Lorsque les ours et les écureuils terrestres hibernent en hiver, ils cessent de manger, jusqu'au printemps, simplement grâce aux réserves de graisse qu'ils ont accumulées dans leur corps. Habituellement, ce type de jeûne et d'inactivité prolongés réduirait considérablement la masse et la fonction musculaire, mais les hibernants ne subissent pas ce sort. Comment ils l'évitent, cependant, a été un mystère.

Maintenant, dans des recherches publiées dans Science , un biologiste de l'Université de Montréal a compris pourquoi, et ses découvertes pourraient avoir des implications pour l'avenir des voyages spatiaux . En étudiant une variété appelée spermophile à 13 lignes qui est commune en Amérique du Nord, Matthew Regan a confirmé une théorie connue sous le nom de "récupération de l'azote uréique" datant des années 1980.

La théorie postule que les hibernateurs exploitent une astuce métabolique de leurs microbes intestinaux pour recycler l'azote présent dans l'urée, un composé de déchet généralement excrété sous forme d'urine, et l'utilisent pour construire de nouvelles protéines tissulaires.

Comment cette découverte pourrait-elle être utile dans l'espace ? Théoriquement, Regan postule qu'en aidant les astronautes à minimiser leurs propres problèmes de perte musculaire causés par la suppression de la synthèse des protéines induite par la microgravité et qu'ils essaient maintenant de réduire en faisant de l'exercice intensif.

Si l'on pouvait trouver un moyen d'augmenter les processus de synthèse des protéines musculaires des astronautes en utilisant la récupération d'azote uréique, ils pourraient être en mesure d'atteindre une meilleure santé musculaire lors de longs voyages dans l'espace lointain dans des engins spatiaux trop petits pour l'équipement d'exercice habituel, selon l'argument. /P>

"Parce que nous savons quelles protéines musculaires sont supprimées pendant les vols spatiaux, nous pouvons comparer ces protéines avec celles qui sont améliorées par la récupération d'azote uréique pendant l'hibernation", a déclaré Regan, qui a mené cette recherche alors qu'il était postdoctoral à l'Université du Wisconsin-Madison. /P>

Il poursuit maintenant ses travaux grâce à une bourse de recherche de l'Agence spatiale canadienne à l'UdeM, où il a occupé l'an dernier un poste de professeur adjoint de physiologie animale au Département des sciences biologiques.

"Si", a poursuivi Regan, "il y a un chevauchement entre les protéines des vols spatiaux et celles de l'hibernation, cela suggère que ce processus peut avoir des avantages pour la santé musculaire pendant les vols spatiaux."

Un modèle d'hibernation

Dans son étude, Regan a conçu une série de techniques et d'expériences pour étudier les principales étapes du processus de récupération de l'urée et fournir des preuves pour savoir si elles se produisent ou non chez le spermophile à 13 lignes lorsqu'il hiberne.

Pour ce faire, dans leur laboratoire, ils ont injecté dans le sang de leurs écureuils testés de l'urée "à double marquage", ce qui signifie que l'atome de carbone de l'urée était ¹³ C au lieu des ¹² habituels C, et ses atomes d'azote étaient ¹⁵ N au lieu des ¹⁴ habituels N. Ces étiquettes leur ont permis de suivre le carbone et l'azote provenant de l'urée à travers les différentes étapes du processus de récupération de l'azote uréique.

Ce processus, ont-ils découvert, menait du transport initial de l'urée du sang dans l'intestin, à la décomposition de l'urée en ses composants par les microbes intestinaux, au flux de substances - appelées métabolites - contenant de l'azote uréique dans l'animal, et enfin à l'éventuelle apparition de cet azote uréique dans les protéines tissulaires.

"Essentiellement, voir ¹³ C et/ou ¹⁵ N dans les métabolites à ces différentes étapes indiquait qu'ils provenaient de l'urée, et donc, que l'hibernant utilisait la récupération d'azote uréique", a déclaré Regan.

Il a fait ses expériences sur des écureuils avec et sans microbiomes intestinaux à trois moments de l'année :l'été, quand ils étaient actifs et non en hibernation; au début de l'hiver, alors qu'ils étaient à un mois de jeûne et d'hibernation; et la fin de l'hiver, quand ils étaient à quatre mois de jeûne et d'hibernation.

'Preuve claire de récupération d'azote'

Ce qu'ils ont trouvé était définitif :à chaque étape du processus, il y avait des preuves claires de récupération d'azote uréique par les écureuils avec des microbiomes intestinaux intacts.

Il est important de noter que les écureuils avec des microbiomes intestinaux appauvris n'ont montré aucune preuve de récupération d'azote uréique à aucune étape, confirmant que ce processus dépendait entièrement de la capacité des microbes intestinaux à dégrader l'urée, ce que les écureuils eux-mêmes ne peuvent pas faire.

Regan et son équipe ont également fait deux autres découvertes importantes :

• Premièrement, l'incorporation d'azote uréique dans les protéines tissulaires des écureuils était la plus élevée à la fin de l'hiver, ce qui suggère que la récupération de l'azote uréique devient plus active à mesure que la saison d'hibernation avance. Ceci est différent de la plupart des processus physiologiques pendant l'hibernation, lorsqu'ils ont tendance à être considérablement réduits.
• Deuxièmement, il y avait des preuves que les microbes eux-mêmes utilisaient l'azote uréique pour construire leurs propres nouvelles protéines, ce qui leur est utile car, comme l'écureuil, ils sont dans des conditions d'hibernation à jeun. Ainsi, l'écureuil et ses microbes bénéficient de la récupération de l'azote uréique, ce qui fait de ce processus une véritable symbiose.

Ce que cela signifie, a déclaré Regan, c'est que les écureuils sortent de l'hibernation au printemps en bonne forme. Ceci est important car la seule saison d'accouplement de l'année, qui est une période d'activité physique intense pour les mâles et les femelles, se produit directement après leur sortie d'hibernation. La fonction des tissus, en particulier la fonction des tissus musculaires, est donc très importante pour une saison de reproduction réussie.

"En facilitant la synthèse des protéines musculaires à la fin de la saison d'hibernation, la récupération de l'azote uréique peut aider à optimiser la fonction musculaire des écureuils émergents et contribuer à leur succès reproducteur pendant la saison des amours", a déclaré Regan. "La récupération d'azote uréique peut donc améliorer la condition physique globale des animaux."

Masses affamées et personnes âgées

Au-delà des implications pour les voyages spatiaux et la santé des astronautes, la découverte de Regan pourrait avoir des impacts plus immédiats ici même sur Terre, dans les masses affamées du monde sous-développé et chez les personnes âgées.

Des centaines de millions de personnes dans le monde souffrent de fonte musculaire en raison de diverses conditions - la sous-alimentation, par exemple, affecte plus de 805 millions de personnes dans le monde. La sarcopénie est plus répandue au Canada, une diminution de la masse musculaire liée à l'âge résultant d'une insensibilité aux anabolisants qui touche tous les humains, entraînant une diminution de 30 à 50 % de la masse musculaire squelettique entre 40 et 80 ans.

"Les mécanismes par lesquels des mammifères comme le spermophile à 13 lignes ont naturellement évolué pour maintenir l'équilibre protéique dans leurs propres situations limitées en azote peuvent éclairer les stratégies visant à maximiser la santé d'autres animaux limités en azote, y compris les humains", a déclaré Regan. Une solution pourrait être de développer une pilule pré- ou probiotique que les gens pourraient prendre pour promouvoir un microbiome intestinal du type des hibernants comme les écureuils.

"Pour être clair, ces applications, bien que théoriquement possibles, sont encore loin d'être livrées, et beaucoup de travail supplémentaire est nécessaire pour traduire ce mécanisme naturellement évolué de manière sûre et efficace aux humains", a déclaré Regan.

"Mais une chose que je trouve encourageante, c'est qu'une étude du début des années 1990 a fourni des preuves que les humains sont capables de recycler de petites quantités d'azote uréique via ce même processus. Cela suggère que la machinerie nécessaire est en place. Elle doit juste être optimisée. ."