Issuu on Google+


8

Le contenu d’un livre de 300 pages a été stocké sous forme de fragments d’ADn par une équipe américaine. La molécule support de l’hérédité remplacera-t-elle un jour les disques durs ?

Éditorial

6

courrier

nnn 18 Mathématiques > Contrôle

12 Astres

meilleur modèle pour les plasmas denses > Matériau : pourquoi les nanoparticules d’or sont des catalyseurs

A

nnn 16 terre

A

> Un

éruptions gigantesques sur la Terre primitive > Atmosphère : les cyclones sont dopés par l’eau douce

n° 468 Octobre 2012 La Recherche est publiée par Sophia Publications, filiale d’Artémis.

le tabagisme alarmant des pays en développement

nnn 28 Santé

nnn 20 Vie

> Cancer

> Une

piste de contraception masculine > Histologie : la croissance saisonnière des mammifères nnn

22 Archéologie

de la prostate : faut-il toujours opérer ? > Une stratégie originale contre le paludisme nnn 30 technologie > Des

éoliennes flottantes pour équiper les côtes françaises > Transistors : des circuits électroniques toujours plus fins

> Un

roi profanateur de sépulture > Préhistoire : les Bushmen, l’une des plus vieilles cultures du monde

A

Recherche

> Les

nnn 14 Matière

> Santé :

accélérer les calculs de mécanique spatial

nnn

étoiles massives ont des relations très rapprochées > Observation : première détection d’un filament de matière noire

nnn 26 Populations

optimal :

Recherche

3

> Des

nnn 24 cerveau > Des

macaques contrôlés par la lumière

32 À surveiller 34 Acteurs

www.larecherche.fr

En couverture : © G. MOSCOSO/SPL/ COSMOS

Offre d’abonnement : p. 95

Ce numéro comporte un encart L’Histoire (sur une sélection d’abonnés) ; encarts La Recherche (ventes France) ; un encart Edigroup (ventes Suisse et Belgique).

L’événement

Un livre entier stocké dans l’ADN

Recherche

Recherche A

actualités

POuR RecheRcheR

POuR S’infORmeR

POuR acheteR

> Les archives du magazine : Trouvez les sujets qui vous intéressent dans une base de plus de 20 000 articles

> L’actualité de la recherche, le blog des livres et l’agenda des manifestations scientifiques

> Abonnement et vente d’anciens numéros > Livres sélectionnés par La Recherche, outils du chercheur

La Recherche sur Twitter... Rejoignez-nous sur Twitter pour un éclairage original sur la science et les technologies http://twitter.com/maglarecherche

4 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468


savoirs 40 Dossier

idées

Les nouvelles voies de l’immunité

Un fœtus, corps à demi étranger, n’est pas rejeté par le système immunitaire de la mère. Pas plus que ne sont rejetées les bactéries avec lesquelles l’humain vit en symbiose. Autant de paradoxes qu’étudient les chercheurs pour mieux contrôler le système immunitaire.

42

74 L’entretien du mois

avec Chen Zhu

« La Chine s’appuie sur les deux médecines, chinoise et occidentale »

Des greffes sans immunosuppresseur par Anne Debroise

Les lymphocytes T, des défenseurs bien entraînés 48 Sans microbes, pas d’immunité efficace par Jean-Philippe Braly 52 Pourquoi la mère ne rejette pas le fœtus

propos recueillis par Aline Richard

46

par Cécile Klingler

78 Déchiffrage

Le recensement français précis à 0,02 % ? par Hervé Le Bras

79 Le grand débat

Faut-il raccourcir les « vacances d’été » ?

56 Géologie

Un minéral qui réduit l’intensité des séismes

avec Valérie Marty et François Testu

82 Question d’éthique

Le nucléaire peut-il être transparent ?

par Bruno Reynard

60 Astrophysique

Une étoile ceinturée par la glace par Jérémy Lebreton

par Cécile Klingler

86 L’invitée Émilie Simon

Je ne suis pas scientifique mais…

62 Archéologie

Le laiton produit en masse au Moyen Âge

propos recueillis par Lise Loumé

92 Histoire de science

Gloire et disgrâce de la théorie endosymbiotique

par David Bourgarit et nicolas Thomas

66 cosmologie

La diversité des univers

par John D. Barrow

70 Portrait José-Alain Sahel

« Les yeux, fenêtres sur le cerveau, touchent en profondeur à l’humain »

par Florence Heimburger

par Marc-André Selosse

87 Les livres 96 L’agenda 98 Curiosités 99

Cahier spécial

Emploi scientifique nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 5


actualités

L’événement

Du livre à la molécule

1 Traduction en code binaire

… 0110010110000101110101 …

LES MOTS DE CE LIVRE sur la biologie de synthèse sont traduits dans le langage informatique, sous une forme binaire  : chaque lettre, comme ici le « a », devient une succession de 8 bits, dont la valeur est 0 ou 1.

2 Traduction en code de l'ADN Le code binaire est traduit selon le code de l’ADN. Ce dernier est une succession de molécules, ou nucléotides, représentées par les lettres A, T, C et G. Chaque « 0 » est donc codé par un nucléotide A ou C. Chaque « 1 » est codé par un T ou G. …

T T C A T A T G C A C A T A T G A A

A T G G A T A

Les informations sont découpées en blocs d'une centaine de nucléotides chacun, ce qui facilitera la synthèse de la molécule. Chaque bloc est étiqueté à l’aide d’un fragment d’ADN, sorte de code-barres qui permettra de remettre les blocs dans l’ordre du texte (en orange).

Code-barres ADN

3

Synthèse

Chaque bloc permet de synthétiser un petit brin d’ADN. Les brins obtenus sont dupliqués par la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et conservés dans une éprouvette. 70 milliards d‘exemplaires du livre y sont stockés, codés dans de l’ADN.

Un livre entier stocké dans Le contenu d’un livre de 300 pages a été stocké sous forme de fragments d’ADN par une équipe américaine. La molécule support de l’hérédité remplacera-t-elle un jour les disques durs ? Par Denis Delbecq, journaliste.

S

a densité de stockage est très largement supérieure à ce qu’offrent les disques durs, les clés USB ou les DVD. Pas de trace de silicium, de magnétisme ou de laser, pourtant, dans ce dispositif. C’est dans une molécule d’ADN, support de l’hérédité, que pour la première fois une équipe américaine est parvenue à stocker le contenu d’un 8 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468

livre de 300 pages, illustrations comprises [1]. Le texte – un essai sur la biologie de synthèse écrit par le directeur de l’équipe lui-même – a une petite taille en regard de ce que l’on peut stocker dans un ordinateur : 650 kilo-octets, l’équivalent d’une dizaine de fichiers de traitement de texte. Mais c’est un tour de force que viennent néanmoins de réaliser George

Church et ses collaborateurs de l’université Harvard. Ces derniers ont traduit l’ouvrage en langage informatique, l’ont transposé en code génétique puis ont fabriqué des brins d’ADN correspondants. Une simple machine de séquençage, utilisée pour décrypter le génome humain, a alors suffi pour décoder le contenu… et reconstituer le livre [2].

Pionnier en génétique. George Church n’est pas un inconnu. Ce pionnier du séquençage automatique des gènes fut aussi l’un des artisans du Projet génome humain, la coopération internationale qui publia, en 2001, le premier décryptage d’un ADN humain entier. À l’époque, il avait fallu treize ans d’efforts et des centaines de millions


Séquenceur

© INFOGRAPHIE SYLVIE DESSERT - PHOTO BIGSTOCK.COM

4 Séquençage On prélève 1 % du contenu de l‘éprouvette et on le fait analyser par un séquenceur automatique. …

T T C A T A T G C A C A T A T G A A

5 Reconstitution du texte Le séquenceur retrouve la succession des nucléotides de chaque brin. Les informations sont remises dans l’ordre grâce au « code-barres ». Un ordinateur les traduits en alphabet. Et le livre est reconstitué.

l’ADN de dollars pour décoder la molécule. Aujourd’hui, les machines de séquençage de dernière génération font la même chose en une journée pour un millier de dollars (800 euros). Et les techniques de synthèse de molécules d’ADN ont elles aussi fait des pas de géant. De là à envisager de stocker des données numériques dans l’ADN, il n’y avait donc qu’un pas. La chose, d’ailleurs, avait déjà été faite. Dès 1994, le mathématicien américain Leonard Adleman avait démontré l’intérêt d’une analogie entre biologie et informatique en réalisant des calculs * Le bit, contraction de binary unit, est l’unité de mesure d’une quantité d’informations binaires. Il a pour valeur 0 ou 1.

avec des brins d’ADN de synthèse [3]. Il avait été précédé, six ans plus tôt, par l’artiste américain Joe Davis, qui avait codé – avec la complicité d’une biologiste – les 35 bits* d’un petit dessin dans l’ADN de micro-organismes. En 2010, enfin, l’institut Craig Venter avait produit des bactéries dotées d’un génome fabriqué de toutes pièces, à partir des informations d’une banque génétique [4]. L’équipe avait signé son travail en insérant dans cet ADN de synthèse un code long de 7 920 bits, représentant notamment un numéro de série, une adresse Internet et la liste des auteurs. Cette fois, avec un texte qui « pèse » 5,2 millions de bits, George Church met la barre très haut… tout en assurant la promotion de la version papier de l’ouvrage qu’il vient de publier. Pour parvenir à ce résultat, le groupe de Harvard a procédé par étapes. Les 53 426 mots et les 11 illustrations du livre ont d’abord été représentés sous

une forme binaire, une succession de 0 et de 1 comme dans n’importe quelle mémoire informatique. Chaque lettre de l’alphabet était codée par une suite de 8 bits. Puis ces « mots » ont été traduits — virtuellement — selon le code de l’ADN. Ce dernier repose sur une suite de molécules, des « nucléotides » de quatre sortes nommés adénine (A), guanine (G), cytosine (C) et thymine (T). Ainsi, chaque « 0 » a indifféremment été codé par un nucléotide A ou C et chaque « 1 » a été représenté par une molécule T ou G. « Nous aurions pu affecter une valeur différente à chaque nucléotide et doubler la densité de stockage, précise Sriram Kosuri, coauteur des travaux, avec George Church et Yuan Gao. Mais nous avons choisi d’obtenir des molécules plus faciles à décoder. »

Découper les informations. Dans leur alphabet, chaque lettre pouvait être représentée par 256 motifs différents comme « ATGCACAT » ou « CTGACACT » pour le « a ». Le contenu du livre une fois codé en langage génétique, restait à synthétiser la molécule d’ADN elle-même. Or cette synthèse est d’autant plus difficile que la séquence à coder est grande. Du coup, les biologistes ont découpé leurs millions d’informations élémentaires en 55 000 blocs d’une centaine de nucléotides chacun. Chaque bloc a été identifié par un code-barres unique, lui aussi >>>

L’essentiel > Une éqUipe de l’université

Harvard a stocké sous forme d’ADn un texte de 5,2 millions de bits, à l’aide des outils classiques de la génomique.

> LA mULtipLicAtion des

fragments d’ADn codant le texte et leur étiquetage a permis une reconstitution du texte avec un taux d’erreur infime.

> cette forme de mémoire n’est pas réinscriptible mais particulièrement durable.

nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 9


actualités

Astres En bref Galaxie spirale lointaine BX442 est une galaxie en forme de spirale détectée par des astronomes de l’université de Californie. Elle est éloignée de 10,7 milliards d’années-lumière de la Terre, nous la voyons donc telle qu’elle était environ 3 milliards d’années après le BigBang. Or la plupart du temps, les galaxies aussi anciennes ont une forme irrégulière. Pourquoi estelle si différente de ses voisines contemporaines ? Les auteurs suggèrent que la présence d’une galaxie naine à proximité l’aurait protégée des turbulences à l’origine des déformations. D. Law et al., Nature, 487, 338, 2012.

Météorites gauchères Certaines molécules organiques dites chirales existent sous deux configurations spatiales gauche (ou L) et droite (ou D), symétriques mais non superposables. La vie sur Terre a privilégié l’une de ces formes, notamment pour les acides aminés qui constituent les protéines, présents uniquement sous forme L. Les biologistes voient donc dans un excès d’acides aminés L la preuve de l’existence de processus biologiques. Mais ce marqueur pourrait être abandonné. Après avoir observé un tel excès dans deux acides aminés présents sur une météorite tombée dans le lac Tagish au Canada, une équipe de la NASA a conclu qu’ils n’étaient pas issus d’une réaction biologique. Leurs modes de cristallisation différents des autres acides aminés pourraient en être à l’origine. D. Glavin et al., Meteorit. Planet. Sci., 47, 8, 2012.

sur le web http://alturl.com/k7efx SkEye Planetarium est une application Android qui permet de repérer des étoiles et de calibrer son télescope. 12 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468

Les étoiles massives ont

des relations très rapprochées Interactions stellaires

Une observation d’étoiles massives révèle que celles-ci échangent de la matière plus souvent que prévu.

L

es étoiles de « type O » nous mentaient sur leur âge : on les croyait plus jeunes qu’elles ne le sont. Derrière ces astres de 15 à 60 fois plus massifs que le Soleil, et jusqu’à un million de fois plus brillants, se cache souvent une paire d’étoiles. Lorsque celles-ci sont suffisamment proches, les deux partenaires échangent de la matière, ce qui prolonge la durée de vie de celles qu’on observe. Or, d’après Hugues Sana et ses collègues de l’université d’Amsterdam, la fréquence de ces échanges est plus élevée que ce qu’on pensait [1]. Pour parvenir à cette conclusion, les astronomes ont observé 71 étoiles de type O réparties dans 6 amas stellaires de la Voie lactée. Ils ont d’abord constaté que celles-ci sont plus souvent en couple que prévu. « On estimait que la moitié des étoiles massives étaient binaires. En réalité, 69 % d’entre elles le seraient », précise Hugues Sana. Vampires. Les mesures réalisées leur ont permis de calculer les paramètres de leurs orbites tels que la distance séparant les deux étoiles d’un couple ou le rapport entre leurs masses respectives. En entrant ces données dans un modèle numérique simulant l’évolu-

Dans certains systèmes stellaires binaires, comme sur cette vue d’artiste, une des étoiles absorbe l’enveloppe d’hydrogène de sa compagne et devient plus brillante, ce qui fausse l’estimation de son âge. © ESO

tion de ces couples stellaires, les astronomes ont constaté que les binômes sont très serrés, ce qui favorise d’éventuels transferts de matière. Plus de 80 % des couples observés échangent de la matière, soit bien plus que les 10 % à 20 % estimés jusqu’ici. Deux types d’échanges de matière sont observés, selon la distance qui sépare les étoiles. Pour les plus rapprochées, soit un tiers des binômes, il s’agit plus que d’un simple échange : les deux étoiles coalescent en une étoile unique très chaude, de masse importante, et qui devient très lumineuse pendant plusieurs milliers d’années. Elle brille ainsi plus longtemps que les deux étoiles prises séparément. Son devenir exact est inconnu. Les couples moins rapprochés, qui représentent environ la moitié des binômes, entrent dans une relation dite de « vampirisme » : l’une des étoiles absorbe l’enveloppe d’hydrogène de sa partenaire et devient plus grosse et plus chaude. Cet apport d’hydro-

gène lui permet de briller plus longtemps que s’il s’agissait d’une étoile unique de même masse, ce qui la fait apparaître plus jeune. « Ces interactions et leurs conséquences sur l’estimation de l’âge des étoiles nous étaient connues, mais nous les tenions pour exceptionnelles. Il faudra désormais prendre en compte leur fréquence réelle lorsque nous calculons l’âge d’un amas d’étoiles », prévoit Hugues Sana. Ces échanges de matière pourraient aussi expliquer les propriétés de certaines supernovae de type I. Environ un tiers de ces explosions d’étoiles libèrent en effet très peu d’hydrogène, sans que l’on sache à quel type d’étoiles attribuer ce déficit. Or, une proportion similaire d’étoiles de type O perdent l’intégralité de leur enveloppe d’hydrogène au profit de leur partenaire vampire. Ces étoiles « vampirisées » sont donc de bonnes candidates pour être à l’origine de telles supernovae. n Fabien Goubet [1] H. Sana et al., Science, 337, 6093, 2012.


ObservatiOn Première détection d’un filament

de matière noire

© dr

Questions à l’expert

Yannick Mellier est astronome. Spécialiste des lentilles gravitationnelles, il travaille à l’Institut d’astrophysique de Paris. Des astronomes ont observé un nouveau type de structure cosmique. De quoi s’agit-il ? Y.M. Jörg Dietrich et son équipe de l’Observatoire de Munich ont observé un filament de matière de plusieurs millions d’années-lumière de long sur quelques annéeslumière de diamètre [1]. Il relie les amas de galaxies Abell 222 et 223 situés à 2,7 milliards d’annéeslumière de la Terre. Cela confirme une hypothèse du modèle standard de la cosmologie, selon laquelle

la matière ne serait pas répartie uniformément dans l’Univers. Elle serait organisée hiérarchiquement en un réseau composé notamment de zones très denses, les amas de galaxies, reliées entre elles par des filaments de moindre densité. Jusqu’à présent, l’existence d’une telle « toile cosmique » et ses propriétés avaient uniquement été prédites par des modèles statistiques. Ceux-ci prévoient en outre que non seulement les filaments seraient constitués de matière ordinaire (des gaz chauds et des galaxies) mais aussi de matière noire, substance invisible dont la nature demeure inconnue mais qui représente 80 % de l’Univers. Comment ont-ils détecté ce filament ? Y.M. Ils ont utilisé la méthode de lentille gravitationnelle. On sait, depuis les travaux d’Albert

recueillis par F.G. [1] J. dietrich et al., Nature, 487, 202, 2012.

Nouvelle lune pour Pluton

Nix

© NASA, ESA, ANd M. SHOWALTEr (SETI INSTITUTE)

attendre sa détection directe, ou bien sa production dans un accélérateur de particules. Elle permet en revanche de réaliser la première cartographie de sa distribution entre deux amas de galaxies. En outre, il faut impérativement confirmer ces résultats car des études similaires ont déjà été invalidées ces dernières années. Les déformations attribuées aux lentilles gravitationnelles étaient si faibles qu’on ne pouvait totalement exclure qu’il ne s’agissait pas de bruits de fond ou d’erreurs de mesure. Une fois ces vérifications effectuées, les astrophysiciens pourront alors étudier les propriétés de ce filament telles sa densité, la distribution de la matière noire en son sein, ou l’évolution de sa composition dans le temps. n propos

zoom

Pluton le 7 juillet 2012

Hydra

Einstein, que la gravité courbe la trajectoire des rayons lumineux. Ainsi, une galaxie située derrière un amas de matière nous paraît déformée. La matière noire, sensible à la force de gravitation, est aussi détectable grâce à ce phénomène. Les astronomes, qui suspectaient la présence d’un filament cosmique entre les deux amas, ont étudié la déformation de plus de 40 000 galaxies en arrière-plan de cette région, ce qui a permis de cartographier le filament. Celui-ci semble constitué pour 20 % de matière ordinaire, et de matière noire pour 80 %. Ce résultat renseigne-t-il sur la nature des particules constituant la matière noire ? Y.M. Non, cette observation ne révèle pas la nature de la matière noire. Il faudra pour cela

P5

Pluton

Charon

80 500 kilomètres

P4

Et de cinq. Il faudra désormais ajouter P5 à la liste des lunes de Pluton. Sur cette image livrée par le télescope spatial Hubble, P5 est située entre les lunes nyx et Hydra, au centre du cercle vert. De forme irrégulière, cette nouvelle lune est en orbite à environ 95 000 kilomètres de Pluton, et son diamètre est estimé entre 10 et 25 kilomètres. Cette découverte devrait apporter des éléments nouveaux aux théories proposant une explication de la formation de Pluton et de ses satellites. L’une d’entre elles suggère que cet ensemble de corps célestes serait issu d’une gigantesque collision entre Pluton et un astéroïde, il y a plusieurs milliards d’années. Il faudra attendre 2015 et le survol de cette région par la sonde américaine new Horizons pour obtenir de meilleures images. M. Showalter et al., ApJ, à paraître. nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 13


savoirs

Dossier

© olivier schwartz/sPl/cosMos

Les nouvelles voie

Cette cellule immunitaire (un lymphocyte T, en rose) va pouvoir détecter un intrus après la présentation d’une de ses molécules par une cellule dendritique (en bleu). 40 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468


s de l’immunité

C

est une idée bien ancrée dans les esprits : le système immunitaire défend l’organisme contre les entités étrangères, en les rejetant. C’est même ainsi qu’on le définit. Pourtant, la frontière entre rejet et acceptation n’est pas si nette. Les contreexemples ne manquent pas. Comment expliquer qu’une mère ne rejette pas son fœtus, alors qu’il lui est à demi étranger ? Comment expliquer que le corps humain, non seulement accepte, mais ne puisse se passer des milliards de bactéries avec lesquelles il vit en symbiose ? Tous ces paradoxes sont de mieux en mieux compris. Et poussent à explorer de nouvelles frontières : par exemple, transformer le système immunitaire pour qu’il accepte de façon durable un organe étranger. ■■Dossier préparé par Cécile Klingler

1 Des greffes sans immunosuppresseur par Anne Debroise

2 Les lymphocytes T, des défenseurs bien entraînés 3 Sans microbes, pas d’immunité efficace par Jean-Philippe Braly 4 Pourquoi la mère ne rejette pas le fœtus par Cécile Klingler nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 41


savoirs

> Les nouvelles voies de l'immunité • 2

2 • Les lymphocytes T, des Pourquoi le système immunitaire n’attaque-t-il pas l’organisme ? Parce que ses principales cellules de défense sont soigneusement sélectionnées et maintenues sous contrôle. 1. Le parcours des lymphocytes T

Pré-lymphocytes T

Multiplication des précurseurs Récepteur TCR

Organes lymphoïdes primaires Amygdale

Organes lymphoïdes secondaires

Lymphocyte T CD4+ effecteur «naïf» Lymphocyte T CD4+ régulateur «naturels»

Thymus Ganglions lymphatiques Lymphocytes T

Précurseurs des lymphocytes T

Lymphocyte T régulateur

Lymphocyte T CD4+ «naïf» Rate

Inhibition

Follicules lymphoïdes Plaques de Peyer Appendice Moelle osseuse

Cellule dendritique

Antigène étranger

Cytokines

ACTIVATION Les Lymphocytes t sont des cellules du système immunitaire « adaptatif », qui permet à l’organisme de lutter spécifiquement contre tel ou tel intrus. Ils descendent de cellules précurseurs produites dans la moelle osseuse. Ces précurseurs migrent dans le thymus (en orange), où ils sont sélectionnés. Devenus des lymphocytes T, ils migrent vers les organes lymphoïdes périphériques (en vert), où ils sont activés. Ils agissent soit dans ces organes, soit au niveau des sites d’inflammation ou d’infection. texte CéCile Klingler, aveC la Collaboration de Joost van MeerwiJK, de l’université de toulouse, et du Centre de physiopathologie de toulouse-purpan. © infographie sylvie dessert

46 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468

Les Lymphocytes t cD4+ « naïfs » sont activés dans les organes lymphoïdes secondaires, si une cellule dendritique leur présente un antigène inconnu. L’activation s’effectue par contact entre les deux cellules, sous l’effet de substances qu’elles produisent, nommées cytokines. Selon les cas, le lymphocyte T naïf se différencie en lymphocyte Th1, Th2 ou Th17, ou en lymphocyte T régulateur « induit ».


défenseurs bien entraînés 2. Les lymphocytes T sont d’abord sélectionnés Cellule épithéliale du thymus

CMH ou Éliminés

Sélectionnés

Cellule présentatrice d‘antigène

Sélectionnés

Dans le thymus, les précurseurs évoluent en prélymphocytes T munis d’un récepteur appelé TCR (en bleu). Ces pré-lymphocytes subissent une première sélection, au contact des cellules épithéliales du thymus. Celles-ci portent à leur surface des molécules appelées CMH (complexe majeur d’histocompatibilité, en vert), qui caractérisent l’organisme sur le plan immunologique. Seuls les pré-lymphocytes dont le récepteur reconnaît un CMH de l’organisme survivent.

Antigène du soi

Éliminés

Ces prélymphoCytes subissent une seconde sélection. Des cellules spécialisées leur présentent, grâce à leur CMH, différentes molécules de l’organisme : les antigènes du « soi ». Seuls les prélymphocytes qui ne reconnaissent pas le complexe CMH-antigène du soi survivent. Devenus des lymphocytes matures (ici des T CD4+ effecteurs et des T CD4+ régulateurs), ils migrent vers les organes lymphoïdes secondaires.

3. Ils sont activés face à des intrus et maintenus sous contrôle les lymphoCytes t régulateurs « naturels » modèrent la réponse immunitaire. Par exemple, ils empêchent les lymphocytes T effecteurs naïfs de s’activer, si l’antigène présenté est un antigène de l’organisme. Ils peuvent aussi inhiber les lymphocytes effecteurs Th1, Th2 ou Th17, ainsi que d’autres cellules immunes.

Inhibition lymphoCytes t CD4+ « aCtivés »

Selon les cytokines Lymphocyte Th1

Lymphocyte T régulateur «induit»

les lymphoCytes t régulateurs inDuits peuvent inhiber les lymphocytes effecteurs Th1, Th2 ou Th17. Ce faisant, ils empêchent une réaction immunitaire excessive, susceptible de nuire à l’organisme.

les lymphoCytes th1 luttent contre les pathogènes intracellulaires (virus, bactéries, parasites). Ils activent des cellules appelées macrophages, qui absorbent et détruisent les pathogènes et les cellules infectées. Leur action incontrôlée est mise en cause dans certaines maladies auto-immunes.

Lymphocyte Th2

les lymphoCytes th2 interviennent dans la protection de l’organisme contre les parasites extracellulaires. Ils activent d’autres lymphocytes, les lymphocytes B, qui produisent des anticorps spécifiques des intrus. Leur action incontrôlée est mise en cause dans les allergies et l’asthme.

Lymphocyte Th17

les lymphoCytes th17 interviennent dans la protection de l’organisme contre les bactéries et les champignons extracellulaires. Ils stimulent des cellules appelées neutrophiles, qui absorbent et détruisent ces intrus. Leur action incontrôlée est mise en cause dans certaines maladies auto-immunes.

Inhibition

nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 47


savoirs

>>Les nouvelles voies de l'immunité • 4

4 • Pourquoi la mère ne rejette pas le fœtus D’après les règles immunologiques, l’embryon, à moitié étranger pour la mère, devrait être rejeté. Au contraire, c’est parce qu’il est étranger qu’il est accepté. par Cécile

Klingler, journaliste à La Recherche.

Cet embryon humain de 6 à 7 semaines, qui mesure moins de 2 centimètres, flotte dans le sac amniotique. Il est relié au placenta (en bas), qui sert d’interface avec la mère, par le cordon ombilical (au centre, à gauche). © dr G. MOSCOsO/science photo library 52 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468

P

ourquoi l’embryon n’est-il pas rejeté par sa mère ? Il le devrait pourtant. En effet, les molécules qui constituent sa « carte d’identité immunologique » sont, pour moitié, codées par des gènes lui venant de son père. Pour le système immunitaire de sa mère, il est donc à moitié étranger. Il l’est même totalement dans deux cas : lorsqu’il est conçu par fécondation in vitro FIV avec don d’ovocyte, ou lorsqu’il grandit dans le ventre d’une mère porteuse. Or, l’immunologie « classique » ne considère-t-elle pas que le système immunitaire rejette ce qui lui est étranger ? Longtemps restée sans réponse, l’énigme est aujourd’hui en passe d’être résolue. Avec à la clé, un constat étonnant : pour qu’une grossesse se passe bien, il faut paradoxalement que les cellules immunitaires de la mère détectent l’étranger qui est en elle. « Cet étranger, ce n’est pas le fœtus lui-même, rappelle Philippe Le Bouteiller, spécialiste de l’immunité de la gestation au centre de physiopathologie de Toulouse-Purpan. Car il n’est jamais directement en contact avec les tissus maternels. Il en est séparé par un tissu appelé trophoblaste, qui sert d’interface. » Trophoblaste et fœtus ont la même origine : l’embryon âgé de 5 ou 6 jours, une sphère quasi creuse à l’exception d’un petit amas de cellules accolé à l’enveloppe. L’amas, ou « bouton embryonnaire », donne le fœtus. Le trophoblaste, lui, dérive de l’enveloppe. Son rôle est décisif : ce sont les cellules du trophoblaste qui permettent à l’embryon de pénétrer dans la muqueuse utérine. Ce sont elles, également, qui forment la partie fœtale du placenta, où certaines sont en contact avec le sang maternel, et d’autres avec la muqueuse utérine, qu’elles envahissent [fig. 1]. C’est là, à la jonction entre le trophoblaste et la muqueuse utérine, que tout se joue. Car les cellules du trophoblaste ne sont pas « invisibles » sur le plan immunologique. Certes, elles sont plus discrètes que les cellules adultes : on ne trouve à leur surface qu’une fraction des molécules qui constituent la « carte d’identité immunologique » de chacun de nous, les molécules du CMH, le complexe majeur d’histocompatibilité. Les molécules


Dialogue entre cellules. Or, c’est exactement

ce qui se passe ! « Durant le premier trimestre de la grossesse, la muqueuse utérine se transforme considérablement, explique Philippe Le Bouteiller. Y compris sur le plan immunologique. On constate en particulier un afflux de cellules “tueuses” dites NK (natural killer). Elles constituent environ 70 % des cellules immunitaires maternelles présentes, soit un pourcentage beaucoup plus important que dans la circulation sanguine. » Le nom de ces cellules veut tout dire : leur rôle est de tuer. Tuer les cellules qui expriment des marqueurs étrangers. Pourtant, dans la muqueuse utérine, elles ne le font pas. Pourquoi ? « Parce qu’un dialogue s’instaure entre les cellules immunitaires maternelles et les cellules du trophoblaste, répond Philippe Le Bouteiller. Un dialogue, pas un combat. » À tout dialogue son langage, et celui-ci passe par des molécules. L’une d’elles a suscité un très vif intérêt au cours des années 1990, au point

L’essentiel > Le fœtus est repéré par le système immunitaire maternel, car le placenta exprime à sa surface des molécules d’origine paternelle.

> Les ceLLuLes immunitaires maternelles de la muqueuse utérine ne l’attaquent pourtant pas, car leur potentiel toxique est inhibé.

> certaines de ces ceLLuLes, au contact des marqueurs paternels, changent même de rôle : elles deviennent bénéfiques, et sont indispensables au bon déroulement de la grossesse.

Fig.1 Le placenta, zone de contacts Muscle utérin

Sang maternel

Cellules NK Cellules trophoblastiques

Artère spiralée Sang maternel Placenta

Muqueuse utérine Espace intervilleux Villosité placentaire

Sang fœtal

Fœtus Sang fœtal

Le fœtus, ici âgé d’une dizaine de semaines, n’est pas directement en contact avec les tissus maternels (en bleu). L’interface est assurée par le placenta, au niveau des villosités placentaires. Celles-ci sont formées d’un tissu d’origine embryonnaire appelé trophoblaste. Certaines cellules trophoblastiques (en rose) ancrent les villosités dans la muqueuse utérine. Elles y sont au contact des cellules immunitaires maternelles (en vert) qui affluent dans la muqueuse.

d’être considérée par certains comme « la » molécule responsable de l’acceptation du fœtus par la mère : la molécule HLA-G, dont on a découvert qu’elle inhibe les cellules NK. Lorsque l’équipe de Robert DeMars, de l’université du Wisconsin, la met en évidence en 1990, c’est la première molécule du CMH repérée au niveau du trophoblaste humain [1]. D’où l’hypothèse que HLA-G pourrait jouer un rôle dans la protection du placenta vis-à-vis du rejet. L’hypothèse se révèle exacte, et le mécanisme mis en œuvre est élucidé au fil des années 1990, en particulier par l’équipe d’Edgardo Carosella, du service d’immuno-hématologie de l’hôpital SaintLouis, à Paris. Des expériences sont menées avec des lignées de cellules humaines en culture, ainsi qu’avec des placentas issus d’IVG. Elles montrent que HLA-G se fixe à un récepteur de type inhibiteur situé à la surface des cellules tueuses. Cette fixation bloque la libération des substances grâce auxquelles ces cellules détruisent leurs cibles. Voilà qui explique tout ? Non. Car dans le même temps, on découvre que les cellules invasives du trophoblaste humain expriment une autre molécule du CMH : le marqueur HLA-C. Or ce marqueur est susceptible d’attirer et d’activer une autre catégorie de cellules immunitaires potentiellement néfastes, les lymphocytes cytotoxiques T CD8. Ce n’est pourtant pas le cas : les lymphocytes T CD8 sont peu nombreux dans la muqueuse >>> nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 53

© infographie Sylvie deSSert - Source : v.B Zeldovich et al., ploS pathogenS, août 2012.

du CMH dit de « classe II », qui interviennent dans l’activation de toute une catégorie de lymphocytes, sont absentes. De même que, dans le trophoblaste humain, les principales molécules du CMH dit de « classe I » : les molécules HLA-A et HLA-B, qui jouent un rôle décisif dans le rejet de greffe. Mais à défaut d’exprimer HLA-A et HLA-B, les cellules du trophoblaste qui sont au contact de la muqueuse utérine expriment tout de même le marqueur HLA-C et des marqueurs peu courants chez les cellules adultes : HLA-G (également produit sous forme soluble) et HLA-E. De quoi attirer l’attention des cellules immunitaires maternelles.


savoirs

Archéologie

Le laiton produit en masse au Moyen Âge

A

d’environ 900 °C est nécessaire. Or, à cette température, le zinc se volatilise. Ce n’est qu’au milieu du XVIIIe siècle que des méthodes pour récupérer le zinc sous forme métallique furent mises au point en Europe. Elles consistent à distiller et à condenser le zinc gazeux.

par David Bourgarit du centre de recherche et de restauration des Musées de France, et Nicolas Thomas de l’Institut national de recherches archéologiques préventives.

La cémentation. Voilà pourquoi les fondeurs du Moyen Âge ont recours à un autre procédé, plus complexe : la cémentation. Ils placent du minerai de zinc broyé, du charbon de bois pilé et des morceaux de tôle de cuivre dans un creuset – vase en céramique servant à la fois de contenant et de réacteur. Ils font ensuite chauffer ce dernier au-delà de 900 °C. Le carbonate de zinc du minerai se décompose rapidement pour libérer de l’oxyde de zinc. Au contact du carbone apporté par la poudre de charbon de bois, cet oxyde se transforme en zinc métallique, sous forme gazeuse par une réaction chimique appelée réduction. Il pénètre alors peu à peu dans le cuivre, qui demeure solide, du moins au début de l’opération, formant ainsi le laiton. Au début de nos recherches, c’était à peu près tout ce que nous savions sur le procédé médiéval. Le Diversarum artium schedula, écrit par le moine Théophile dans les premières décennies du XIIe siècle, décrit l’enchaînement des opérations et donne en plus quelques conseils pratiques. Mais, comme d’autres traités de métallurgie anciens, il ne contient que très peu de données quantitatives. Ces textes ne disent rien au sujet de paramètres aussi essentiels que la température à laquelle doit être maintenu le

la fin du Moyen Âge, en Europe, un matériau métallique, alliage de cuivre et de zinc, fait fureur : le laiton. Les populations de l’époque sont séduites par sa couleur jaune et brillante, qui rappelle l’aspect de l’or. Entre le XIIIe et le XVe siècle, les quantités d’objets en laiton, ainsi que le nombre d’ateliers et d’artisans engagés dans sa production explosent. Cet engouement a fait la prospérité de deux villes de la vallée de la Meuse dans l’actuelle Belgique, Dinant et Bouvignes, qui se mettent à en produire de manière quasi industrielle. Le laiton, et plus généralement les alliages à base de cuivre, arrive alors dans presque toutes les maisons. Ces alliages deviennent la matière première des chaudrons, chaudières, aiguières, et autres vaisselles qui concurrencent alors les récipients en céramique. Jusqu’à présent, les historiens considéraient que le laiton constituait à l’époque une sorte d’or factice et bon marché. Comme de nos jours, il n’aurait pas eu de valeur particulière.

62 • La Recherche | octobre 2012 • nº 468

Ce chandelier en laiton du XIIIe siècle, conservé au musée national du Moyen Âge, à Paris, était un objet de luxe. Le métal était en effet coûteux à produire. Nos travaux récents viennent nuancer cette hypothèse [1]. Nous avons en effet analysé et reproduit les techniques utilisées par les fondeurs médiévaux. Nous en avons conclu que le laiton était en fait un métal coûteux à produire. Son essor s’explique alors par la rationalisation des procédés de fabrication et par la production d’une gamme de laitons de diverses qualités Aujourd’hui, pour fabriquer du laiton, il suffit de mélanger du cuivre et du zinc. Mais au XIIIe siècle, ce n’était pas aussi simple. Et pour cause : les fondeurs médiévaux ne connaissaient pas le zinc à l’état de métal. Pour obtenir ce métal à partir d’un minerai, telle la calamine, un carbonate de zinc, une température minimale

© C2RMF. D. BAGAULT/MUSéE NATIONAL DU MOYEN-âGE - THERMES DE CLUNY, INVENTAIRE N° CL 14577

L’Europe médiévale a connu un engouement pour un alliage très spécial : le laiton. Des tests en laboratoire et la reproduction grandeur nature des procédés de fabrication de l’époque expliquent cet essor.


© NICOLAS THOMAS ET DAVID BOURGARIT

Cette réplique de grand four médiéval a permis de reproduire les étapes de la fabrication du laiton. Ces reconstitutions ont notamment montré que plusieurs personnes étaient nécessaires pour le bon déroulement des opérations. creuset, la durée de l’opération, ou encore le rendement que pouvaient espérer les métallurgistes du Moyen Âge. Quant aux vestiges archéologiques, qui proviennent en grande partie de la région de Dinant et de Bouvignes, ce sont principalement des restes de fours, dont ne subsistent au mieux que des fondations enterrées, et des restes de creusets en céramique. Ils nous livrent des renseignements précieux sur la taille et le type de four utilisé, sur l’organisation de l’atelier dans l’espace, mais peu de chose, jusqu’ici, sur la fabrication elle-même. Pour comprendre comment les fondeurs procédaient, le meilleur moyen était de simuler expérimentalement le procédé ancien. Nous avons choisi une approche inédite : coupler des tests en laboratoire et des expérimentations en conditions réelles, proches de celles des ateliers médiévaux. Pourquoi cette double approche ? D’après les vestiges archéologiques et les textes anciens, nous avions plusieurs hypothèses sur la façon de procéder des

fondeurs médiévaux. Seulement, pour déterminer quelle était la plus plausible, il nous fallait tester un grand nombre de paramètres, ce qui nécessitait d’effectuer des centaines d’opérations. Une démarche matériellement impossible sur le terrain. De plus, pour répondre à toutes nos

L’essentiel >>les historiens pensaient que

le laiton était un matériau peu cher à produire, considéré comme « l’or bon marché » du Moyen Âge.

>>L’analyse des vestiges et la simulation des procédés utilisés par les fondeurs médiévaux montrent que la fabrication de cet alliage était, en fait, coûteuse. >>Seule une rationalisation de la production industrielle explique l’essor de ce matériau à l’époque.

questions, nous avions aussi besoin d’un modèle physico-chimique de la fabrication du laiton au Moyen Âge qui décrive, entre autres, les vitesses des différentes réactions chimiques, les transferts de chaleur qui s’y produisent. Les tests en laboratoire sont pour cela plus adaptés, et surtout permettent un contrôle des paramètres beaucoup plus précis que les simulations sur le terrain.

Réplique de fours médiévaux. En revanche, il reste difficile d’extrapoler certaines données clés à partir des tests sur quelques litres réalisés dans le petit four du laboratoire. Par exemple, on ne peut pas déterminer exactement quelle était la durée de l’opération dans les fours médiévaux d’environ un mètre de diamètre et pouvant atteindre plusieurs mètres de haut, ni estimer le nombre de personnes nécessaires pour réaliser telle ou telle opération. Nous voulions également évaluer dans quelle mesure les différents paramètres physiques mis en jeu – température, pression ­partielle* >>> nº 468 • octobre 2012 | La Recherche • 63


La Recherche n°468 - Les nouvelles voies de l'immunité