Biostase - Biostasis

La biostase ou cryptobiose est la capacité d'un organisme à tolérer les changements environnementaux sans avoir à s'y adapter activement. La biostase se trouve dans les organismes qui vivent dans des habitats qui rencontrent probablement des conditions de vie défavorables, telles que la sécheresse, les températures glaciales, les changements de pH, de pression ou de température. Les insectes subissent un type de dormance pour survivre à ces conditions, appelé diapause . La diapause peut être obligatoire pour que ces insectes survivent. L'insecte peut également être en mesure de subir des changements avant l'arrivée de l'événement initiateur.

Microorganismes

La biostase dans ce contexte est également synonyme d'état viable mais non cultivable . Dans le passé, lorsque les bactéries ne se développaient plus sur les milieux de culture, on supposait qu'elles étaient mortes. Maintenant, nous pouvons comprendre qu'il existe de nombreux cas où les cellules bactériennes peuvent entrer en biostase ou en animation suspendue, ne pas se développer sur les supports et, lors de la réanimation, sont à nouveau cultivables. L'état VBNC diffère de «l'état de survie à la famine» (où une cellule réduit simplement le métabolisme de manière significative). Les cellules bactériennes peuvent entrer dans l'état VBNC à la suite de certains facteurs de stress extérieurs tels que «la famine, l'incubation en dehors de la plage de températures de croissance, des concentrations osmotiques élevées (eau de mer), des concentrations d'oxygène ou une exposition à la lumière blanche» (9). N'importe lequel de ces cas pourrait très facilement entraîner la mort de la bactérie si elle n'était pas capable d'entrer dans cet état de dormance. Il a également été observé que dans certains cas où l'on pensait que les bactéries avaient été détruites (pasteurisation du lait) et causaient plus tard une détérioration ou des effets nocifs pour les consommateurs parce que les bactéries étaient entrées dans l'état VBNC.

Les effets sur les cellules entrant dans l'état VBNC comprennent "le nanisme, les changements dans l'activité métabolique, le transport réduit des nutriments, les taux de respiration et la synthèse macromoléculaire". (9) Pourtant, la biosynthèse se poursuit et des protéines de choc sont fabriquées. Plus important encore, on a observé que les niveaux et la génération d'ATP restent élevés, contrairement aux cellules mourantes qui présentent des diminutions rapides de la génération et de la rétention. Des modifications des parois cellulaires des bactéries à l'état VBNC ont également été observées. Dans E. coli, une grande quantité de réticulation a été observée dans le peptidoglycane. On a également observé que la capacité autolytique était beaucoup plus élevée dans les cellules VBNC que celles qui étaient en état de croissance.

Il est beaucoup plus facile d'induire les bactéries à l'état VBNC et une fois que les cellules bactériennes sont entrées dans l'état VBNC, il est très difficile de les ramener à un état cultivable. "Ils ont examiné la non-culture et la réanimation de Legionella pneumophila et, bien que l'entrée dans cet état ait été facilement induite par la privation de nutriments, la réanimation n'a pu être démontrée qu'après co-incubation des cellules VBNC avec l'amibe, Acanthamoeba Castellani " (9)

La fongistase ou mycostase est un état naturel de VBNC (viable mais non cultivable) trouvé dans les champignons du sol. Watson et Ford ont défini la fongistasie comme «lorsque des propagules fongiques viables, qui ne sont pas soumises à une dormance endogène ou constitutive, ne germent pas dans le sol à leur température favorable ou à des conditions d’humidité favorables ou que la croissance des hyphes fongiques est retardée ou interrompue par des conditions de l’environnement du sol autres que température ou humidité. " (dix). Essentiellement (et principalement observés naturellement dans le sol), plusieurs types de champignons entrent dans l'état VBNC en raison de facteurs de stress extérieurs (température, nutriments disponibles, disponibilité d'oxygène, etc.) ou de l'absence de facteurs de stress observables du tout.

Les recherches en cours

Le 1er mars 2018, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a annoncé son nouveau programme de biostase sous la direction du Dr Tristan McClure-Begley. L'objectif du programme Biostasis est de développer de nouvelles possibilités pour prolonger l' heure d'or chez les patients ayant subi une blessure traumatique en ralentissant le corps humain au niveau cellulaire, en répondant au besoin de temps supplémentaire dans des systèmes biologiques fonctionnant en continu face à une vie catastrophique. -événements menaçants. En tirant parti de la biologie moléculaire, le programme vise à contrôler la vitesse à laquelle les systèmes vivants fonctionnent et à trouver un moyen de «ralentir la vie pour sauver la vie».

Le 20 mars 2018, l'équipe de Biostasis a organisé un webinaire qui, avec une annonce à grande échelle (BAA), a sollicité des propositions de recherche sur cinq ans d'organisations extérieures. Les propositions complètes devaient être présentées le 22 mai 2018.

Approches possibles

Dans son webinaire , la DARPA a présenté un certain nombre d'approches de recherche possibles pour le projet Biostasis. Ces approches sont basées sur des recherches sur la diapause chez les tardigrades et les grenouilles des bois, ce qui suggère qu'une stabilisation sélective de la machinerie intracellulaire se produit au niveau des protéines .

Chaperonage des protéines

En biologie moléculaire, les chaperons moléculaires sont des protéines qui aident au pliage, au dépliage, à l'assemblage ou au désassemblage d'autres structures macromoléculaires . Dans des conditions typiques, les chaperons moléculaires facilitent les changements de forme ( changement conformationnel ) des macromolécules en réponse aux changements de facteurs environnementaux tels que la température , le pH et la tension . En réduisant la flexibilité conformationnelle, les scientifiques peuvent limiter la fonction de certaines protéines. Des recherches récentes ont montré que les protéines sont légères ou capables de faire des tâches en plus de celles pour lesquelles elles ont évolué. De plus, la promiscuité des protéines joue un rôle clé dans l'adaptation des espèces à de nouveaux environnements. Il est possible que trouver un moyen de contrôler le changement conformationnel dans les protéines promiscues pourrait permettre aux scientifiques d'induire la biostase dans les organismes vivants.

Encombrement intracellulaire

L'encombrement des cellules est un aspect critique des systèmes biologiques. Le surpeuplement intracellulaire fait référence au fait que la fonction des protéines et l'interaction avec l'eau sont limitées lorsque l'intérieur de la cellule est surpeuplé. Les organites intracellulaires sont des vésicules liées à la membrane ou des compartiments sans membrane qui compartimentent la cellule et permettent un contrôle spatio-temporel des réactions biologiques. En introduisant ces polymères intracellulaires dans un système biologique et en manipulant l'encombrement d'une cellule, les scientifiques peuvent être en mesure de ralentir le taux de réactions biologiques dans le système.

Protéines désordonnées tardigrades

Les retardigrades sont des animaux microscopiques capables d'entrer dans un état de diapause et de survivre à une gamme remarquable de facteurs de stress environnementaux, notamment la congélation et la dessiccation . La recherche a montré que les protéines intrinsèquement désordonnées dans ces organismes peuvent contribuer à stabiliser la fonction cellulaire et à se protéger contre ces facteurs de stress environnementaux extrêmes. En utilisant l' ingénierie des peptides , il est possible que les scientifiques soient en mesure d'introduire des protéines intrinsèquement désordonnées dans les systèmes biologiques d'organismes animaux plus grands. Cela pourrait permettre aux animaux plus gros d'entrer dans un état de biostase similaire à celui des tardigrades soumis à un stress biologique extrême.

Les références

• Oliver, James D. "L'état viable mais non cultivable dans les bactéries." Le Journal of Microbiology 43.1 (2005): 93-100.
• Fungistase et biostase générale du sol Une nouvelle synthèse Paolina Garbeva, WH Gera Holb, Aad J. Termorshuizenc, George A. Kowalchuka, Wietse de Boer
• Watson, AG, Ford EJ 1972 Fungistasis du sol - une réévaluation. Revue annuelle de phytopathologie 10, 327.