Décanteur à maladies: La maladie d’Huntington

Le par julienforsciencedans Decanting Disease / Décanteur à maladiesLaisser un commentaire

Aujourd’hui, nous continuons notre série sur la compréhension des maladies. Cette fois-ci, nous nous pencherons sur la maladie d’Huntington, aussi appelée HD. HD fait partie du groupe de maladie neurodégénératives, mais c’est aussi une maladie qu’on ne connaît pas beaucoup. C’est pourquoi aujourd’hui je vais aussi présenter certaines hypothèses qui essayent d’expliquer comment cette maladie se développe.

Les symptômes de HD sont classés en trois groupes. D’abord, il y a les symptômes moteurs, le principal étant la chorée, qui s’observe par des mouvements involontaires, notamment des yeux et des bras. Les personnes atteintes de HD auront aussi du mal à parler et à marcher, ainsi qu’une perte de la coordination. Ensuite, il y a les symptômes cognitifs. Le principal inclut la perte de mémoire, et la difficulté de concentration. Certains patients ont également un changement drastique de personnalité. Enfin, il y a les symptômes émotionnels, qui incluent la dépression, l’anxiété, et l’irritabilité. Comme la plupart des maladies neurodégénératives, les symptômes de HD apparaissent vers l’age de 60 ans. HD est difficile à diagnostiquer avant l’apparition des symptômes, mais des changements drastiques et anormaux d’humeurs pourraient indiquer HD. La méthode la plus fiable de diagnostique reste le test ADN. Malheureusement, il n’y a aucun remède contre la maladie. Certains médicaments peuvent aider avec les symptômes, comme l’halopéridol pour la chorée, mais rien ne peut empêcher la maladie de se développer [source / source / source].

Comme mentionné ci-haut, HD fait partie des maladies neurodégénératives. Cela veut simplement dire que la maladie touche le fonctionnement des neurones, ce qui induit la perte de ceux-ci. Initialement, la mort des neurones est restreinte à une petite partie du cerveau, mais avec le temps la totalité du cerveau est touchée. Il y a beaucoup de maladies neurodégénératives, comme Alzheimer, Parkinson, ou Creuzfeldt-Jacob (plus connu comme la maladie de la vache folle). La perte de neurones peut être causée par de nombreuses choses, mais dans le cas de HD, cela à l’air d’être lié à une protéine appelée huntingtin (HTT). Cette protéine reste un mystère de nos jours, puisque nous ne savons toujours pas sa fonction exacte. On sait que cette protéine est essentielle au développement, puisque si on l’enlève d’un embryon, celui-ci ne survit pas. On sait aussi que la protéine est essentielle à la survie des neurones, puisque réduire le nombre de HTT dans le cerveau augmente la perte de neurones. Mais on ne sait toujours pas son rôle dans la vie de tous les jours. Par contre, les personnes atteintes de HD on une forme de HTT anormalement grande, appelée huntingtin mutante (HTTm). Quand le gène de HTT est traduit, il y a une partie qui est traduite plusieurs fois. Cette partie est appelée une répétition CAG. Chez les personnes en santé, HTT a quelques répétitions CAG, mais les personnes avec HD ont plus de 40 répétitions CAG, ce qui cause la maladie. Avec tant de répétitions, la protéine n’est plus capable de fonctionner correctement. Pire encore, il est possible qu’elle développe de nouvelles fonctions qui pourrait accélérer la mort des neurones [source / source / source / source].

C’est important de comprendre que même si on sait que HTTm est à l’origine de HD, on ne sait toujours pas comment la maladie se développe, et qu’est ce qui est la cause de la mort des neurones. Il y a plusieurs hypothèses qui tentent d’expliquer cela, et aujourd’hui je vais en présenter trois.

Première hypothèse: repliement de HTTm erroné et agrégation

Pour comprendre cette hypothèse, il faut d’abord connaître le repliement des protéines. Quand une protéine est formée, elle est d’abord juste une ligne simple, mais très vite elle doit se replier dans une configuration très spécifique pour être capable de fonctionner. Il arrive des fois qu’une protéine ne se plie pas correctement. Dans ces cas-là, la protéine est détruite. Puisque HTTm est très différente de HTT, la protéine ne va pas se plier correctement. Pourtant, pour des raisons encore inconnue, le neurone n’est pas capable de détruire mHTT, du coup, les protéines vont s’agréger. Cette théorie existe dans le cas de presque toutes les maladies neurodégénératives, et pour presque toutes ces maladies, l’agrégation cause la perte des neurones. Mais dans le cas de HD, c’est différent. Bien que l’on observe l’agrégation de HTTm chez les patients, cela ne cause pas la mort du neurone. Il est possible que l’agrégation en elle-même n’est pas la cause de la mort des neurones, mais d’une façon inconnue, cela empêche le neurone de détruire les protéines repliées incorrectement. Du coup, le neurone entre dans une phase de stress qui peut causer sa mort. Cette théorie est logique mais pas encore prouvée [source / source].

Deuxième hypothèse: le dysfonctionnement des mitochondries

Les mitochondries sont des organelles que l’on trouve dans presque toutes les cellules du corps. Son rôle est essentiel: elles produisent l’énergie pour la cellule, appelé ATP. L’ATP est utilisé pour le fonctionnement des protéines et d’autre mécanismes cellulaires. En cas de HD, les mitochondries ont des problèmes. D’abord, elle produisent beaucoup moins d’ATP, ce qui cause une production anormale de dérivés réactifs de l’oxygène (DRO). Les DRO sont des produits qui sont extrêmement toxiques pour les cellules. Les personnes atteintes de HD ainsi que les modèles animalier de HD ont plus de DRO dans leur organismes, et des marques de dommages causés par les DRO. Malheureusement, nous ne savons pas si les mitochondries sont la cause de la maladies, ou simplement une conséquence [source / source / source].

Troisième hypothèse: l’excitotoxicité

Cette hypothèse est plus complexe, mais le principe est simple: les neurones atteints de HD pourraient être excités à mort. L’excitation neuronale est la base du fonctionnement cérébral, et cela utilise des protéines appelés neurotransmetteurs. Quand un neurone entre en contact avec un neurotransmetteur, il va ouvrir sa membrane et des ions vont entrer. Les ions ayant une charge électriques, ils vont changer la cellule. Par exemple, quand le neurotransmetteur glutamate entre en contact avec un neurone, celui-ci va ouvrir sa membrane et plusieurs ions positifs vont entrer. Du coup, la cellule va devenir plus positive, ou excitée. Mais si trop d’ions entrent dans la cellule, ça peut devenir dangereux, surtout si c’est des ions calcium. Dans la cellule, il y a très peu d’ions calcium car ils sont utilisés pour activer certaines protéines. Si trop d’ions calcium entrent dans la cellule, ces protéines vont s’activer, ce qui va causer des dommages à la cellule, voire sa mort. C’est ça l’excitotoxicité. En général, on pense que c’est dû à soit trop de glutamate présent, soit un problème avec son récepteur. Dans le cas de HD, on pense que c’est l’un des récepteurs à glutamate, appelé NMDA, qui a un problème, ce qui induit l’entrée de trop d’ions calcium, et une mort par excitotoxicité. Malheureusement, bien qu’on observe des problèmes avec le récepteur NMDA, il reste encore à prouver que l’excitotoxicité est un problème chez les personnes atteintes de HD [source / source / source].

On voit donc que HD est une maladie très complexe, mais c’est aussi une maladie très mystérieuse. Même si on connaît beaucoup de choses dessus, il manque des composants clés qui nous permettrait de tout mettre ensemble. Par exemple, c’est probable que les trois hypothèses présentées soient vraies, mais quelle en est la cause? Quelle composant est à la racine de tout ? C’est pour ça qu’on continue d’étudier cette maladie, car mieux la comprendre nous permettrait de mieux la traiter.

Decanting Diseases: Huntington’s Disease

Le par julienforsciencedans Decanting Disease / Décanteur à maladiesLaisser un commentaire

Today, we will once again talk about another disease. This time, we will focus on Huntington’s disease (or HD). HD is part of the neurodegenerative diseases and today, we will try to understand it and review some hypotheses that explain the disease development.

The symptoms of HD are classified in three groups. First, there are motor symptoms. The biggest one is called chorea, which means that the person will have a lot of involuntary movements. People with HD also have difficulty walking and talking, and have reduced coordination. There are also cognitive symptoms, the main one being increased memory loss, and loss of focus. It can even lead to personality changes. Lastly, there are more emotional symptoms, including anxiety, depression, and irritability. Like most neurodegenerative diseases, HD is a late-onset disease, meaning that symptoms appear quite late in the life of the patient, usually around 60 years old. This disease is very hard to diagnose before the symptoms appear, but early changes in personality such as abnormal mood swings could be a sign of HD, however the only accurate way to diagnose it is a DNA test. Unfortunately, there is no cure for the disease. There are medications to help reduce the symptom severity, such as haloperidol for the chorea, but to this date, nothing can stop the course of the disease [source / source / source].

As I just mentioned, HD is part of a group of disease called neurodegenerative diseases. This means that there is an impairment in neuronal function, which leads to loss of neurons over time. The loss of neurons is initially restricted to one area of the brain, but over time the entire brain is affected. There are many diseases that are neurodegenerative, including Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and Creuzfeldt-Jacob disease (also known as the mad cow disease). Many things can cause the loss of neurons, but in the case of HD, it seems to be linked to a protein called huntingtin (HTT). This protein is still to this day a mystery, as we have no clear idea of its function. We know that it is an essential protein for development, since removing it in mice embryo causes its death. It is also important for neuronal survival, as reducing amount of HTT increases neuronal death. Other than that, its actual functions are unknown. We however know what it becomes during HD. People with HD get an overly large version of this protein, called the mutant huntingtin (or mHTT). The gene for the HTT protein contains a piece that can be repeated. In the HTT protein, this part is called a CAG repeat. When the gene is translated, this part of the gene is read multiple times, causing the protein to have multiple CAG repeats. This is happening in everyone and is harmless unless the amount of CAG repeats exceeds 40, then the person is diagnosed with HD. This is because with that many repeats, the protein is unable to function properly. Worse, it may develop new functions that accelerates neuronal death [source / source / source / source].

It is important to understand that while we know that the disease stems from mHTT, we still don’t know how the disease develops and what leads to neuronal death. There are many hypotheses however, and today I will explain three of them.

Hypothesis 1: mHTT aggregate and misfolding

To understand this hypothesis, it is important to know protein folding. when protein are created from gene translation, they are first just a line. However, the protein doesn’t stay a line and very quickly folds into a very specific configuration in order to perform its function. It happens however, that protein misfolds. In that case, the cell will get rid of it, since a misfolded protein can lead to many problems. Since mHTT is very different from HTT, the protein misfolds. However, for reasons still unknown, the neurons are unable to remove the protein, which leads to aggregation of misfolded protein. This theory is true to almost all neurodegenerative disease. However, in the case of HD, it is more controversial. While we do observe protein aggregates in both patients and animal models of HD, there is little link between the aggregation and neuronal death. It is likely that the aggregation isn’t causing neuronal cell death, but it somehow removes the ability to get rid of misfolded protein. And without this mechanism, the cell becomes stressed, which promotes its death. This however is just a hypothesis that was not proven [source / source].

Hypothesis 2: Mitochondrial dysfunction

Mitochondria are organelles found in most cells and provide essential roles for the cells. Many of us have heard it being called the powerhouse of the cell, and that’s because it creates the energy essential for cell function: ATP. ATP is used for most protein function, as well as any other cell mechanisms, and it is thanks to the mitochondria that we have it. However, in the case of HD, the mitochondria does not work as well as it should. Two mechanisms happen in neurons: first, the production of ATP is greatly decreased. this may lead to an increase of production of reactive oxygen species (ROS). ROS are products that are extremely toxic to the cell. Both patients and animal models have increased ROS, as well as signs of ROS-induced damages. However, we do not know if mitochondrial dysfunction is a cause or a consequence of HD [source / source / source].

Hypothesis 3: Excitotoxicity

This hypothesis is a bit more complex, but in short, neurons in HD may be excited to death. Neuronal excitation is the basis of brain function, and it is done thanks to proteins called neurotransmitters. Once a neuron comes into contact with specific neurotransmitters, it will open its membrane and a bunch of ions will enter. Ions have an electrical charge, and if a lot of positive ions enter, then the cell becomes more positive, or excited. However, too much of ions can be dangerous, especially if it is a calcium ion. Calcium ions are in extremely low amount in the cell, because it is also used to activate proteins. Now if a lot of calcium enters the cell, then some protein may be activated, which will lead to cell damage, and eventually cell death. This is excitotoxicity. In general, it is due to the neurotransmitter glutamate being too present, or its receptors having problems. In the case of HD, we hypothesized that there is a problem in one of glutamate’s receptor, called NMDA, and this leads to too much calcium entering the cell, leading to cell death via excitotoxicity. This hypothesis is however not proven yet [source / source / source].

We can see that HD is a very complex disease, but also a very mysterious one. While we know a lot about it, we are still missing key components in order to fit everything together. It is likely that every hypotheses that were shown are actually happening in HD patients, but what is the root of everything? What component is the cause for everything? This is why we continue to actively research this disease, because understanding it will help cure it.

Comprendre la science: les modèles in vitro

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous continuons sur le sujet des modèles. La dernière fois, nous avons vu les organismes modèles et leurs avantages. Ces modèles sont très durs à utiliser, notamment grâce au code éthique qui leur est associé. Du coup, les scientifiques ont trouvés d’autres modèles qui n’utilisent pas d’animaux. Ces modèles sont nommés in vitro (que l’on peut traduire modèle en verre). Le principe d’un modèle in vitro est simple: on isole le composant d’intérêt, et on l’étudie loin de sa source. Dans cet article, nous allons voir différents modèles in vitro ainsi que leurs avantages.

La réaction en chaine par polymérase, ou comment obtenir de l’ADN « à l’infini »

La réaction en chaîne par polymérase (aussi appelée PCR) est une expérience phare de tous les laboratoires scientifiques. Cette technique a été inventée par Dr. Kary Mullis (ce qui lui a valu un prix Nobel), et elle permet de répliquer l’ADN. Le principe est le même que celui utilisé dans le corps. Dans une cellule, les protéines appelées hélicases vont séparer l’ADN pour permettre à une autre protéine appelée polymérase de s’attacher à l’ADN et de le répliquer. Cette méthode utilise beaucoup d’énergie et est très dure à reproduire en dehors du corps. Le PCR utilise une autre méthode plus simple pour séparer l’ADN: la température. Quand l’ADN est chauffé, il se sépare de lui-même, ce qui permet à la polymérase de le répliquer sans l’aide des hélicases. Ainsi, pendant un PCR, l’ADN va être chauffé à plusieurs reprise, ce qui permet aux polymérases de répliquer l’ADN. Le nouvel ADN va ensuite être chauffé de nouveau, et les polymérases vont une fois de plus le répliquer. Pendant une réaction PCR, on reçoit exponentiellement plus d’ADN qu’on avait au départ.

Cette technique peut être utiliser dans plusieurs domaine. Dans le domaine médicale, on peut simplement prendre la salive d’un patient, et répliquer son ADN par PCR. Ainsi on obtient une grande quantité d’ADN, ce qui nous permet de l’étudier autant qu’on veut sans avoir a prendre un échantillon du patient à chaque fois. Mais c’est surtout utilisé pour préserver de l’ADN limité. Par exemple, grâce au PCR, on a pu prendre de l’ADN trouvé dans des fossiles, qui étaient en très faible quantité, et le répliquer au point d’en avoir assez pour faire pleins d’études dessus. En cas de crime, le PCR est également très utile. Chaque cheveu ou matériel organique peut être répliquer pour ensuite être étudier et trouver les empreintes génétiques nous permettant d’arrêter le coupable. Le PCR nous a permis de conserver de l’ADN qui aurait été perdu [source / source / source].

La purification des protéines, ou comment étudier des protéines sans interférence

Nous sommes également capables d’isoler des protéines, seulement à la place de les répliquer, nous pouvons les étudier d’elles-mêmes. Le corps possèdent tellement de protéines qu’il est souvent difficile de savoir le rôle d’une seule. En séparant les protéines, nous pouvons voir ce que fait une protéine sans interférence. Nous avons déjà parlé de certaines expériences qui permettent de purifier des protéines, comme le blot Western ou la cytométrie en flux, mais je voulais parler de la plus connue: la centrifugation. La centrifugation permet de séparer des particules grâce à leur densité et à la vitesse de rotation. Chaque molécule affectée par la vitesse va s’accumuler au fond du tube. Dans le cas de nos protéines, la centrifugation nous permet de séparer les protéines du reste de la cellule: Les composants de la cellules vont s’accumuler au fond, et les protéines resteront au milieu. Ainsi, la centriufgation st un moyen grossier de séparer les protéines du reste du corps [source / source].

La culture cellulaire, ou comment utiliser les cellules comme on le veut

Le modèle in vitro le plus utilisé est probablement la culture cellulaire. Comme son nom l’indique, nous prenons des cellules d’un organisme, et on les développe dans une une boîte de Pétri. Les cultures cellulaires sont intéressantes pour plusieurs raisons. D’abord, elles peuvent être immortelles. Grâce à un procédé appelé transformation, on force les cellules à exprimer des gênes qui rallonge leur vie au point de ne plus mourir. De plus, on peut conserver une culture cellulaire très longtemps, simplement en la gelant. Ensuite, on peut performer des expériences plus « douloureuses », vu qu’elles ne sont plus dans l’organismes. Cela permet de faire des expériences que l’on ne peut pas faire in vivo. On peut également utiliser des cellules humaines, ce qui nous permet de mieux comprendre comment le corps humain fonctionne sans passer par des animaux. Enfin, les scientifiques ont développé une technique appelée cellule souche pluripotente induite (CSPi) qui nous permet de transformer n’importe quelle cellule en cellule souche, qui a la particularité de pouvoir devenir n’importe quelle cellule. Ainsi, en utilisant une cellule de la peau, on peut créer des cellules souches, qui deviendront ensuite neurones avec le même matériel génétique. Du coup, on peut étudier les neurones de patients sans avoir à en recueillir [source / source / source / source].

Les modèles in vitro ont plusieurs avantages. D’abord, on peut utiliser des tissus humains, et on peut également faire des expériences plus dangereuses sans risque. Malheureusement, les modèles in vitro on également leurs désavantages. D’abord, même les modèles in vitro sont dépendant d’échantillons biologiques. Tous les examples que j’ai donné ont besoin d’un échantillon initial provenant d’un animal. Cela implique que même ces modèles ont besoin d’un code éthique. Cela limite notamment qui a accès aux échantillons, et quelles expériences peuvent être faites dessus. Enfin, le principe même du modèle in vitro est son plus grand défaut: l’isolation. Le corps humain est si interconnecté que chacune de ses actions est influencée par la totalité du corps. En isolant une certaine partie, on perd cette interconnection, si bien que les résultats seront différents. En général, les résultats trouvés en utilisant un modèle in vitro ne seront pas les mêmes que si on utilisait un modèle in vivo. C’est pour cela que le modèle in vivo reste le modèle phare en science.

Understanding Science: In Vitro models

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Today’s article is a continuation of the last one. We first looked into the model organisms, or in vivo models, and their advantages. However, it is very hard to use in vivo models, due to the strict ethic codes associated with them. Therefore scientists developed ways to perform experiments without the use of animal models. These models are called in vitro models (that can be translated in model in glass). The principle of an in vitro model is simple: isolate the component of interest, and study it away from its source. This article will present different in vitro models and their advantages over in vivo models.

Polymerase chain reaction: a way to get « infinite » DNA

The first example is a staple of any scientific lab. Polymerase chain reaction (PCR for short) is a technique invented by Dr. Kary Mullis (who got the Nobel Prize for this finding), and it allows to artificially replicate DNA. The technique works very similarly to our own cells. In our body, we have proteins called helicase which separates the DNA to allow another protein called polymerase to bind the DNA and replicate it. This is however very energy intensive and hard to replicate in vitro. PCR uses an easier way to separate DNA: temperature. Under high heat, the DNA will separate by itself and allow the polymerase to bind. Therefore, when performing PCR, we add the DNA we want to replicate, and polymerases. The DNA will undergo many heat cycles, allowing it to separate, and the polymerase will then replicate the DNA. With another cycle, the newly replicated DNA can be separated, and more DNA will be formed. Hence, we get exponentially more DNA than what we had in the first place.

This technique has many applications. In the medical field for example, simply taking the DNA of a patient from the saliva can allow us to replicate the DNA indefinitely and study it to know which genes are mutated for instance. But more interestingly, we can replicate DNA which we have limited access to in order to study it indefinitely. That’s how we know the genetics of some dinosaurs. The limited DNA preserved in fossils was replicated using PCR, and then studied more extensively without the risk of losing the DNA forever. Finally, hair strands or any other organic materials found in crime scenes can be used in PCR to study the genetic fingerprints and find the culprits. PCR is an amazing technique that helped us preserve DNA we would have lost, and because so much DNA is produced, we can use it indefinitely for many studies [source / source / source].

Protein purification: isolating a protein to study it by itself

Similarly to DNA, we can also isolate proteins. However, unlike PCR, we will not replicate it indefinitely. Instead, we will separate it from everything else to study its structure, or see what its effects are. Since there are so many proteins that are doing a lot of things at the same time. It is hard to determine what a single protein is responsible for, That’s why isolating it makes it easier to study. There are many ways to separate proteins, some of which I previously explained, such as Western blots or flow cytometry. I wanted to mention a last one, and maybe the most famous, centrifugation. Centrifugation allows to separate particles depending on both density and speed. When a sample is centrifuged, any molecule that is affected by the speed will aggregate at the bottom of the tube, while the other will stay suspended. In the cases of proteins, it is often used to separate all the proteins from any other components of the cells. In short, centrifugation is a crude way of separating different components within a sample [source / source].

Cell culture: getting cells to do what you want

Cell cultures are probably the most common in vitro models. As the name suggest, we are taking cells from a organisms, and culture them in Petri dishes. One advantage of cell cultures is that they can become immortal. using a process called transformation, we make the cells express genes that prolong their lifespan to the point that they will never die. Further, we can keep cell cultures forever by simply freezing them, preventing any unwanted reactions since cold proteins will not activate. Cell cultures have a lot of advantages. First, we can perform invasive or « painful » experiments on them, since it is outside of the organisms and thus no pain will be felt. We can also culture human cells, allowing us to understand some diseases better than if we were to use animal models. Lastly, simply from skin cells, we are able to make any cell we want. This procedure is called induced pluripotent stem cells (or IPSC), and it allows us to revert any cell into a stem cell. A stem cell has the capacity to become any cell, therefore we can transform the skin cells of a patient into neurons to better study them without having invasive surgery [source / source / source / source].

Here we have seen three example of in vitro models and how useful they can be. In many instances, they have advantages over in vivo models. First we can study human tissues, but we can perform more painful or dangerous experiment without any risk. However, in vitro models have their flaws. The first one is that they still depend on biological sample. Every example that I have given still requires an initial sample from a patient or an animal. This implies that we still need ethical conducts towards in vitro models, notably how and how long we are going to use the sample, and who will have access to it. Lastly, the core principle of in vitro models is isolation, and it is its biggest flaw. The human body is so interconnected that all of its parts influence each other tremendously. When we isolate something from the body, it will not react the same way. This is why many times results found in vitro will never happen in vivo. This means that many in vitro experiments have to be repeated in vivo in order to be sure that the results we see is actually happening in the body.

Comprendre la science: les organismes modèle

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous allons encore une fois tenter de mieux comprendre la science en général, cette fois en étudiant les organismes modèle. Un organisme modèle est un organisme vivant qu’on utilise dans nos études. Ce sujet est connu pour être controversé, donc j’espère qu’avec cet article je peux montrer à quel point les études sur organisme vivant, aussi appelé études in vivo, sont essentielles, et à quel point elles ont fait avancer la science. La semaine prochaine, nous verrons les modèles qui n’utilisent pas les animaux, appelées les études in vitro.

Avant de commencer, on a besoin de répondre à une question: pourquoi utilise-t-on encore des animaux de nos jours? La réponse est assez simple, c’est qu’on a pas encore vraiment le choix. Il est vrai que la science a découvert énormément de nouveaux modèles, comme on le verra la semaine prochaine, mais aucun de ces nouveaux modèles ne peut donner tout ce qu’un animal peut. Un exemple est l’étude de médicament. Disons qu’un labo a découvert un médicament potentiel pour les maladies cardiaques. Après des années d’études sans animaux, le labo confirme que le médicament fonctionne in vitro. Mais on ne peut pas conclure qu’il marche aussi in vivo. Et si ce médicament augmentait les risques du cancer? Puisque la plupart des modèles in vitro ont une durée de vie assez courte, on ne peut pas le savoir tant qu’on n’a pas testé le médicament in vivo. Par contre, il est interdit d’injecter des médicaments dans les animaux si aucune étude in vitro n’a été faite avant. Nous verrons plus tard le code éthique pour les études animales, mais une des notions fondamentales est le confort de l’animal. L’animal ne peut pas souffrir inutilement, donc injecter un médicament sans savoir vraiment ce qu’il fait est non seulement illégale, mais punissable. Nous utilisons aussi les animaux pour étudier les maladies. Nous n’avons pas encore de bons modèles in vitro qui nous permettent d’étudier les maladies. Mais grâce à ses animaux, nous avons pu découvrir des centaines de médicaments et sauver des vies. Pour mieux comprendre l’utilisation animale, je vais donner quelques exemples de modèles in vivo et comment on les utilise [source / source / source / source].

Les levures et les mouches: les pionniers de la génétique

On commence par un modèle assez peu connu: la levure, principalement celle nommée Saccaromyces cervisiae. Cette espèce nous a permis de comprendre comment les gènes et la génétique dans son ensemble fonctionnent. Comme c’est un petit organisme, son génome (c’est-à-dire l’intégralité de ses gène) a été compris très vite. Du coup, on a pu observé comment les gènes interagissent entre eux, et la conséquence sur la transcription et la traduction. De plus, les levures se reproduisent très vite, ce qui nous permet d’étudier les conséquences de la génétique sur plusieurs générations. Pour les mêmes raisons, on utilise également la mouche, particulièrement la drosophile nommée Drosophila melanogaster. Les mouches ont les mêmes avantages que la levure, à savoir la rapidité de reproduction, leur léger coût, et la compréhension de leur génome, mais on y ajoute un bonus: les mouches ont une anatomie distincte. Alors que les levures ne sont que des blobs de cellules, les différentes parties anatomiques d’une mouche sont très facile à reconnaître. Cela nous permet de comprendre la relation entre la génétique et le développement, par exemple connaître quel gène est responsable de la production des jambes ou quel gène change la couleur des yeux. Malheureusement, ces deux modèles ont également leurs désavantages, le principal étant que leur génome est très différent du nôtre. Bien que quelques gènes sont identiques entre humains et levure ou mouche, il est difficile de relier les observations faites dans ces organismes aux humains. De plus, ces organismes ont peu de comportements distincts, ce qui nous empêche d’étudier les interactions entre les gènes et les comportements [source / source / source].

Les grenouilles aident à mieux comprendre les protéines et les cellules

Il existe une espèce de grenouille qui possède des outils essentiels à l’étude des cellules. La Xenopus laevis est une grenouille africaine qui produit des oeufs, ou oocytes, très particuliers. En effet, une grenouille produit un très grand nombre d’oeufs, et dans ceux-ci, chaque cellule a un rôle pré-determiné. Cela veut dire que nous savons exactement ce que chaque cellule va faire pour devenir un têtard. Cette particularité est essentielle pour étudier le développement. Par exemple, si on sait qu’une cellule produit des neurones, on peut savoir ce qu’il se passe si on la déplace légèrement, et à quoi le têtard va ressembler. De plus, les oocytes sont très résistants: il résiste aux injections et aux manipulations, ce qui le rend facilement modifiable. Par exemple, on peut y injecter un gène et voir son rôle sur le comportement de la cellule. Enfin, les oocytes peut être cultivés pour devenir des modèles in vitro. La plus grande utilisation des oocytes est également dans l’étude des protéines. On peut injecter plusieurs protéines et voir comment elles interagissent entre elles pour mieux les comprendre [source / source].

Les mammifères nous permettent de comprendre les maladies et les comportements complexes

Les mammifères font partie des organismes modèles les plus utilisés, et avec raison. Ils ont des comportements complexes, ainsi que des pensées complexes qui se comparent à celles des humains. Il y a beaucoup de mammifères qui sont utilisés, mais les plus communs sont les souris, les rats et les primates. Simplement les observer sans manipulation nous permet de comprendre les comportements sociaux complexes et les comparer aux humains. Mais on peut également étudier les changements de comportements et de physiologie en cas de maladie. C’est par leur similarité avec les humains qu’ils deviennent des modèles importants. Les rats et les souris sont similaires, mais leurs petites différences peuvent influencer nos recherches: les rats sont plus gros, ce qui les rends plus facile à manipuler. De plus, ils sont génétiquement plus proches des humains que les souris. Mais ils ont un gros désavantage: il est difficile de les manipuler génétiquement. À l’inverse, les souris sont très facile à manipuler. Cela nous a permit d’avoir des modèles de souris pour plusieurs maladies, ce qui nous permet de mieux comprendre la maladie dans un contexte vivant. Les primates quant à eux sont intéressant pour étudier les comportements de groupe. Ils sont également les modèles les plus proches de nous, et peuvent nous donner des informations essentielles sur la cognition, la mémoire, et les comportements plus complexes. Mais c’est extrêmement difficile de travailler avec les primates, et il est presque impossible de les manipuler génétiquement, bien que très récemment un groupe en Chine a réussi à modifier des singes [source / source / source / source].

Le code éthique pour la protection des animaux: les 3R

Au Canada, travailler avec des animaux est non seulement difficile mais aussi extrêmement régulé. Le Conseil Canadien de Protection des Animaux (CCPA) a établi plusieurs règles à suivre quand des labos utilisent des animaux, et les fondamentales sont appelées les 3R. D’abord, la règle du Remplacement nous force à prouver que nous avons besoin des animaux dans notre étude. Si un modèle in vitro est capable de montrer ce que nous voulons prouver, nous n’aurons pas accès à un animal pour notre étude. Ensuite, la règle de la Réduction force l’optimisation de l’utilisation des animaux. Chaque labo doit déterminer combien d’animaux il aura besoin par an. Ce nombre doit être le plus petit possible, et ne doit pas être dépassé. Enfin, la règle du Raffinement renforce l’idée du confort de l’animal avant tout. Aucun animal ne doit souffrir ou être stressé inutilement. Toute cause de stress ou de douleur doit être prouvée comme étant importante pour l’étude, autrement elle est interdite. De plus, le confort de l’animal doit être assuré quand il n’est pas utilisé dans l’étude. Par exemple les souris sont mises en groupe et pas seule pour empêcher le stress (à moins que l’étude demande à ce que les souris soient séparées). De la même manière, les primates ont des temps de jeu, d’exercice physique, et d’activités sociales tous les jours. Si vous êtes intéressés le site du CCPA expliquent en plus grand détail ces règles, ainsi que toutes les autres régulations obligatoires [source / source / source / source].

J’espère que cet article montre à quel point les organismes modèles sont importants pour la science. Je comprends que ce sujet met mal à l’aise, il est important de comprendre que non seulement nous traitons les animaux le mieux qu’on peut, mais aussi que nous n’avons pas vraiment le choix d’utiliser ces animaux pour l’instant. Les organismes modèles restent les meilleurs modèles que nous ayons pour aider la société.

Understanding Science: model organisms

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Our article today will again aim to understand how we do science. This time, we will study what is named model organisms. These are simply living organisms we use to achieve our studies. Now I know this topic is highly controversial. Therefore, I hope that this article helps to show how essential studies in living organisms, also called in vivo studies, and how much they’ve contributed to overall science. Next week, we will study models that does not involve animal, or in vitro studies, and their differences.

The first question to answer is why are we doing in vivo studies? The simple answer is because we still don’t have any other choice. While science has advanced tremendously, and as we will see next week we have a lot of choice when it comes to study model, none will provide what an animal can. The most obvious reason is drug testing. Let’s say a lab has found a potential drug to treat heart disease. After years of studies without any animal, the lab can confidently say that it works in vitro. However, that does not mean that it will in vivo. Most in vitro models do not have a very long lifespan. What if this drug increases the chances of cancer? The best way of knowing this is testing it on an animal, and see potential side effects. Now, it is illegal to try any medication on animal if no previous intensive studies have been made. We will see later the ethics of animal studies, but one of the staples is animal comfort, thus injecting drugs with no idea of what they may do is not only illegal but also punishable by law. In conclusion, we use animals in this setting to make sure that the drug is safe in humans. But we also use animals to study diseases. None of our in vitro models will be as accurate as in vivo model of diseases. Thanks to these animal, we found countless medications and saved many lives in the process. Now we will go through examples of in vivo models and their uses throughout science [source / source / source / source].

Yeasts and Fruit flies: staples of genetic studies

We start with rather unusual yet essential model organisms: the yeast, specifically the one called Saccharomyces cervisiae. This species was essential to understand how genes and genetic overall works. As a small organisms, its genome (meaning the entirety of their genes) was mapped and understood very quickly. This in turn helped us understand how genes interact with each other, and how their transcription and translation works. Furthermore, yeasts reproduce extremely fast, which allows us to study genetics and development over multiple generations faster than any other organisms. The same can be said fruit flies, specifically Drosophila melanogaster. Fruit flies have the same advantages as yeasts, being fast breeder, cheap, and easy to genetically map, with the added bonus of being anatomically diverse. While the yeast only looks like a blob of cells, flies have distinct features. This is essential because they allow us to understand the relationship between genetic and development. For instance, we can know which gene allows the production of legs, and which one causes eye color. However, both of these organisms also have disadvantages. The main one being that they are genetically quite different from humans. Although we found genes in yeast and flies that were similar or identical in humans, many discoveries are hard to relate to humans. Furthermore, these organisms lack quantifiable behaviours, making it hard for us to link genetics and behaviours [source / source / source].

Frogs: understanding proteins and cells.

Still unusual, a specific type of frog offers unique tools to study the behaviours of cells and proteins. The Xenopus laevis is an African frog that has very interesting eggs, or oocytes. Indeed, one frog makes a huge amount of eggs, with an interesting particularity: each cell in it has a pre-determined role. It means that we know exactly what each cell will do to become a tadpole. This is extremely interesting to study development and cell behaviour. We can know, for instance, how the morphology of a tadpole will change if we slightly move a cell in the oocyte. The usefulness of these oocytes is enhanced by the sturdiness of these cells. Xenopus oocytes can withstand a lot, from injection to rough manipulation, and still yield a viable tadpole. It allows us to inject genes or protein and see what they do to the cell behaviour or the development. Lastly, eggs and be cultured and used for in vitro studies later. But what’s interesting with oocytes is that they allow us to inject several proteins and see how they interact with each other. This allows us to better understand protein behaviour as well [source / source].

Mammals: understanding diseases and complex behaviours

Mammals are amongst the most used animal models in science, and for a good reason. They have complex behaviours and thinking processes, easily comparable to humans. We use many different mammals, but the most common ones are mice, rats, and primates. Studying them as is is an invaluable tool to understand behaviour and relate it to humans. But more interestingly, we can study behaviours and physiology in context of diseases. While similar, there are big differences between rats and mice which will influence your research. Rats are bigger, easier to manipulate, and closer to humans in terms of genetics and behaviours. But they have a big disadvantage: it is hard to genetically manipulate them. Mice on the other hands are very easily manipulated genetically. This allows us to have mice models for many diseases, and we can study the disease and see its effect on our cells. Primates are great to study group behaviours. As they are closest to us, they can tell a lot on how cognition, memory, and complex behaviours work. However it is extremely hard to work with primate, and it’s almost impossible to genetically modify them, although very recently it was done [source / source / source / source].

The ethics of animal care: the 3Rs

Working with animals in Canada is not only difficult but also very regulated, and rightfully so. The Canadian Council on Animal Care (CCAC) set up many rules to follow when scientists use animals, and the basis is known as the 3Rs. First, Replacement forces us to prove why we need animal. Animal studies are last resort, and unless you prove that no in vitro model can do what you want, you will be denied animals. Second, Reduction forces us to optimize animal use. You have to determine how many animals you need per year, and not only does it have to be the smallest number possible, to have more animals than requested is very hard. Lastly, Refinement forces us to place animal comfort above all. No animal should suffer or be stressed for useless reason. Any amount of pain or stress has to be proven useful for the experiment, and animal comfort is ensured while the animal is not used. For example, mice are not kept separately but rather in group (unless the experiment asks for single housing). Similarly, primates have mandatory physical, social, and play time every day. For any more specifics on animal care, the CCAC website is very thorough [source / source / source / source].

In conclusion, I hope that I managed to show how important animal models are for science. I understand how uncomfortable the topic is, but it is important for the public to understand that not only we are treating animals the best we can, but that we have no other choice, as right now they constitute the best model we have to help human society.

Le décanteur à maladies: La grippe

Le par julienforsciencedans Decanting Disease / Décanteur à maladiesLaisser un commentaire

Aujourd’hui, je commence une autre série sur ce blog que j’appelle le décanteur à maladies. Tout au long de cette série je vais parler de différentes maladies et les expliquer afin qu’on puisse mieux s’en protéger. On commence donc cette série avec la maladie qui cause le plus de pandémie: la grippe.

La grippe est une maladie causée par le virus influenza. Ce virus de propage très facilement et par pleins de moyens: par le contact, par l’air, par l’éternuement, etc… On a séparé ce virus en quatre catégories: A, B, C et D, et aujourd’hui on se concentrera sur la grippe A, qui est la plus commune. Le virus influenza A est en soi assez complexe, mais ses composants principaux sont son segment ARN, qui lui permet de produire des protéines et de se dupliquer dans les cellules, et deux protéines appelées hémagglutinine (H) et neuraminidase (N), qui permettent au virus de rentrer dans les cellules. Il existe beaucoup de variations des protéines H et N, c’est pourquoi on catégorise les virus influenza A par leur combinaison de H et N. Par exemple la grippe aviaire était causée par le virus H5N1, et la grippe espagnole par le virus H1N1. Le virus s’installe dans le système respiratoire des humains, qui est son endroit favori pour se dupliquer. Chez les individus en santé, la maladie est spontanément résolutive, ce qui implique qu’elle sera soignée par le corps humain sans aide médicale. Chez les personnes avec des problèmes respiratoires ou immunitaire par contre, la grippe peut être très dangereuse [source / source / source / source].

Les symptômes de la grippe sont assez sévères. Cela inclut une fatigue extrême, des maux de tête, des douleurs dans la poitrine, de la toux, et une fièvre assez élevée. Même chez les individus en santé, les symptômes peuvent durer jusqu’à trois semaines. Les individus à risques eux peuvent développer des complications comme la pneumonie ou de l’insuffisance respiratoire, qui peut être fatal. Le traitement contre la grippe est assez simple: chez les individus en santé, de l’ibuprofène ou acétaminophène peut aider à apaiser les symptômes, et aucun antiviral est nécessaire. Dans le cas d’épidémie ou de cas avec complications, certains antiviraux existent, et tous empêche la protéine N de fonctionner correctement. Par contre, on ne doit jamais donner d’aspirine aux enfants atteints de grippe. Bien qu’on ne comprenne pas tout, on sait que l’interaction entre le virus et l’aspirine augmente les chances d’être atteint du syndrome de Reye. Ce syndrome est une encéphalopathie, ce qui veut dire que le virus a infecté le cerveau, ce qui est extrêmement dangereux. Les symptômes sont des vomissements excessifs et des changements de capacités mentales, tous deux causés par un gonflement du cerveau. Cela peut causer des complications comme des crises épileptiques ou une absence de réponse à un stimuli. Il n’y a aucun remède et les traitements n’aident qu’à apaiser les symptômes. En règle générale, si un enfant se présente avec des symptômes proche de ceux de la grippe, ne jamais donner de l’aspirine ou de médicaments qui contiennent de l’acide salicylique. Enfin, les épidémies de grippe peuvent être empêcher en prenant le vaccin de la grippe chaque année. Ce vaccin crée des anticorps contre les protéines N et P qui sont présentes cette année [source / source / source / source].

Ce qui est le plus dangereux avec le virus influenza, c’est sa capacité à muter rapidement. Son matériel génétique est assez instable, ce qui le rend facilement modifiable. Dans le cas du virus influenza, on les appelle les mutations antigéniques. Ces changements sont très communs et rendent la création d’un vaccin contre la grippe très difficile. Chaque année, le virus a changé, ce qui rend les protections créées par le vaccin de l’année précédentes obsolètes. Encore plus dangereux que les mutations, le virus est capable de créer ce qu’on appelle des dérives antigéniques. Le virus A est capable d’infecter plusieurs espèces, telles que les oiseaux, les cochons, ou les chevaux, et si un virus humain entre dans une autre espèce, il peut « échanger » son matériel génétique avec un virus de l’autre espèce. Cela créé un nouveau virus qui n’a jamais été vu avant, avec des protéines H et N qui non seulement peuvent entrer nos cellules, mais sont invisibles pour notre système immunitaire. Une dérive antigénique a eu lieu dans les années 2000 lors de l’épidémie de la grippe aviaire, un nouveau virus H5N1 venant des oiseaux était très difficile à combattre. Le pire des cas était en 1918, la pandémie de la grippe Espagnole. Ce virus H1N1 était entièrement nouveau pour les humains, ce qui le rendait virtuellement immunisé contre nos défenses. Il était tellement fort qu’il affectait violemment les gens dans leur vingtaine, alors qu’ils constituent la population la moins touchée par la grippe. Même aujourd’hui on ne sait pas pourquoi les jeunes étaient autant affectés, ou pourquoi le virus avait un si haut taux de mortalité, le plus haut jamais connu pour une grippe. Heureusement pour nous, il n’y a jamais eu de virus aussi fort que celui-ci, et il a dû muté pour être moins efficace. De plus, beaucoup de scientifiques disent que de nos jours ce virus serait moins fort, car notre système immunitaire est renforcé depuis et il y a moins de problème respiratoire dans la population. Pourtant, il y a quelques années, la grippe porcine a fait beaucoup peur aux scientifique car c’était un virus H1N1. Heureusement, il n’était pas aussi puissant. Il y a quelques années, des scientifiques ont réussi à recréer le virus H1N1 de 1918, et on espère pouvoir l’étudier pour comprendre l’évolution de cette maladie afin de mieux la combattre [Source / source / source / source / source].

Decanting Diseases: Influenza

Le par julienforsciencedans Decanting Disease / Décanteur à maladiesLaisser un commentaire

Today marks the day where I start another series on this blog called decanting diseases. For this series, I will focus on various diseases and try to explain them so that we understand what the disease does and how to protect yourself from the disease. The series will start with the overview of one of the most common cause of pandemic: influenza, or the flu for short.

Influenza is a disease caused by the virus accurately called influenza virus. The virus is propagated through many means: human contact, droplets in the air, sneezing, etc… The virus exists in four categories: A, B, C, and D, though today we will only focus on influenza A, being the most common. The influenza A virus in itself is quite complex, but its main components are its RNA segment, which allows it to replicate inside cells, and two proteins called Hemagglutinin (H) and Neuraminidase (N), which help the virus to enter the cell. Many variation of the H and N protein exist, and that’s why we also categorize influenza A with the combination of H and N. For instance, the avian flu was an influenza A H5N1, while the Spanish flu was H1N1. The virus will enter the respiratory tract and infect these cells to replicate itself. In healthy individuals, the infection is self-limiting, meaning that the virus will be removed from the system eventually. However, people with respiratory or immune problems may have more problem [source / source / source / source].

Flu symptoms are quite severe and include extreme fatigue, headaches, chest pains, coughing, and high fever. Even in healthy individuals, these symptoms may last up to three weeks. People at risk may have complications including pneumonia and respiratory failure, which may be fatal. The treatment for influenza is quite simple: in healthy individuals, ibuprofen or acetaminophen can reduce the symptoms a bit but no antiviral is needed. In case of outbreak or severe cases, many antiviral, all of which prevent the N protein from working, will help fight the virus. In any case, aspirin should never be given in case of flu in children. For reason that are still poorly understood, the reaction between influenza virus and aspirin will increase the risk of a disease called Reye Syndrome. This syndrome is an encephalopathy, which means that the brain is infected by the virus. This is extremely dangerous, and primary symptoms are excessive vomiting and change in mental state, all caused by brain swelling. This can lead to complications such as seizure or unresponsiveness. There are no cure and treatment will only aim to alleviate the symptoms. As a general rule, if a child has symptoms resembling the flu, never give them aspirin or any drug containing salicylates. Finally, flu outbreaks can be greatly reduced by taking the yearly flu shots, which creates antibodies against the N and P proteins that are the most likely to appear during winter [source / source / source / source].

What makes influenza scary is its great ability to mutate. Influenza A’s genetic material can easily be modified. This is called an antigenic drift. This difference is small enough, but can render the virus less detectable by the immune system. These changes happen extremely often and there are the main reason why we don’t have a definitive vaccine against influenza. We have to get shots every year because we know which virus will appear this year, but the next year entirely new influenza viruses will appear and the previous shot becomes obsolete. Scarier than the drift, influenza viruses are able to do antigenic shifts. The virus is able to infect many different species, including pigs, horses, and birds, and if a human influenza virus enters a bird, it can « exchange » its genetic material with bird influenza viruses. This causes an entirely new influenza viruses that has never been seen before, with N and H proteins that can not only enter our body, but cannot be stopped by our immune system. It happened in the early 2000s during the avian flu pandemic, where the H5N1 virus had bird-like material, making it harder to fight. The worse case was in 1918, during the Spanish flu pandemic. This specific H1N1 virus was entirely new to humans, rendering it virtually immune to our protection. It was so strong that it was most dangerous for people in their 20s, which is normally the population that is the least likely to suffer from the flu. To this day, we still don’t know why young people were so strongly affected, and why it had such a high death rate, which is still the highest any flu pandemic had. Fortunately for us, there has never been a virus as strong as this one, and it mutated to be less efficient. Furthermore, many scientist say that it is unlikely for the virus to have such a strong effect nowadays, because we have a stronger immune system and less respiratory problems overall. Although, the swine flu pandemic a few years ago did scare the scientific community, seeing as it was also a H1N1 virus. Fortunately, it wasn’t as strong as the 1918 one. A few years ago, scientists managed to reconstruct the 1918 H1N1 virus, and we hope to study it in order to understand the disease evolution to better fight it [Source / source / source / source / source].

Les renards domestiques et la sélection artificielle

Le par julienforsciencedans Interesting Discoveries / Les découvertes intéressantesLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous allons parler d’une expérience intéressante débutée par un scientifique russe nommé Belyaev. Belyaev cherchait à comprendre comment les chiens ont pu être domestiqués. Les chiens sont en effet des animaux très uniques: ils sont capables de nous aimer, comme l’ont prouvés des études par IRM, et peuvent démontrer de l’affection envers nous. Pourtant, nous en savons peu sur la domestication des chiens. L’hypothèse la plus acceptée démontrent que les chiens de nos jours descendent des loups, mais ces loups démontraient des attributs bien spécifiques. Ils devaient d’abord être capable de digérer notre nourriture, mais aussi ne pas se montrer agressifs envers nous. À part ces facteurs, la domestication des loups est encore inconnue, et l’une des plus grande raison est le temps. Des études génétiques et archéologiques ont estimées que la domestication des chiens a commencé il y a entre 20 000 et 40 000 ans, et a continué d’évoluer depuis. À cause de la grande période temporelles, il y a eu de grands changements dans notre société, ce qui rends la compréhension ou la réplication de la domestication très difficile. Pourtant, il y a 60 ans, Belyaev a essayé de répliquer la domestication des chiens [source / source / source].

À la place des loups, Belyaev a décidé de domestiquer des renards. Pour ce faire, il a pris un couple de renards sauvages, et a observé les comportements de leur progéniture. Il a ensuite choisit les bébés les plus calmes et moins apeurés à la vue des humains, et les a autorisés à se reproduire. Les autres bébés n’ont pas pu se reproduire. Et après 60 ans, nous nous retrouvons avec des renards « apprivoisés ». Ces renards sont capables de vivre avec les humains sans peur, et ne se cachent plus à la vue d’étrangers. C’est une grande différence si l’on compare avec les renards sauvages, souvent agressifs envers les humains ou qui s’enfuient à leur vue. Ces renards existent toujours aujourd’hui, il y en a même quelques uns au Canada, et peuvent même s’acheter comme animaux de compagnie [source / source].

Bien que ces renards soient plus cordiaux envers les humains, ils sont loin d’être apprivoisés. Comparons-les avec nos chiens: quand un chien a peur, il va voir son maître. Quand son maître rentre, le chien est content, et un chien qui s’ennuie va chercher à jouer avec son maître. Les renards ne font rien de tout ça. Notre relation avec ces renards s’approchent plus de celle qu’on a avec nos poissons: on les nourrit et ils n’ont pas peur de nous, mais sans plus. Certaines personnes ont vu que le renard va vers son maître quand il a peur, mais c’est loin d’être un automatisme. Ce n’est pas totalement juste de comparer ces renards aux chiens. Après tout, ils n’ont pas eu 40 000 ans d’évolution, mais juste 60. Pourtant, Belyaev était sur le bon chemin: les premiers loups domestiqués étaient sûrement plus semblables à ces renards qu’à nos chiens. Alors peut-être que dans 1000 ans nous aurons des vrais renards domestiqués [source / source].

Cette expérience est une bonne ouverture sur une pratique vieille comme le monde: la sélection artificielle. On aime souvent regarder les anciennes pousses de maïs ou de pastèque. Le maïs était tout petit et avait très peu de grains, et la pastèque avait plus de vert que de rouge, et énormément de pépins. Comparés aux pousses de nos jours, la différence est impressionnante, et est due en grande partie à la sélection artificielle. Quand on pratique la sélection artificielle, on ne choisit que les pousses les plus utiles à notre société, et on ne replante que celles-ci et pas les autres. Donc il y a des années, les agriculteurs n’ont replantés que les maïs ayant le plus de grains et les pastèques ayant le moins de pépins. Avec le temps, seules les pousses qui nous intéressent sont produites et les vieilles formes de maïs et de pastèque n’existent plus. On peut expliquer ça par la génétique: le nombre de grains est causé par l’expression d’une allèle spécifique, donc en plantant la plante avec le plus de grains, on assure que cette allèle sera exprimée et pas les autres [source / source].

La sélection artificielle chez les plantes est assez facile à faire, même si le procédé est long. En fait, elle est si facile que maintenant on peut le faire avec l’ingénierie génétique. On sait quelle allèles permet de produire le plus de grains, du coup on modifie nos graines pour qu’elles n’expriment que cette allèle et pas les autres. Ainsi, on produit un OGM. Le principe d’un OGM est un peu plus compliqué, mais leur invention permettait de ne pas perdre les décennies que prenait la sélection artificielle et d’avoir les meilleures pousses le plus vite possible. Cependant, pour l’expérience de Belyaev, la sélection artificielle est plus compliquée. Les comportements animaliers ne peuvent pas être expliqués seulement par la génétique. Prenons un exemple: il y a 20 000 ans, certains loups étaient plus dociles envers les humains, mais pas tous. Les loups les plus dociles avaient plus de chance d’avoir de la nourriture proposée par les humains. Maintenant imaginons qu’il y avait une maladie contagieuse contenue dans les volailles, qui étaient mangées par les humains et les loups. Les humains, puisqu’ils cuisaient leur viandes, ne tombaient pas malades. Les loups sauvages eux se contentaient de manger la volaille crues et tombaient malades. Les loups docile, recevant de la nourriture cuite de la part des humains, ne tombaient pas malade. Du coup, les loups dociles survivaient en plus grand nombre alors que les loups sauvages mourraient, ce qui augmentait le nombre « d’allèle de docilité », et il y avait donc plus de loups dociles. J’ai inventé ce scénario, il est donc peu probable qu’il soit vrai, mais il montre que les relations entre humains et loups sont aussi cruciales que la génétiques dans le développement de la domestication. L’expérient de Belyaev sur les loups étant scientifiquement contrôlée, beaucoup de ces relations sont supprimées, ce qui pourrait empêcher la domestication totale [source / source].

En conclusion, l’expérience sur les renards nous aide à comprendre certaines étapes de la domestication. Oui, cette expérience n’est pas parfaite, mais elle nous montre que la sélection artificielle à dû jouer un rôle certain dans la domestication des loups et des chiens. De plus comme ces renards peuvent maintenant vivre avec des humains, de plus en plus sont retirés de l’environnement très contrôlé, et c’est peut-être ces renards-là qui vont nous aider à mieux comprendre le sujet de la domestication.

Domestic Foxes and Selective Breeding

Le par julienforsciencedans Interesting Discoveries / Les découvertes intéressantesLaisser un commentaire

For today’s article, I wanted to talk about an interesting experiment started by a Russian scientist named Belyaev. This scientist was very interested in understanding how dogs came to be domesticated. Dogs are indeed curious creatures: they are able to love us , as proven by MRI studies, and can be really affectionate. But we still don’t know how dogs became what they are nowadays. We know that they must stem from wolves with specific attributes, such as being able to digest our food or being less aggressive towards humans. Other than that, little is known about their change from wild wolves to domestic dogs. One of the big reason why is the timeline. Genetic and archeological studies hypothesized that dog domestication happened 20,000 to 40,000 years ago, and has continuously evolved until today. Due to the large timeline and even larger changes in human behaviours, it is hard to understand or replicate dog domestication nowadays. However, Belyaev tried to do so about 60 years ago [source / source / source].

Instead of wolves however, Belyaev used foxes. He simply took wild foxes, and looked at the behaviours of their pups. He then chose the tamest and nicest pups that were warmer to human contact, and only bred these. And after 60 years of this, we have « domesticated » foxes. These foxes are able to live with humans without fear and don’t hide when strangers are presented. This is a stark difference from the wild foxes, which usually either hide or become aggressive towards humans. These foxes still exist nowadays, some are even in Canada, and can become pets if you have lots of money to spend. [source / source].

While these foxes may act more friendly towards human, we are far from having them fully domesticated. Simply look at our relationships with dogs: when they’re scared, they will come to you, they are happy to see you when you come home, and will ask to play with you when bored. These foxes do not do that at all. While they bear the presence of humans and some account that when afraid they will come to you, the relationship is more similar to that of a fish in a bowl: the fox is here because you feed it but to our knowledge does not feel any way towards you. Now it is unfair to compare these foxes to dogs; after all, they did not have the 40,000 years dog had to become what they are. But Belyaev was on the right path: the first « domesticated » wolves probably were more like these foxes than our dogs today. Therefore if we give another 1000 year or two, maybe we’ll have truly domesticated foxes! [source / source]

This experiment is also a good preview to an age-old practice: selective breeding. Everyone has been shown a picture of corn or watermelon before it was properly cultivated. Corn barely showed any kernel, while the watermelon had more shell than anything else, and it was full of seeds. Compare it to our current corn and watermelon, the changes are stark, and almost solely due to selective breeding. Selective breeding is the process of choosing the best offspring for our purposes. So for our crops, people only planted the corn that had the most kernel, or the watermelon with the least amount of seed, and discarded the rest. Over time, only these were produced, and the old-fashioned corn or watermelon does not exist anymore. We can explain this genetically: the amount of seed, or kernel is due to specific alleles that are expressed, and thus by only planting these crops, only the alleles you want will be expressed, and the ones you don’t like are discarded [source / source].

Now, selective breeding is quite easy in plants. In fact, it is so easy that now we do not have to wait for decades to get the crops we want. We now have genetic engineering to do it for us. Since we now know which allele produces the most kernel, we can modify our seeds so that they express this allele and not any other and get only corn with lots of kernel. This is a genetically modified organism (GMO). While some are more complicated than that, the basis of the GMO is to get the best yield out of our crops, and not lose the decades it would have taken if we were to use selective breeding instead. However, in our fox experiment, selective breeding is harder, and that is because animal behaviour is not solely genetic. Consider this hypothesis: let’s say 20,000 years ago, some wolves were tamer towards humans and some were not. The tamer wolves were more likely to get food from humans. Let’s now say that at this time, there was a contagious disease in poultry, which is a food for both humans and wolves. Humans, by cooking their food, would not get sick, but wolves eating raw poultry would get sick. However, tamed wolves would likely get the cooked food and survive, while wilder wolves would stick to raw poultry and die, which increased the amount of « docility allele », making more overall tamed wolves. While this is just a hypothesis I invented and as such is unlikely to be true, it shows how the environment and the species relationships can be crucial for domestication. Our fox experiment, being scientifically controlled, is stripped from these random social factors that could greatly influence domestication [source / source].

Overall, the fox experiment is a step towards the understanding of domestication. While not perfect, the experiment allows us to see that selective breeding must have had a role in the development of dogs. Furthermore, it is nowadays possible to buy these specific foxes, and thus remove them from the strict scientific controlled environment. Maybe these foxes will be able to tell us more on the subject of domestication.