Les lauréats des Prix Nobel ont été annoncés cette semaine à Stockholm. Retour sur les recherches récompensées cette année.

Prix Nobel de médecine : des médicaments pour combattre trois maladies parasitaires ravageuses

Elles portent des noms aussi peu sympathiques qu’onchocercose, filariose lymphatique, paludisme. Ces maladies parasitaires qui accompagnent l’humanité depuis ses débuts touchent encore chaque année des dizaines, voire des centaines de millions de personnes dans les pays subtropicaux d’Amérique, d’Afrique et d’Asie.

L’Institut Karolinska de Stockholm, la plus importante institution en recherche médicale de Suède, a décerné cette année le prix Nobel de médecine à l’irlandais William Campbell et au japonais Satoshi Ōmura, ainsi qu’à la chinoise Youyou Tu, pour leurs découvertes de nouvelles thérapies, d’origine naturelle, contre ces infections.

Les deux premiers chercheurs sont à l’origine de la mise au point, au cours des années 1970, de l’avermectine, qui a changé la donne dans la lutte contre les maladies provoquées par les filaires, une famille de vers ronds ou nématodes. Dans la filariose lymphatique, ces vers atteignent le système du même nom où ils produisent une inflammation chronique qui fait enfler les membres (provoquant parfois une éléphantiasis). C’est par contre la cornée de l’œil qui peut être atteinte lors d’une onchocercose, comme chez les 300 000 personnes par le monde qu’elle a rendues aveugles, d’où son surnom de cécité des rivières.

Satoshi Ōmura, microbiologiste de son état, a travaillé au Japon et aux Etats-Unis à la recherche de molécules antibiotiques produites par les bactéries du sol. Il a ainsi mis en culture en laboratoire des milliers de souches bactériennes, parmi lesquelles il a sélectionné les 50 les plus prometteuses. C’est à partir de l’une d’entre elles, Streptomyces avermitilis, que le parasitologue William Campbell, aux laboratoires Merck, a par la suite isolé l’avermectine.

Très rapidement, un composé semi-synthétique appelé ivermectine a été tiré de cette substance : une seule dose permet de soulager pour une année entière les symptômes de la cécité des rivières et de la filariose lymphatique. On calcule que 200 millions de personnes ont bénéficié du traitement depuis qu’il a été mis gratuitement à disposition des pays concernés, si bien que les deux maladies parasitaires pourraient être éradiquées d’ici à dix ans.

De son côté, en Chine, Youyou Tu a mené une suite de recherches qui ont abouti à un nouveau médicament contre le paludisme, l’artémisinine. Dans les années 1960, la malaria commençait à regagner du terrain car des résistances apparaissaient à la fois chez le moustique vecteur de la maladie, qui survivait à l’insecticide DDT, et chez le plasmodium, son agent infectieux. La quinine et le chlorquinone, seuls médicaments disponibles à l’époque, n’y suffisaient plus.

La jeune chercheuse a été la première à démontrer l’efficacité d’extraits de la plante Artemisia annua, utilisée en médecine traditionnelle chinoise. Mais les premiers résultats sur les rongeurs étaient trop faibles et variables. C’est en consultant d’anciens manuscrits datant de l’an 340 que Youyou Tu a trouvé la parade : les recettes préconisaient d’extraire le principe actif de la plante à l’aide d’eau froide. En utilisant de l’éther comme solvant, à froid, la chercheuse est ainsi parvenue à un extrait capable d’éliminer 100 % des parasites chez les souris et les singes.

Aujourd’hui, le principe actif de la plante, appelé artémisinine, est utilisé dans des traitements combinés qui ont contribué à diviser par deux la mortalité du paludisme dans le monde depuis l’an 2000.

• Lire aussi : Trouver le vaccin contre le paludisme – S&V n°1132 (2012) — Grand espoir de la recherche médicale depuis toujours, la recherche d’un vaccin immunisant contre le plasmodium a pris un tournant majeur en 2012.

Prix Nobel de physique : l’oscillation des neutrinos chamboule la physique théorique

Après les photons —les particules de lumière—, les neutrinos sont les deuxièmes particules les plus abondantes dans l’Univers, des milliers de milliards d’entre eux traversants nos corps à chaque instant, inaperçus. Et pour cause : ils ne réagissent pas du tout avec la matière, ils sont donc presque indétectables.

De ce fait, ces particules insaisissables, dont l’existence a été théorisée il y a à peine soixante ans, ont longtemps échappé aux instruments des expérimentateurs, qui n’avaient sur eux que des notions théoriques. Par exemple, la théorie prévoit l’existence de trois versions des neutrinos, appelées “saveurs” : électronique, muonique et tauique (e, m, et t). Ce fut ainsi jusqu’à deux découvertes bouleversantes pour le monde de la physique quantique, récompensées du prix Nobel cette année par l’Académie royale des sciences suédoise.

En 1998, Takaaki Tajika fit une annonce retentissante depuis le détecteur Super-Kamiokande, situé dans une mine de zinc à 1 km de profondeur à 250 km au nord-ouest de Tokyo. Conçu pour saisir les traces des neutrinos formés par les réactions des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre (de saveur muonique), Super-Kamiokande avait fourni la preuve que les neutrinos peuvent se transformer : une partie d’entre eux se muaient en tauiques.

Comment les physiciens japonais ont-ils pu arriver à cette conclusion ? En comparant le nombre de neutrinos détectés en provenance de la surface de la Terre côté japonais, avec ceux en provenance des antipodes : lors de leur voyage à travers le globe, une partie des neutrinos muoniques manquaient à l’appel.

Ce phénomène, baptisé “oscillation du neutrino”, fut confirmé trois ans plus tard, par Arthur Mc Donald, du Sudbury Neutrino Observatory au Canada. Bâti au fond d’une mine de nickel, ce détecteur est spécialisé dans la détection de neutrinos fabriqués par les réactions nucléaires au cœur du Soleil, uniquement de saveur électronique. Or, après deux ans d’observations, deux-tiers d’entre eux manquaient à l’appel ! Conclusion : ils avaient dû changer d’identité au cours de leur voyage vers la Terre.

Dès lors que l’oscillation des neutrinos était admise, une implication d’énorme importance s’imposait aux physiciens théoriques : s’ils oscillent ainsi, c’est que les neutrinos sont dotés d’une masse (car seules les particules dépourvues de masse sont stables), pour infime qu’elle soit. Or, selon le Modèle Standard des particules, sur lequel est bâtie toute la physique de l’infiniment petit, les neutrinos ne devraient pas posséder de masse.

Logiquement, cette découverte a stimulé une nouvelle vague de recherches, qui s’attellent actuellement à mieux cerner les  propriétés des fuyants neutrinos, et tenter de les relier à celles de leurs particules cousines… afin de faire tenir le cadre théorique qui les unit, comme  un portrait de famille.

• Lire aussi : Neutrino, la particule qui va faire exploser la physique – S&V n°1137 (2012) – Le neutrino est une particule quasiment indétectable car sa masse est infime. Pourtant ce poids-plume des particules recèle les germes d’une nouvelle physique.

Prix Nobel de chimie : les précieux enzymes de réparation de l’ADN nous protègent des mutations

L’ADN, ce ruban d’acide désoxyribonucléique qui constitue notre patrimoine génétique, est lu comme un manuel par nos cellules pour chaque opération qu’elles doivent mener à bien. On pourrait penser que si la vie repose sur lui, c’est qu’il s’agit d’une molécule stable, inoxydable, résistante à toute épreuve…

Il n’en est rien. C’est au début des années 1970 que le suédois Tomas Lindahl, de l’institut Karolinska de Stockholm, découvrit que l’ADN, laissé à lui-même, se dégrade à une vitesse grand V, absolument incompatible avec la vie : des milliers de réactions nocives l’endommagent chaque jour. Du coup, le biologiste moléculaire consacra sa carrière à rechercher ce qui, dans les cellules, pouvait protéger nos gènes d’une détérioration certaine.

En 1974, il découvrit un premier outil de réparation des gènes dans des cellules bactériennes : la réparation par excision d’une base. C’est un ensemble d’enzymes appelées glycosilases et ligases, qui découpent les nucléotides dégradés dans le ruban d’ADN (lorsqu’une base de cytosine se transforme en uracile), et le remplacent par un nucléotide intact. Concrètement, ce simple jeu de couture empêche que la mutation se propage lors de la prochaine division cellulaire, où une copie de tous les gènes sera transmise aux deux cellules filles.

Par la suite, en 1996, le chercheur retrouva le même mécanisme in vitro dans des cellules humaines. De son côté, le turc Aziz Sancar, qui a mené une grande partie de sa recherche aux Etats-Unis, découvrait l’arme des cellules contre les dégâts des rayons ultraviolets, l’une des principales sources de mutations auxquelles nous sommes soumis (voir infographie).

Les UV, mais aussi les cancérigènes présents par exemple dans la fumée de cigarette, provoquent une mutation bien précise : ils transforment deux bases de thymine qui se suivent en un dimère (sorte de couple moléculaire) appelé pyrimidine. C’est là qu’intervient l’enzyme exinucléase : une fois le dimère détecté, elle découpe une portion d’ADN de douze bases de long, que l’enzyme polymérase remplace aussitôt par des nucléotides intacts.

Le troisième mécanisme de réparation connu est sans doute le plus important. Il a été découvert par Paul Modrich, checheur auprès de prestigieuses universités américaines (Stanford, Harvard, Duke…), vers la fin des années 1980. Sous le nom compliqué de “réparation de mésappariement” se cache une machinerie de trois enzymes qui corrigent la myriade d’erreurs commises dans la suite de nucléotides lorsqu’une cellule se réplique. Tandis que la première MutH, identifie le filament “original” de l’ADN, qui contient la bonne suite de nucléotides à copier, MutS et MutL découpent un par un les mauvaises copies de ceux-ci dans le filament en construction. Ce trio a une efficacité redoutable : il divise par 1000 le nombre de mutations transmises aux cellules filles !

Sans cette réparation, comme cela arrive chez certaines personnes de manière congénitale, la porte est grande ouverte aux cancers de la peau, et dans des formes moins graves, à d’autres cancers héréditaires.

• Lire aussi :  Vivre sans vieillir – S&V n°1083 (2007). La biologie commence à remettre en question l’idée que le vieillissement soit inévitable… et à donner quelques espoirs de pouvoir réaliser un jour le rêve de la vie éternelle…

—Fiorenza Gracci