Une avancée majeure dans la compréhension des processus de vieillissement : le modèle d’Escherichia coli

Comment l’évolution et le hasard définissent conjointement le vieillissement cellulaire et la longévité des populations.

Deux principales explications, apparemment contradictoires, sont souvent utilisées pour décrire les processus de vieillissement des organismes vivants :

• Le vieillissement en tant que processus stochastique d’accumulation des dommages et de réduction des redondances ;
• Le vieillissement en tant que composante d’une stratégie du cycle de vie affinée par sélection naturelle.

Ces deux postulats théoriques font des prédictions quantitatives sur la façon dont le vieillissement augmente la probabilité de décès. A ce jour, les études réalisées pour étudier les différents processus de vieillissement des êtres vivants ont été menées principalement sur des modèles animaux, sans pour autant que les deux théories précédemment citées ne soient limitées aux seuls métazoaires. Cependant, utiliser la bactérie Escherichia coli comme organisme modèle d’étude des mécanismes du vieillissement présenteraient de nombreux avantages :

• de travailler sur un organisme simple dont la physiologie est bien connue avec une durée de vie relativement courte;
• de mener des expériences sur une population clonale et de s’affranchir, ainsi, de la diversité génétique;
• de réaliser les expériences dans un environnement contrôlé et homogène, identique pour toutes les expériences.;
• de suivre les études sur l’intégralité de la vie des organismes étudiés.
• d’augmenter significativement la taille des cohortes suivies;

Dans un article publié dans Science Advances, les Drs Yifan Yang, Ariel Lindner et collaborateurs (INSERM, CRI, Université de Paris), décrivent la dynamique de mortalité chez E. coli sous le prisme des deux théories du vieillissement en se focalisant sur la dynamique des probabilités de mort. Ils montrent que la loi Gompertz de vieillissement exponentiel déjà observé chez les humains (et d’autres animaux) s’applique également aux protozoaires comme la bactérie E. coli.

Pour cette étude, l’équipe interdisciplinaire a développé une nouvelle approche lab-on-chip à l’échelle sous-micron pour l’isolation et l’observation de plusieurs milliers de bactéries individuelles en temps réel (voir graphiques). Ainsi, en dissociant le taux de vieillissement des composantes de la longévité indépendantes de l’âge, les chercheurs démontrent que l’augmentation du maintien cellulaire par la voie générale de réponse au stress réduit le taux de vieillissement au détriment de la croissance cellulaire.

Pour cette étude, l’équipe interdisciplinaire a développé une nouvelle approche lab-on-chip à l’échelle sous-micron pour l’isolation et l’observation de plusieurs milliers de bactéries individuelles en temps réel (voir graphiques). Ainsi, en dissociant le taux de vieillissement des composantes de la longévité indépendantes de l’âge, les chercheurs démontrent que l’augmentation du maintien cellulaire par la voie générale de réponse au stress réduit le taux de vieillissement au détriment de la croissance cellulaire.

Ce compromis entre le vieillissement et la croissance sous-tend l’adaptation évolutive du taux de vieillissement au mode de vie bactérien fait de festins ou de famines, ainsi qu’à son environnement
(voir graphique).

Cette étude ouvre la voie vers de nouvelles possibilités de recherches interdisciplinaires sur le vieillissement en prenant notamment dans les domaines de la biologie systémique, biologie de l’évolution ou bien encore la dynamique des populations pour étendre les résultats observés aux organismes vivants supérieurs.Ils ouvrent ainsi la voie à de nouvelles avancées en matière de compréhension du mécanisme fondamental sous-jacent à la loi universelle du vieillissement de Gompertz.

Cette étude a été réalisée dans le cadre de la Chaire Axa Approche systémique des différences individuelles en matière de longévité.

Illustrations graphiques

[Gauche] cycle de vie bactérien selon le mode “festins et famines” [Droite] (A): Laboratoire-sur-puce de réseau cellulaire (bactéries bleues conservées dans des chambres individuelles sous flux)
(B) Réseaux cellulaires – vue du dessus (vert/rouge – cellules vivantes/mortes) ; barre d’échelle blanche = 10 microns
(C )séries chronologiques de quatre cellules (D) Courbe de survie d’E. Coli (temps en heures). Vidéo disponible sur demande

A propos du CRI

Le Centre de Recherches Interdisciplinaires (CRI) expérimente et promeut de nouvelles façons d’apprendre, d’enseigner, de faire de la recherche et de mobiliser l’intelligence collective dans les domaines des sciences du vivant, de l’apprendre et du numérique pour relever les défis mondiaux.

Le CRI favorise une pédagogie innovante en plaçant les étudiants au cœur de leur propre apprentissage par le biais d’expériences pédagogiques de recherche dans différents programmes qui vont de l’école maternelle au lycée avec Savanturiers – Ecole de la recherche, et de la licence au doctorat et s’étendent tout au long de la vie, au sein de l’Université de Paris. Au cœur de l’activité du CRI se trouvent les laboratoires de l’IIFR -Institut Innovant de Formation par la Recherche qui conseillent, conçoivent, prototypent et produisent des outils pour des projets de recherche et une pédagogie innovante.

Son collaboratoire de recherche, affilié à l’Université de Paris, a pour but de transcender les barrières entre les disciplines, la science et la société en facilitant le passage d’une recherche scientifique fermée à un modèle scientifique ouvert. Les boursiers de recherche poursuivent des projets de recherche visant à relever les défis mondiaux en matière de santé et d’éducation, afin de faire le pont entre la recherche fondamentale et l’impact social, en mettant l’accent sur : la Santé ouverte (de la recherche riche en données au développement de solutions logicielles et matérielles frugales), la Biologie ouverte synthétique et systémique (de la compréhension fondamentale des systèmes vivants aux solutions biotechnologiques et pharmaceutiques ouvertes), l’Apprentissage ouvert (de la compréhension de l’apprentissage aux paradigmes homme-machine), l’IA ouverte (comprendre et façonner la transition numérique actuelle en contexte d’apprentissage, santé et/ou modèles homme-machine) et la Phronesis ouverte (relever les défis éthiques actuels)

La communauté du CRI avec plus de 40 chercheurs, 350 étudiants et 1000 alumni est située dans un bâtiment autonome au cœur de Paris. Elle a été fondée par François Taddei et Ariel Lindner en 2005 pour créer un environnement ouvert où les étudiants, les partenaires et les chercheurs peuvent collaborer pour construire un monde où l’apprentissage tout au long de la vie est au cœur de notre société.

La Fondation Bettencourt Schueller est un partenaire stratégique de longue date depuis la création de CRI. Le CRI est accompagné par de nombreux partenaires tels que la Mairie de Paris et bénéficie de subventions de la Fondation Axa, de l’Union Européenne, des programmes d’investissements d’Avenir, de l’Agence Nationale de la Recherche, MSD Avenir.

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