Un tardigrade capturé au microscope électronique. Malgré leur taille minuscule, ils contiennent une abondance de secrets biologiques. Crédit :S Tanaka, H Sagara, T Kunieda.
Certaines espèces de tardigrades, ou ours d'eau comme on appelle aussi ces minuscules créatures aquatiques, peuvent survivre dans différents milieux souvent hostiles voire mortels à la plupart des formes de vie. Pour la première fois, des chercheurs décrivent un nouveau mécanisme qui explique comment certains tardigrades peuvent endurer une déshydratation extrême sans mourir. Ils ont exploré les protéines qui forment un gel lors de la déshydratation cellulaire. Ce gel se raidit pour soutenir et protéger les cellules des contraintes mécaniques qui les tueraient autrement. Il a également été démontré que ces protéines fonctionnent dans les cellules d'insectes et présentent même une fonctionnalité limitée dans les cellules humaines cultivées.
Les tardigrades attirent souvent l'attention sur eux, bien qu'ils soient si petits. Leur incroyable capacité à survivre dans des situations qui tueraient la plupart des organismes a captivé l'imagination du public. On pourrait facilement imaginer qu'en décodant leurs secrets, nous pourrions appliquer les connaissances à nous-mêmes pour rendre les humains plus résistants aux températures extrêmes, aux pressions et même à la déshydratation. Ce n'est que de la science-fiction pour l'instant, mais néanmoins, les chercheurs, également captivés par les créatures microscopiques, cherchent à comprendre les mécanismes responsables de leur robustesse, car cela pourrait également apporter d'autres avantages.
"Bien que l'eau soit essentielle à toute vie que nous connaissons, certains tardigrades peuvent vivre sans elle pendant des décennies. L'astuce réside dans la façon dont leurs cellules gèrent ce stress pendant le processus de déshydratation", a déclaré le professeur agrégé Takekazu Kunieda de l'Université de Tokyo. Département des sciences biologiques.
"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 solubles dans la chaleur (CAHS), uniques à les tardigrades, sont chargés de protéger leurs cellules contre la déshydratation."
Des recherches récentes sur les protéines CAHS révèlent qu'elles peuvent détecter le moment où la cellule qui les encapsule se déshydrate, et c'est à ce moment-là qu'elles entrent en action. Les protéines CAHS forment des filaments ressemblant à des gels lorsqu'elles sèchent. Ceux-ci forment des réseaux qui soutiennent la forme de la cellule lorsqu'elle perd son eau. Le processus est réversible, de sorte que lorsque les cellules tardigrades se réhydratent, les filaments se retirent à une vitesse qui ne cause pas de stress excessif sur la cellule. Fait intéressant cependant, les protéines ont montré le même type d'action même lorsqu'elles ont été isolées à partir de cellules tardigrades.
"Essayer de voir comment les protéines CAHS se comportaient dans les cellules d'insectes et humaines présentait des défis intéressants", a déclaré l'auteur principal Akihiro Tanaka, étudiant diplômé du laboratoire. "D'une part, afin de visualiser les protéines, nous devions les colorer afin qu'elles apparaissent sous nos microscopes. Cependant, la méthode de coloration typique nécessite des solutions contenant de l'eau, ce qui confond évidemment toute expérience où la concentration en eau est un facteur que l'on cherche à Nous nous sommes donc tournés vers une solution à base de méthanol pour contourner ce problème."
La recherche sur les mécanismes liés à la conservation à sec des cellules ou des organismes pourrait avoir de nombreuses applications futures. Kunieda et son équipe espèrent que grâce à ces nouvelles connaissances, les chercheurs pourraient trouver des moyens d'améliorer la conservation des matériaux cellulaires et des biomolécules à l'état sec. Cela pourrait prolonger la durée de conservation du matériel utilisé pour la recherche, des médicaments dont la date de péremption est courte ou peut-être même des organes entiers nécessaires aux greffes.
Image au microscope électronique à balayage du tardigrade déshydraté, Ramazzottius varieornatus. Crédit :Tanaka S, Sagara H, Kunieda T
"Tout sur les tardigrades est fascinant. L'extrême variété d'environnements auxquels certaines espèces peuvent survivre nous amène à explorer des mécanismes et des structures jamais vus auparavant. Pour un biologiste, ce domaine est une mine d'or", a déclaré Kunieda. "Je n'oublierai jamais le jour de l'An 2019, lorsque j'ai reçu un e-mail de Tomomi Nakano, une autre auteure de l'article. Elle travaillait tard pour essayer de voir la condensation des protéines CAHS et a observé les premiers réseaux de filaments CAHS dans des cellules humaines cultivées. . J'ai été étonné de voir des images microscopiques aussi clairement définies de ceux-ci. C'était la première fois que je voyais une telle chose. C'était vraiment une très bonne année !"
