Il y a quelques années, Mme Tanis et son équipe ont commencé à étudier les facteurs qui influent sur l’apparition et la progression de la maladie d’Alzheimer. Ils effectuaient des recherches génétiques sur le C. elegans, un minuscule ver vivant dans le sol qui fait l’objet de nombreuses études.

L’expression de la bêta-amyloïde, une protéine toxique impliquée dans la maladie d’Alzheimer, paralyse les vers dans les 36 heures suivant leur arrivée à l’âge adulte. Alors que les vers d’une boîte de Pétri du laboratoire de Tanis ont été rendus complètement immobiles, les vers du même âge de la boîte de Pétri adjacente ont conservé leur agitation, documentée par les scientifiques comme des « flexions du corps ».

« C’est une observation qu’a faite mon étudiante en maîtrise, Kirsten Kervin », a déclaré Tanis, professeur adjoint au département des sciences biologiques de l’université de Washington. « Elle a répété l’expérience encore et encore, avec les mêmes résultats ».

Après des années de recherche, l’équipe a finalement découvert une différence importante, a déclaré Tanis. Tous les vers ont été élevés avec un régime à base d’E. coli, mais il s’est avéré qu’une souche d’E. coli avait des niveaux plus élevés de vitamine B12 que l’autre. Bien que les travaux de Mme Tanis aient été axés sur les facteurs génétiques à l’époque, elle a réorienté ses recherches pour examiner cette vitamine et son rôle protecteur.

Apprendre des vers

Le C. elegans est un nématode, un ver fin et transparent d’environ un millimètre de long, qui vit dans le sol, où il se nourrit de bactéries. Depuis les années 1970, ce ver est considéré comme un organisme modèle, objet de nombreuses études car il constitue un système beaucoup plus simple que nous, les humains, pour étudier la biologie cellulaire et les maladies.

« En tant qu’humains, nous avons une immense diversité génétique et des régimes alimentaires tellement complexes qu’il est vraiment difficile de déchiffrer comment un facteur alimentaire affecte l’apparition et la progression de la maladie d’Alzheimer », a déclaré Tanis. « C’est là que les vers sont étonnants. Les vers que nous utilisons ont tous exactement le même bagage génétique, ils réagissent à la bêta-amyloïde comme les humains, et nous pouvons contrôler exactement ce qu’ils mangent, de sorte que nous pouvons vraiment nous attaquer aux mécanismes moléculaires en jeu. »

Dans le cerveau des humains atteints de la maladie d’Alzheimer, l’accumulation de bêta-amyloïde au fil des ans provoque des effets toxiques dans les cellules, entraînant une baisse d’énergie, une fragmentation des mitochondries – les centrales électriques des cellules – et un stress oxydatif dû à un excès de radicaux libres. Selon M. Tanis, la même chose se produit chez C. elegans, mais en l’espace de quelques heures. La bêta-amyloïde provoque une paralysie chez les vers.

« La lecture est noire ou blanche : soit les vers bougent, soit ils ne bougent pas », a expliqué M. Tanis. « Lorsque nous avons donné de la vitamine B12 aux vers qui en manquaient, la paralysie s’est produite beaucoup plus lentement, ce qui nous a immédiatement indiqué que la B12 était bénéfique. Les vers ayant reçu de la B12 avaient également des niveaux d’énergie plus élevés et un stress oxydatif plus faible dans leurs cellules. »

L’équipe a déterminé que la vitamine B12 dépend d’une enzyme spécifique appelée méthionine synthase pour fonctionner. Sans la présence de cette enzyme, la B12 n’a aucun effet, a déclaré Tanis. De plus, l’ajout de la vitamine au régime alimentaire n’est efficace que si les animaux présentent une carence en B12. Donner plus de B12 à des animaux dont les niveaux sont sains ne les aide en aucune façon. L’équipe a également montré que la vitamine B12 n’avait aucun effet sur les niveaux de bêta-amyloïde dans les vers.

Le pouvoir de l’équipe de Tanis

Mme Tanis félicite ses étudiants pour leur travail acharné et leurs contributions. Le premier auteur de l’article de recherche, Andy Lam, poursuit un double cursus à l’Université du Delaware : un doctorat en sciences biologiques et une maîtrise en administration des affaires. Il a passé des années à travailler sur les protocoles de laboratoire essentiels à l’étude. Il a réalisé des dizaines et des dizaines d’expériences et a documenté les observations pendant la nuit à de nombreuses reprises.

L’un de ses futurs objectifs est d’automatiser ces expériences à l’aide d’un système à haut débit du Bio-Imaging Center de l’Université de Düsseldorf, couplé à une analyse par apprentissage profond pour détecter si les vers bougent ou non. Cela permettrait à l’équipe d’examiner plus rapidement les interactions entre le régime alimentaire et la génétique.

« Nous avons essentiellement identifié cette voie moléculaire et nous cherchons à voir ce qu’elle active d’autre », a déclaré Tanis. « La B12 peut-elle être protectrice pour de multiples maladies neurodégénératives comme la SLA et la maladie de Parkinson ? Nous sommes en train d’étudier la question. »

Bien que Kirsten Kervin ait obtenu son master à l’Université de Düsseldorf et qu’elle soit aujourd’hui chercheur chez WuXi AppTec à Philadelphie, c’est son observation astucieuse sur C. elegans qui a mis le projet en route.

« Cette observation initiale a ouvert un monde entièrement différent », a déclaré Mme Tanis, « qui est en quelque sorte l’histoire de ma carrière de chercheuse ici à l’UD. Je suis arrivé ici en pensant que j’allais étudier une chose, mais maintenant j’en étudie une autre. Cela n’a donc pas été simple, mais cela a ouvert un tout nouveau domaine de recherche que nous poursuivons. »