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Le concombre de mer : la réponse de la nature aux défis médicaux modernes

SciTechDaily

Holothurie tubuleuseun concombre de mer méditerranéen, a été établi comme nouvel organisme modèle, promettant des progrès dans la recherche génétique et les efforts de conservation.

Les scientifiques utilisent une poignée d’organismes de recherche standards, notamment les mouches des fruits et les souris, pour étudier le développement évolutif (evo-devo) des lignées animales. L'élargissement de la variété de ces organismes de recherche améliore notre compréhension de la vie et fait progresser la biomédecine et la conservation écologique.

Dans une étude récente, publiée dans Frontières de la biologie évolutive du développementdes scientifiques du Laboratoire de biologie marine (MBL) de Woods Elven et de la Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZS) de Naples, en Italie, ont introduit le concombre de mer espèces Holothurie tubuleuse en tant que nouvel organisme de recherche évo-dévo.

Avantages de l'utilisation des échinodermes

Trouvé dans la mer Méditerranée et dans l'océan Atlantique oriental, Holothurie tubuleuse appartient au groupe des échinodermes, qui comprend les oursins, les étoiles de mer et les dollars des sables. Certaines espèces d'échinodermes sont utilisées dans les études sur le développement depuis plus d'un siècle en raison de leur rapport coût-efficacité, de leur fécondité élevée, de leurs larves claires et, récemment, de leur aptitude à la recherche génétique.

« Les échinodermes sont les plus proches invertébrés génétiquement aux humains, ce qui signifie que nous avons la plupart de nos gènes en commun. Si nous comprenons comment ces gènes fonctionnent chez un échinoderme, nous savons également comment ils fonctionnent chez l'homme », a déclaré Margherita Perillo, chercheuse scientifique au MBL qui a dirigé l'étude.

« Les concombres de mer ont également des attributs et des compétences particulières – comme le fait de se nourrir de dépôts, qui nettoient les fonds marins, et la capacité de régénérer complètement tout leur corps – qui pourraient être utiles dans la conservation et la biomédecine », a-t-elle ajouté.

Larve de concombre de mer

Larve de concombre de mer, Holothuria tubulosa, montrant des noyaux (cyan) et de l'actine (magenta). Crédit : Perillo et al, Front. Écol. Évol. 2024

Protocole de production de cultures embryonnaires

La première étape pour établir H. tubulosa en tant qu'organisme de recherche était de développer un protocole pour produire efficacement des cultures embryonnaires en laboratoire. Les méthodes existantes, consistant notamment à imiter le cycle naturel de reproduction de l'animal et à provoquer la libération de tous les organes de l'animal par éviscération (un comportement que présentent normalement les concombres de mer lorsqu'ils sont menacés), étaient compliquées, inefficaces, ou les deux.

Pour surmonter ce problème, l'équipe dirigée par Rossella Annunziata de SZS et Perillo a mis au point une technique non invasive permettant de récolter à plusieurs reprises un petit nombre de gamètes (sperme et ovules) sur une longue période de temps. La microchirurgie implique une petite incision près des organes reproducteurs d'un concombre de mer, permettant de prélever des testicules ou des ovaires. L'incision guérit rapidement et donne aux chercheurs la possibilité de récolter tous les quelques jours sur le même animal.

Puisque les ovules récupérés à l’aide de cette technique n’ont pas atteint la maturité et ne peuvent pas être fécondés, les chercheurs exposent ensuite les ovaires récoltés à un peptide synthétique – le peptide Thioredoxin-2, connu pour fonctionner chez une autre espèce – pour les rendre réceptifs aux spermatozoïdes. Ils cultivent ensuite l’œuf fécondé dans une culture, où il atteint le stade de métamorphose en huit semaines environ.

Perillo explique : « Notre protocole supprime un goulot d'étranglement majeur qui a empêché H. tubulosa d’être utilisé comme organisme de recherche et ouvre la porte à davantage de scientifiques pour l’utiliser.

Concombre de mer éviscérant ses organes

L'holothurie Holothuria tubulosa éviscère ses organes, dont les ovaires (orange). Crédit : Perillo et al, Front. Écol. Évol. 2024

Avancées et perspectives d’avenir

L’équipe a utilisé la microscopie à haute résolution couplée à l’immunohistochimie pour documenter le développement des larves, en mettant l’accent sur leurs structures uniques. Leur description détaillée servira de base à de futures études visant à utiliser des manipulations génétiques pour disséquer fonctionnellement le développement chez H. tubulosa.

De plus, ils ont fourni un exemple de la manière dont les scientifiques peuvent utiliser les larves d’échinodermes pour étudier la diversification des structures anatomiques chez des organismes étroitement apparentés. Dans ce cas, ils ont utilisé l’immunomarquage de la sérotonine pour montrer comment l’emplacement des neurones à sérotonine différait selon les types d’échinodermes. Pourquoi et comment cette diversification se produit est une question ouverte en biologie évolutionniste du développement.

« Le concombre de mer est un animal fascinant et mieux nous le comprenons, plus il a de valeur en tant qu'organisme de recherche », a déclaré Perillo. «Mon plan est maintenant de développer des outils génétiques pour aider à le caractériser davantage en tant que modèle de comparaison émergent en évo-dévo. Dans le même temps, ce travail collaboratif a jeté les bases de l’établissement d’une nouvelle espèce d’holothurie ici au MBL.

Perillo a reçu une subvention pour les organismes de recherche émergents de la Society of Developmental Biology pour soutenir son travail et poursuivre son étude sur H. tubulosa.

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