology Development conformément à la politique de conflit d'intérêts de la Harvard Medical School.


Les salles blanches pourraient servir de processus de sélection évolutif pour les insectes les plus résistants qui pourraient alors avoir une plus grande chance de survivre à un voyage vers Mars

Puisque nous pouvons maintenant séquencer tout l'ADN qui est présent dans les salles blanches, et pas seulement ceux qui pourraient être cultivés, nous obtenons un aperçu plus complet du type de microbes qui peuvent être trouvés dans la salle blanche, et s'ils pourraient même survivre au vide de l'espace.

Dans les salles blanches du JPL, nous avons trouvé des preuves de microbes potentiellement problématiques lors des missions spatiales. Ces organismes ont un nombre accru de gènes pour la réparation de l'ADN, ce qui leur confère une plus grande résistance aux radiations, ils peuvent former des biofilms sur les surfaces et les équipements, peuvent survivre à la dessiccation et prospérer dans des environnements froids. Il s'avère que les salles blanches pourraient servir de processus de sélection évolutif pour les insectes les plus résistants qui pourraient alors avoir une plus grande chance de survivre à un voyage vers Mars.

Ces découvertes ont des implications pour une forme de protection planétaire appelée « contamination directe ». C'est là que nous pourrions apporter quelque chose (accidentellement ou volontairement) sur une autre planète. Il est important d'assurer la sécurité et la préservation de toute vie qui pourrait exister ailleurs dans l'Univers, car de nouveaux organismes peuvent faire des ravages lorsqu'ils arrivent dans un nouvel écosystème.

La Nasa a des protocoles de salle blanche stricts qui visent à minimiser la contamination biologique des engins spatiaux et des atterrisseurs (Crédit : Nasa/JPL-Caltech)

Les humains ont un piètre bilan à ce sujet sur notre propre planète. La variole, par exemple, était répandue sur des couvertures données aux peuples autochtones d'Amérique du Nord au 19e siècle. Même en 2020, nous n'avons pas pu contenir la propagation rapide du virus qui cause le Covid-19, le SARS-CoV-2.

La contamination directe est également indésirable d'un point de vue scientifique. Les scientifiques doivent être sûrs que toute découverte de vie sur une autre planète y est véritablement native, plutôt qu'une fausse identification d'une contamination d'apparence extraterrestre, mais cultivée sur Terre. Les microbes pourraient potentiellement faire de l'auto-stop jusqu'à Mars, même après un nettoyage préalable au lancement et une exposition aux radiations dans l'espace. Leurs génomes peuvent tellement changer qu'ils ont l'air vraiment d'un autre monde. Nous avons récemment vu que de nouveaux microbes ont évolué sur la Station spatiale internationale. Bien que les ingénieurs de la Nasa travaillent dur pour éviter d'introduire de telles espèces dans le sol ou l'air martien, tout signe de vie sur Mars devrait être soigneusement examiné pour s'assurer qu'il ne provient pas ici sur Terre. Ne pas le faire pourrait potentiellement déclencher des recherches erronées sur les caractéristiques universelles de la vie ou de la vie martienne.

L'humanité a envoyé des dizaines de vaisseaux spatiaux et d'atterrisseurs sur Mars – ceux qui ont réussi ont laissé leur empreinte sur la planète rouge (Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Les microbes transportés dans l'espace peuvent également être une préoccupation plus immédiate pour les astronautes - posant un risque pour leur santé et peut-être même causant un dysfonctionnement des équipements de survie s'ils se remplissent de colonies de micro-organismes.

Mais la protection planétaire est bidirectionnelle. L'autre composante de la protection planétaire est d'éviter la "contamination en arrière", où quelque chose ramené sur Terre présente un risque potentiel pour la vie sur notre propre planète, y compris pour les humains. C'est le thème de nombreux films de science-fiction, où un microbe fictif menace toute vie sur Terre. Mais lorsqu'une mission de la Nasa et de l'Agence spatiale européenne (Esa) est lancée vers Mars en 2028, cela pourrait devenir une considération très réelle – si tout se passe comme prévu, la mission Mars Sample Return ramènera les premiers échantillons martiens sur Terre. en 2032.

Des études antérieures ont indiqué qu'il est très peu probable que les échantillons de Mars contiennent une biologie active et dangereuse - et Persévérance recherche tous les signes qui auraient pu être laissés par l'ancienne vie microbienne sur la planète. Mais la Nasa et l'Esa disent qu'elles prennent des précautions supplémentaires pour s'assurer que tous les échantillons renvoyés de Mars seront contenus en toute sécurité dans un système d'isolement multicouche.

Il y a une chance, cependant, que si nous détectons des signes de vie sur Mars, cela pourrait provenir de la Terre en premier lieu. Depuis que les deux premières sondes soviétiques ont atterri sur la surface martienne en 1971, suivies de l'atterrisseur américain Viking 1 en 1976, il y a probablement eu des fragments d'ADN microbien, et peut-être humain, sur la planète rouge. Compte tenu des tempêtes de poussière mondiales et des traces d'ADN qui auraient pu accompagner ces engins spatiaux, nous devons être sûrs de ne pas nous leurrer que la vie que nous trouvons n'est pas originaire de la Terre.

Mais même si Persévérance - ou les missions qui l'ont précédée - ont accidentellement transporté des organismes ou de l'ADN de la Terre à Mars, nous avons des moyens de le distinguer de toute vie qui est vraiment d'origine martienne. Cachées dans la séquence d'ADN se trouvent des informations sur sa provenance. Un projet en cours appelé Metasub (métagénomique des métros et des biomes urbains) séquence l'ADN trouvé dans plus de 100 villes du monde. Des chercheurs de notre laboratoire, des équipes Metasub et un groupe en Suisse viennent de publier ces données et d'autres données métagénomiques mondiales pour créer un « index génétique planétaire » de tout l'ADN séquencé qui a jamais été observé.


SIRT6 est responsable d'une réparation plus efficace des cassures double brin d'ADN chez les espèces à longue durée de vie

La réparation de l'ADN a été supposée être un déterminant de la longévité, mais la preuve en est largement basée sur les phénotypes de vieillissement accéléré des mutants de réparation de l'ADN. Ici, à l'aide d'un panel de 18 espèces de rongeurs ayant des durées de vie diverses, nous montrons qu'une réparation plus robuste des cassures double brin d'ADN (DSB), mais pas une réparation par excision de nucléotides (NER), coévolue avec la longévité. L'évolution du NER, contrairement au DSB, est principalement façonnée par l'exposition au soleil. Nous montrons en outre que la capacité de la protéine SIRT6 à promouvoir la réparation des DSB représente une part importante de la variation de l'efficacité de la réparation des DSB entre les espèces à vie courte et longue. Nous avons disséqué les différences moléculaires entre une protéine SIRT6 faible (souris) et forte (castor) et identifié cinq résidus d'acides aminés qui sont entièrement responsables de leurs activités différentielles. Nos résultats démontrent que la réparation DSB et SIRT6 ont été optimisés au cours de l'évolution de la longévité, ce qui fournit de nouvelles cibles pour les interventions anti-âge.

Mots clés: DNA DSB repair DNA repair NER SIRT6 vieillissement longévité.


Les «mutations de sauvetage» qui suppriment les modifications nocives de l'ADN pourraient faire la lumière sur les origines des troubles génétiques

1 100 allèles thermosensibles de gènes essentiels de levure dans dix souches diverses montrent que les variantes génétiques naturelles suppriment fréquemment les mutations délétères. La cartographie génétique et le remplacement des allèles identifient les gènes suppresseurs causaux. Crédit: Biologie des systèmes moléculaires (2021). DOI : 10.15252/msb.20200138

De nouvelles informations sur la capacité de l'ADN à surmonter les changements génétiques nocifs ont été découvertes par des scientifiques de l'Institut Wellcome Sanger, de l'Université de Lausanne et de leurs collaborateurs. L'équipe a découvert que 26% des mutations nocives étaient supprimées par des variantes naturelles dans au moins une souche de levure sauvage. Dans chaque cas examiné en détail, une seule « mutation de sauvetage » était responsable de l'annulation d'une autre mutation qui aurait menacé la survie de l'organisme.

L'étude, publiée aujourd'hui (27 mai 2021) dans Biologie des systèmes moléculaires, fournit des informations importantes sur la façon dont les variantes de l'ADN peuvent supprimer les modifications génétiques indésirables. S'il est confirmé chez l'homme, ce phénomène biologique pourrait jouer un rôle important dans les maladies génétiques telles que le cancer ou les troubles rares du développement, et expliquer pourquoi certains patients souffrent de maladies plus sévères que d'autres.

Les mutations sont des modifications des lettres de l'ADN qui forment le code génétique des organismes multicellulaires. Ils peuvent être le résultat d'erreurs lors de la réplication de l'ADN lors de la division cellulaire ou de l'influence d'expositions environnementales telles que la lumière ultraviolette. Alors que la plupart des mutations n'auront pas d'effet significatif sur le fonctionnement de la cellule, certaines peuvent être nocives et conduire à des maladies génétiques telles que le cancer. D'autres mutations peuvent être bénéfiques et contribuer à la diversité génétique d'une espèce à travers le processus naturel de l'évolution1.

Avec six milliards de lettres d'ADN dans le génome humain, les implications de la variation génétique naturelle sont vastes. En conséquence, l'effet précis des mutations sur la fonction des gènes et des cellules n'est pas entièrement compris. Les mutations qui sont nocives chez un individu peuvent n'avoir aucun effet négatif sur un autre. Dans certains cas, cela est dû au fait que les individus sains ou résilients sont porteurs de mutations supplémentaires, appelées suppresseurs, qui neutralisent les modifications nocives de l'ADN.

Dans cette étude, des chercheurs de l'Université de Toronto ont criblé 1 106 allèles sensibles à la température2 de 580 gènes essentiels3 dans 10 souches de levure sauvage pour voir si la variation génétique naturelle permettrait à la levure de se développer lorsqu'elle est exposée à une température défavorablement élevée.

Ils ont découvert que 26% des 580 gènes essentiels pouvaient être contournés par des variantes naturelles dans au moins une souche de levure sauvage. Les colonies de levures qui ont continué à croître ont ensuite été séquencées au Wellcome Sanger Institute, afin de rechercher des mutations spécifiques qui pourraient supprimer l'allèle sensible à la température.

« La proportion de mutations nocives dans les gènes essentiels qui pourraient être supprimées était inattendue, et comme nous n'avons échantillonné qu'une petite fraction de souches de levure sauvage, le pourcentage de mutations pouvant être supprimées par des variantes naturelles est probablement beaucoup plus élevé. La fréquence de suppression suggère qu'il pourrait également apporter une contribution importante dans d'autres contextes, y compris, potentiellement, pour les maladies humaines », a déclaré le professeur Jolanda van Leeuwen, auteur principal de l'article de l'Université de Lausanne.


DNA repair is essential for cell vitality, cell survival, and cancer prevention, yet cells’ ability to patch up damaged DNA declines with age for reasons not fully understood.

Now, research led by scientists at Harvard Medical School (HMS) reveals a critical step in a molecular chain of events that allows cells to mend their broken DNA.

The findings, to be published March 24 in Science, offer a critical insight into how and why the body’s ability to fix DNA dwindles over time and point to a previously unknown role for the signaling molecule NAD as a key regulator of protein-to-protein interactions in DNA repair. NAD, identified a century ago, is already known for its role as a controller of cell-damaging oxidation.

Additionally, experiments conducted in mice show that treatment with the NAD precursor NMN mitigates age-related DNA damage and wards off DNA damage from radiation exposure.

Unraveling the mysteries of aging

The scientists caution that the effects of many therapeutic substances are often profoundly different in mice and humans owing to critical differences in biology. However, if affirmed in further animal studies and in humans, the findings can help pave the way to therapies that prevent DNA damage associated with aging and with cancer treatments that involve radiation exposure and some types of chemotherapy, which, along with killing tumors, can cause considerable DNA damage in healthy cells. Human trials with NMN are expected to begin within six months, the researchers said.

“Our results unveil a key mechanism in cellular degeneration and aging, but beyond that they point to a therapeutic avenue to halt and reverse age-related and radiation-induced DNA damage,” said senior author David Sinclair, professor in the Department of Genetics at HMS, co-director of the Paul F. Glenn Center for the Biology of Aging, and professor at the University of New South Wales School of Medicine in Sydney.

A previous study led by Sinclair showed that NMN reversed muscle aging in mice.

A plot with many characters

The investigators started by looking at a cast of proteins and molecules suspected to play a part in the cellular aging process. Some of them were well-known characters, others more enigmatic figures.

The researchers already knew that NAD, which declines steadily with age, boosts the activity of the SIRT1 protein, which delays aging and extends life in yeast, flies, and mice. Both SIRT1 and PARP1, a protein known to control DNA repair, consume NAD in their work.

Another protein, DBC1, one of the most abundant proteins in humans and found across life forms from bacteria to plants and animals, was a far murkier presence. Because DBC1 previously had been shown to inhibit vitality-boosting SIRT1, the researchers suspected DBC1 may also somehow interact with PARP1, given the similar roles PARP1 and SIRT1 play.

“We thought if there is a connection between SIRT1 and DBC1, on one hand, and between SIRT1 and PARP1 on the other, then maybe PARP1 and DBC1 were also engaged in some sort of intracellular game,” said Jun Li, first author on the study and a research fellow in the Department of Genetics at HMS.

To get a better sense of the chemical relationship among the three proteins, the scientists measured the molecular markers of protein-to-protein interaction inside human kidney cells. DBC1 and PARP1 bound powerfully to each other. However, when NAD levels increased, that bond was disrupted. The more NAD was present inside cells, the fewer molecular bonds PARP1 and DBC1 could form. When researchers inhibited NAD, the number of PARP1-DBC1 bonds went up. In other words, when NAD is plentiful, it prevents DBC1 from binding to PARP1 and meddling with its ability to mend damaged DNA.

What this suggests, the researchers said, is that as NAD declines with age, fewer and fewer NAD molecules are around to stop the harmful interaction between DBC1 and PARP1. The result: DNA breaks go unrepaired and, as these breaks accumulate over time, precipitate cell damage, cell mutations, cell death, and loss of organ function.

Averting mischief

Next, to understand how exactly NAD prevents DBC1 from binding to PARP1, the team homed in on a region of DBC1 known as NHD, a pocket-like structure found in some 80,000 proteins across life forms and species whose function has eluded scientists. The team’s experiments showed that NHD is an NAD binding site and that in DBC1, NAD blocks this specific region to prevent DBC1 from locking in with PARP1 and interfering with DNA repair.

Sinclair said that since NHD is so common across species, the finding suggests that by binding to it, NAD may play a similar role averting harmful protein interactions across many species to control DNA repair and other cell survival processes.

En rapport


CELLULAR, MOLECULAR, GENOMICS, AND BIOMEDICAL APPROACHES | Growth Hormone Overexpression in Transgenic Fish

Brief History of Genetic Engineering in Fish

Genetic engineering , or transgenesis, involves the introduction of novel DNA into an organism by processes that do not normally occur in nature. Studies in the early 1980s showed that transgenic mice overexpressing growth hormone (GH) displayed a remarkable doubling of body size compared to nontransgenic littermates. These findings powerfully displayed the potential of genetic engineering to modify traits in vertebrates for use in basic science and for applied purposes.

Such growth enhancement was also recognized for its potential to enhance human food production in agriculture, and hence numerous reports soon appeared describing genetic engineering of commercially important livestock, including pigs, sheep, and cattle. Growth responses in these species were much more limited than those seen in mice, perhaps because these other species had long histories of genetic selection for enhanced growth under domestication (see below).

Genetic engineering of fish similarly began in the early 1980s (voir également CELLULAR, MOLECULAR, GENOMICS, AND BIOMEDICAL APPROACHES | Transgenesis and Chromosome Manipulation in Fish ). Currently, more than 35 species of fish have been genetically engineered with gene constructs designed to alter many traits, including growth, reproduction, disease resistance, and flesh quality. The first report of GH transgenesis in fish was from Dr. Zuoyan Zhu in Wuhan, China in 1986, working with the weather loach Misgurnus anguillicaudatus. In these studies, overexpression of GH genes increased growth in nontransgenic counterparts, and even beyond that seen in the transgenic mouse.

These early experiments kindled a large number of similar studies with fish, primarily using mammalian GH gene constructs, with the objective of generating strains with enhanced growth rate for potential use in aquaculture. Subsequently, the use of gene constructs comprised of fish sequences were developed, which in general functioned more effectively than nonpiscine gene constructs.

GH transgenesis remains a focus of activity for fish genetic engineering, generating strains for basic science investigations of growth physiology, behavior, ecology, and evolution. Some strains are also being actively pursued for application in aquaculture. However, globally, all transgenic fish are currently reared in specialized confinement facilities to prevent fish escape, and none are known to have entered natural environments.


DNA replacement: new species - Biology

Le laboratoire Kool de Stanford étudie la biologie chimique de l'ADN et de l'ARN

Biologie chimique de l'ADN et de l'ARN. Le laboratoire Kool utilise les outils de la chimie pour étudier les structures, les interactions et les activités biologiques des acides nucléiques et des enzymes qui les traitent. La conception et la synthèse moléculaires jouent un rôle majeur dans ce travail, suivies par l'analyse de la structure et de la fonction, à la fois dans les éprouvettes et dans les systèmes vivants. Nos études visent à acquérir une meilleure compréhension de base de la biologie et à appliquer ces connaissances à des applications pratiques en biomédecine.

Dans le cadre de cette étude, les membres de notre groupe synthétisent des bases nucléiques et des nucléotides de conception, avec des propriétés inhabituelles telles que la fluorescence, la réactivité enzymatique ou la forme altérée et la capacité de liaison H. Nous les utilisons comme outils pour étudier les enzymes de l'ADN polymérase, les voies de réparation de l'ADN et les enzymes de modification de l'ARN. Ce travail mène à de nouvelles sondes pour le diagnostic du cancer, à des marqueurs fluorescents utiles pour la biologie et à des capteurs fluorescents de nombreuses espèces telles que les métabolites du cancer et les métaux toxiques.


We are becoming a new species, we are becoming Homo Evolutis

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At TED 2009, now halfway through the near-weeklong binge of activities and presentations, Juan Enriquez energized and perhaps terrorized attendees with his brief look into the future of human affairs, and indeed, of the human species. What made Enriquez' presentation so engaging was that his vision wasn't that far off, this sci-fi future that he spoke of it's the future that is unveiling itself right before us, a future that we will all likely watch arrive, and our children will come to know as reality.

Chairman and CEO of Biotechonomy, Enriquez says that humanity is on the verge of becoming a new and utterly unique species, which he dubs Homo Evolutis. What makes this species so unique is that it "takes direct and deliberate control over the evolution of the species." Calling it the "ultimate reboot," he points to the conflux of DNA manipulation and therapy, tissue generation, and robotics as making this great leap possible.

We are already in the midst of minor improvements to the human body and mind Enriquez gave examples of growing new tissues for successful transplant, programmable cells, and augmenting our abilities through robotics. As this trend accelerates, more and more aspects of the human experience, of the human life, will be capable of scientific manipulation. While some improvement may come post-birth, our understanding of DNA and biology may lead to something much bigger.

The day may come when we are able to take the best biology of the known animal kingdom and make it part of our own. This isn't just about being a bit stronger, or having perfect eyesight our whole lives. All of our organs and limbs have weaknesses that can be addressed, and there are also opportunities to go beyond basic fixes and perform more elaborate enhancements. At a private lunch on Thursday, Enriquez spoke of a young girl who, after suffering a knee injury, received tendon replacement therapy centered around tendons grown in a lab. It not only fixed her knee, but made it stronger than normal. Later in life as she pursued life as a professional skier, the coach actually asked that she have the same surgery on her other knee to increase her abilities.

The point was clear: one day it will be possible for everyone to have stronger joints, bones, etc., thanks to work being done today, work which may ultimately be delivered into DNA. We would become a species that could, literally, control its own biological destiny.

All TED talks are limited to 18 minutes (in theory), so Enriquez wasn't able to elaborate beyond the basic points, nor was he able to field questions, which would have undoubtedly included essentialist objections to his notion of speciation or evolution. But for those 18 minutes, Enriquez painted the clearest path towards humanity's Borg-like future I've ever had the pleasure of hearing. It is no coincidence that he also mentioned, briefly, the need for ethical dialog around these issues.

All of this, coincidentally, was prefaced by a short discussion about our economic woes as of late, and Enriquez's view of the way out. With the massive growth in mandatory spending, Enriquez called for an end to entitlements, and a return to the acceptance of austerity. Tough times are unavoidable.

He also had comments on the workforce that were more relevant to his presentation. Like many, Enriquez believes that our workforce is going to work later and later in life, to the age of 70 and beyond. This is necessary because we need more production, and also because we must reduce the amount of time seniors spend collecting money from governments. In this way, the dawn of Homo Evolutis will not merely be occasioned by our desire to live longer, but by the necessity of it.