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Depuis les années 1960, les scientifiques savent que le petit tardigrade peut résister à des radiations très intenses, 1 000 fois plus fortes que celles que la plupart des autres animaux pourraient supporter. Selon un nouvel article publié dans la revue Current Biology, ce n’est pas que ces rayonnements ionisants n’endommagent pas l’ADN des tardigrades ; au contraire, les tardigrades sont capables de réparer rapidement de tels dommages. Les résultats complètent ceux d’une étude distincte publiée en janvier qui explorait également la réponse des tardigrades aux radiations.
« Ces animaux réagissent de manière incroyable aux radiations, et cela semble être le secret de leurs capacités de survie extrêmes », a déclaré la co-auteure Courtney Clark-Hachtel, postdoctorante au laboratoire de Bob Goldstein à l’Université de Caroline du Nord à Chapel. Hill, qui mène des recherches sur les tardigrades depuis 25 ans. « Ce que nous apprenons sur la façon dont les tardigrades surmontent le stress radiologique peut conduire à de nouvelles idées sur la façon dont nous pourrions essayer de protéger d’autres animaux et micro-organismes contre les radiations nocives. »
Comme indiqué précédemment, les tardigrades sont des micro-animaux capables de survivre dans les conditions les plus difficiles : pressions extrêmes, températures extrêmes, radiations, déshydratation, famine, voire exposition au vide de l’espace. Les créatures ont été décrites pour la première fois par le zoologiste allemand Johann Goeze en 1773. Elles ont été surnommées tardigrade (« slow steppers » ou « slow walkers ») quatre ans plus tard par Lazzaro Spallanzani, un biologiste italien. C’est parce que les tardigrades ont tendance à avancer comme un ours. Puisqu’ils peuvent survivre presque partout, ils peuvent être trouvés dans de nombreux endroits : tranchées sous-marines, sédiments d’eau salée et d’eau douce, forêts tropicales humides, Antarctique, volcans de boue, dunes de sable, plages, lichens et mousses. (Un autre nom pour eux est « porcelets de mousse ».)
Cependant, lorsque leur habitat humide s’assèche, les tardigrades entrent dans un état connu sous le nom de « tun », une sorte d’animation suspendue dans laquelle les animaux peuvent rester jusqu’à 10 ans. Lorsque l’eau recommence à couler, les ours aquatiques l’absorbent pour se réhydrater et reprendre vie. Ils ne sont pas techniquement membres de la classe des organismes extrémophiles puisqu’ils ne prospèrent pas tant dans des conditions extrêmes qu’ils supportent ; techniquement, ils appartiennent à la classe des organismes extrémotolérants. Mais leur rusticité fait des tardigrades un sujet de recherche privilégié par les scientifiques.
Par exemple, une étude de 2017 a démontré que les tardigrades utilisent un type particulier de protéine désordonnée pour littéralement suspendre leurs cellules dans une matrice semblable à du verre qui évite tout dommage. Les chercheurs ont surnommé cela une « protéine intrinsèquement désordonnée spécifique au tardigrade » (TDP). Autrement dit, les cellules se vitrifient. Plus une espèce tardigrade possède de gènes TDP, plus elle passe rapidement et efficacement à l’état de tun.
En 2021, une autre équipe de scientifiques japonais a remis en question cette hypothèse de « vitrification », citant des données expérimentales suggérant que les découvertes de 2017 pourraient être attribuées à la rétention d’eau des protéines. L’année suivante, des chercheurs de l’Université de Tokyo ont identifié le mécanisme expliquant comment les tardigrades peuvent survivre à une déshydratation extrême : des protéines thermosolubles cytoplasmiques abondantes (CAHS) qui forment un réseau protecteur de filaments semblable à un gel pour protéger les cellules desséchées. Lorsque le tardigrade se réhydrate, les filaments reculent progressivement, garantissant que la cellule ne soit pas stressée ou endommagée lorsqu’elle récupère de l’eau.
En ce qui concerne la résistance aux rayonnements ionisants, une étude de 2016 a identifié une protéine suppresseur de dommages à l’ADN appelée « Dsup » qui semblait protéger les gènes tardigrades implantés dans les cellules humaines contre les dommages causés par les radiations. Cependant, selon Clark-Hatchel et al., il n’était toujours pas clair si ce type de mécanisme de protection était suffisant pour expliquer pleinement la capacité des tardigrades à résister à des radiations extrêmes. D’autres espèces de tardigrades semblent manquer de protéines Dsup, mais ont toujours la même tolérance élevée aux radiations, ce qui suggère que d’autres facteurs pourraient être en jeu.
Une équipe de chercheurs français du Muséum national d’histoire naturelle de Paris a mené une série d’expériences au cours desquelles ils ont zappé des spécimens d’ours d’eau avec de puissants rayons gamma qui seraient mortels pour les humains. Ils ont publié leurs résultats plus tôt cette année dans la revue eLife. L’équipe française a découvert que les rayons gamma endommageaient effectivement l’ADN des tardigrades, tout comme ils endommageraient les cellules humaines. Puisque les tardigrades ont survécu, cela suggère qu’ils étaient capables de réparer rapidement l’ADN endommagé.
D’autres expériences avec trois espèces différentes (dont une dépourvue de protéines Dsup) ont révélé que les tardigrades produisaient de très grandes quantités de protéines de réparation de l’ADN. Ils ont également constaté une augmentation similaire de protéines propres aux tardigrades, notamment la protéine de réponse aux dommages de l’ADN tardigrade. 1 (TDR1), qui semble protéger l’ADN des radiations. « Nous avons découvert que la protéine TDR1 interagit avec l’ADN et forme des agrégats à haute concentration, ce qui suggère qu’elle peut condenser l’ADN et agir en préservant l’organisation des chromosomes jusqu’à ce que la réparation de l’ADN soit accomplie », ont écrit les auteurs.
Clark-Hatchel et coll. sont arrivés indépendamment à des conclusions similaires à partir de leurs propres expériences. Prises ensemble, les deux études confirment que cette régulation positive extrêmement rapide de nombreux gènes de réparation de l’ADN en réponse à une exposition aux rayonnements ionisants devrait être suffisante pour expliquer la résistance impressionnante des créatures à ces rayonnements. Il est possible qu’il existe une « synergie entre les mécanismes de protection et de réparation » en ce qui concerne la tolérance tardigrade aux rayonnements ionisants.
Cela dit, « la raison pour laquelle les tardigrades ont développé une forte tolérance aux IR est énigmatique étant donné qu’il est peu probable que les tardigrades aient été exposés à de fortes doses de rayonnements ionisants au cours de leur histoire évolutive », Clark-Hatchel et al. a écrit. Ils pensaient qu’il pourrait y avoir un lien avec les mécanismes qui permettent aux tardigrades de survivre à une déshydratation extrême, ce qui peut également entraîner des dommages à l’ADN. La révision des données des expériences de dessiccation n’a pas montré une augmentation aussi forte des transcriptions de réparation de l’ADN, mais les auteurs suggèrent que cette augmentation pourrait se produire plus tard dans le processus, lors de la réhydratation – un sujet intrigant pour de futures recherches.
Current Biology, 2024. DOI : 10.1016/j.cub.2024.03.019 (À propos des DOI).
eLife, 2024. DOI : 10.7554/eLife.92621.1