Les scientifiques glanent de nouvelles informations sur la façon dont les tardigrades peuvent survivre à la déshydratation

Les tardigrades sont des micro-animaux qui peuvent survivre dans les conditions les plus difficiles : pression extrême, température extrême, radiation, déshydratation, famine, voire exposition au vide de l’espace. Des scientifiques de l’Université de Tokyo ont maintenant identifié le mécanisme permettant d’expliquer comment les tardigrades peuvent survivre à une déshydratation extrême en particulier, selon un nouvel article publié dans la revue PLoS Biology – une protéine qui forme un réseau protecteur semblable à un gel pour protéger les cellules desséchées. .

Comme nous l’avons signalé précédemment, les créatures ont été décrites pour la première fois par le zoologiste allemand Johann Goeze en 1773. Ils ont été surnommés 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 marcher comme un ours. Puisqu’ils peuvent survivre presque n’importe où, ils peuvent être trouvés dans de nombreux endroits : fosses sous-marines, sédiments salés 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 d’eau l’absorbent pour se réhydrater et reprendre vie. Techniquement, ils ne font pas partie de la classe des organismes extrêmophiles, car ils ne prospèrent pas tant dans des conditions extrêmes qu’ils endurent; techniquement, ils appartiennent à la classe des organismes extrêmotolérants. Mais leur rusticité fait des tardigrades un sujet de recherche privilégié pour les scientifiques.

Par exemple, une étude de 2020 a révélé que la démarche distinctive de l’ours d’eau ressemble à celle des insectes 500 000 fois leur taille, malgré un écart évolutif de 20 millions d’années entre eux. Et en 2019, un vaisseau spatial israélien transportant les minuscules créatures dans un état tun s’est écrasé sur la Lune, laissant supposer que les tardigrades auraient pu survivre à l’impact.

Agrandir / Image au microscope électronique à balayage du tardigrade déshydraté, Ramazzottius varieornatus.

S Tanaka et al., 2022

Hélas, il est hautement improbable que les courageux tardigrades aient survécu, selon une étude publiée l’année dernière par des scientifiques britanniques. Ils ont mis plusieurs tardigrades en tonneaux et en ont placé deux à quatre à la fois dans une balle creuse en nylon. Ensuite, les scientifiques ont tiré les tardigrades sur une cible de sable à des vitesses croissantes à l’aide d’un pistolet à gaz léger à deux étages. Le résultat : les oursons aquatiques pourraient survivre à des impacts jusqu’à environ 900 mètres par seconde (3 000 kilomètres par heure) et à des pressions de choc momentanées jusqu’à 1,14 gigapascals (GPa). (Au-delà, ils se transforment en bouillie.) L’atterrisseur s’est peut-être écrasé à quelques centaines de mètres par seconde, mais le choc de son cadre métallique frappant la surface aurait généré des pressions « bien supérieures » à 1,14 GPa, ont déclaré les chercheurs à Science.

Le plus pertinent pour cette dernière étude est un article de 2017 démontrant que les tardigrades utilisent un type spécial de protéine désordonnée pour suspendre littéralement leurs cellules dans une matrice semblable à du verre qui prévient les dommages. Les chercheurs l’ont surnommé une « protéine intrinsèquement désordonnée spécifique au tardigrade » (TDP). En d’autres termes, les cellules se vitrifient. Plus une espèce de tardigrade possède de gènes TDP, plus elle passe rapidement et efficacement à l’état tun. Comme l’Université de Caroline du Nord, Chapel Hill, le biologiste Thomas Boothby a dit à Ars à l’époque :

Ce que nous pensons qu’il se passe, c’est qu’à mesure que les tardigrades se dessèchent, ils fabriquent beaucoup de ces protéines désordonnées. Ces protéines remplissent essentiellement le cytoplasme des cellules tardigrades et, en séchant, forment une matrice vitreuse à l’intérieur de la cellule. Tous les éléments sensibles à la dessiccation (protéines, acides nucléiques, membranes) des cellules tardigrades sont piégés dans les pores de cette matrice, essentiellement encapsulés dans un revêtement protecteur semblable à du verre. Cette encapsulation empêche le déploiement, la rupture, la rupture et/ou l’agrégation de matériel biologique sensible à la dessiccation. Une fois que l’eau est réintroduite dans le système, les protéines désordonnées qui composent cette matrice vitreuse fondent en solution, laissant derrière elles toutes les parties protégées de la cellule.

Cependant, l’année dernière, 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. Cette dernière étude soutient cette contre-hypothèse. « Nos données suggèrent un nouveau mécanisme de tolérance à la dessiccation basé sur la formation de filaments/gels », ont écrit les auteurs de la nouvelle étude.

« Bien que l’eau soit essentielle à toute vie que nous connaissons, certains tardigrades peuvent vivre sans elle potentiellement pendant des décennies. L’astuce réside dans la façon dont leurs cellules gèrent ce stress pendant le processus de déshydratation », a déclaré le co-auteur Takekazu Kunieda de l’Université de Tokyo. «On pense que lorsque l’eau quitte une cellule, une sorte de protéine doit aider la cellule à maintenir sa force physique pour éviter de s’effondrer sur elle-même. Après avoir testé plusieurs types différents, nous avons découvert que les protéines cytoplasmiques abondantes thermosolubles (CAHS), uniques aux tardigrades, sont responsables de la protection de leurs cellules contre la déshydratation.

Dans ce scénario, les protéines CAHS entrent en action lorsqu’elles sentent que leur cellule d’encapsulation s’est déshydratée, formant des filaments ressemblant à du gel (par opposition à une matrice vitreuse) lorsqu’elles se dessèchent. Ces filaments, à leur tour, forment des réseaux qui maintiennent la forme structurelle de la cellule sans son eau. Lorsque le tardigrade se réhydrate, les filaments se retirent progressivement, garantissant que la cellule n’est pas stressée ou endommagée lorsqu’elle récupère de l’eau.

Kunieda et ses collègues ont également épissé les gènes de protéines dans des cellules cultivées d’insectes et d’humains. Cela a d’abord été difficile car les cellules devaient être colorées pour être visibles au microscope. La plupart des méthodes de coloration nécessitent des solutions à base d’eau, et la concentration en eau était une variable clé qui devait être contrôlée pour cette étude. Ils ont résolu le problème en incorporant la tache dans une solution à base de méthanol. Le résultat : les protéines CAHS ont présenté le même comportement dans les cellules d’insectes et ont même montré une fonctionnalité limitée dans les cellules humaines, ce qui suggère que cette caractéristique pourrait ne pas être limitée aux cellules tardigrades.

Entre autres applications potentielles, ces découvertes pourraient un jour déboucher sur de nouvelles méthodes de conservation du matériel biologique sur de longues périodes, utiles pour prolonger la durée de conservation de certains médicaments ou vaccins, voire d’organes entiers en attente de greffe.

DOI : PLoS Biology, 2022. 10.1371/journal.pbio.3001780 (À propos des DOI).