Combien de microbes sont-ils installés en permanence dans notre corps? Durant les dernières décennies, l’estimation généralement acceptée dans le monde scientifique est qu’il y a dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines. Or dans une recherche publiée aujourd’hui dans la revue Cell, un nouveau calcul effectué par des chercheurs de l’Institut Weizmann montre que l’adulte moyen a un peu moins de 40 billions de cellules bactériennes, et environ 30 billions de cellules humaines, ce qui les met à peu près à égalité.

Les bactéries logées dans le corps humain jouent un rôle important pour la santé. La composition du microbiome d’une personne joue un rôle aussi bien dans la tendance à l’obésité que dans les réactions individuelles aux médicaments. Depuis quelques temps, certains scientifiques s’y réfèrent comme à un ‘second génome’, et affirment qu’il faut le prendre en considération dans les traitements médicaux.

L’importance croissante du microbiome dans la recherche scientifique actuelle a amené le professeur Ron Milo, le docteur Shai Fuchs et le doctorant Ron Sender, tous trois de l’Institut Weizmann, à réexaminer l’opinion généralement admise sur le rapport entre les bactéries ‘personnelles’ et les cellules humaines. Ils ont entrepris cette recherche dans le cadre de leurs travaux pour la préparation du livre Cell Biology by the Numbers, récemment publié par Milo avec le professeur Rob Philips du California Institute of Technology. Comme le suggère son titre, ce livre est un recueil de connaissances acquises à la suite de calculs et d’estimations concernant les cellules vivantes.

L’estimation initiale, selon laquelle, dans le corps, les cellules bactériennes sont dix fois plus nombreuses que les cellules humaines, était basée, entre autres, sur l’hypothèse qu’une bactérie moyenne est environ mille fois plus petite qu’une cellule humaine moyenne. Mais en fait, le problème est que les cellules humaines ont une grande variété de tailles, et il en est de même pour les bactéries. Par exemple, les globules rouges sont au moins cent fois plus petites que les cellules graisseuses et que les cellules musculaires, et la taille des microbes du gros intestin est environ quatre fois celle du volume des cellules bactériennes généralement dites ‘cellules standard’. Les chercheurs de l’Institut Weizmann ont évalué leurs calculs en fonction du nombre des cellules humaines de différentes tailles, ainsi que celles des différentes cellules du microbiome. Ils ont aussi pondéré les résultats de leurs calculs pour connaître les quantités de bactéries ‘hôtes’ dans différents organes du corps. Par exemple, les bactéries dans le gros intestin dominent, en termes de chiffres globaux, les bactéries qui se trouvent dans tous les autres organes réunis.

Le professeur Milo explique : « Il est très important de comprendre notre microbiome, et la recherche dans ce domaine fascinant est très importante pour la recherche biomédicale. Dans les sciences de la vie, qui comprennent des systèmes ‘complexes’ très dynamiques et variables, les chercheurs ont quelquefois tendance à se fier à des observations qualitatives plutôt que quantitatives. Mais faire des évaluations bien choisies en biologie cellulaire peut être un outil très puissant. Pour les chercheurs qui ont assez d’expérience pour comprendre ce que disent les chiffres, les estimations servent de ‘sixième sens’ pour comprendre comment vivent les cellules.

La recherche du professeur Ron Milo est financée par : Mary and Tom Beck-Canadian Center for Alternative Energy Research ; Lerner Family Plant Science Research Endowment Fund ; Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust ; Dana and Yossie Hollander (Israël) ; Larson Charitable Foundation ; Wolfson Family Charitable Trust ; Charles Rothschild (Brésil) ; Selmo Nussenbaum (Brésil). Le professeur Milo est titulaire de la Charles and Louise Gartner Professorial Chair.

Des moustaches calculatrices envoient des informations précises au cerveau

Lorsque nos organes sensoriels enregistrent les objets et les structures du monde extérieur, ils sont continuellement engagés dans une communication bidirectionnelle avec le cerveau. Une recherche, récemment publiée dans la revue Nature Neuroscience par des chercheurs de l’Institut Weizmann, montre que chez les rats, qui utilisent leurs moustaches (les vibrisses) pour reconnaître pendant la nuit ce qui les entoure, les extrémités des nerfs, appelés ‘mécanorécepteurs’, placés à la base de chaque vibrisse, se comportent comme des petits calculateurs. Ces récepteurs calculent sans interruption de quelle manière la racine de la vibrisse tourne dans sa base, exprimant cela comme une fraction de la rotation totale projetée de la moustache, ce qui fait que le cerveau est continuellement mis à jour sur la voie suivie par la rotation de la moustache.

vibrisses ont besoin d’être en mouvement afin de sentir les éléments stationnaires dans leur environnement. Le professeur Ehud Ahissar et son groupe du département de Neurobiologie de l’Institut Weizmann, qui comprend aussi la docteure Knarik Bagdasarian, ont étudié pendant plus d’une dizaine d’année le système actif de détection du rat, en appliquant une méthode dans laquelle l’expérimentateur fait le travail de vibration à la place du rat que l’on a anesthésié. Cette méthode leur permet d’étudier ce qu’on appelle la sensation active, mais en fait le mouvement de la moustache ne peut pas imiter celui des rats éveillés, chez lesquels la détection et le mouvement de vibration sont étroitement liés.

Dans la recherche actuelle, les chercheurs ont allié leur méthode à celle qui a été développée par le docteur Avner Wallach, à l’époque post-doctorant dans le laboratoire du professeur Ahissar, dont la recherche doctorale, menée avec les professeurs Shimon Marom et Ron Meir, du Technion, comprenait un travail sur l’intégration d’ordinateurs dans les systèmes biologiques. Wallach, Bagdasarian et Ahissar ont ensuite développé une méthode combinée : un système de circuit fermé dans lequel le système de vibration du rat et l’ordinateur forment une sorte d’hybride ‘rat + ordinateur’ qui crée à nouveau le mouvement de vibration et la manière selon laquelle il est réglé par les rats éveillés aux mouvements libres.

La découverte que les récepteurs mécaniques se trouvant dans les follicules de la moustache faisaient effectivement le calcul ‘direct’ de la phase du mouvement de la moustache a été une surprise pour les chercheurs, car reconnaître la phase montre qu’il y a là une ‘connaissance prédictive’ du mouvement de la moustache qui va se développer. La conjecture était que les circuits neuronaux spécialisés seraient capables de faire ce calcul en utilisant des données brutes provenant aussi bien du récepteur que des circuits du cerveau qui sont responsables des mouvements.

En y pensant, cette division du travail a une raison d’être : les organes sensoriels ne sont pas simplement des ‘convertisseurs de signaux’. Ils sont plutôt de grandes interfaces globales qui relient les organismes à leurs environnements, et leur fournissent tout ce dont le cerveau a besoin pour que leurs signaux puissent être interprétés correctement. »

Pour leurs futures recherches, les chercheurs sont très intéressés à comprendre comment les organes sensoriels calculent physiquement cette information prédictive.

t à l’avenir être utilisée pour mener une recherche sur d’autres algorithmes à circuit fermé dans le cerveau. Le docteur Wallach dit : « En étudiant la détection avec une interface machine-cerveau, nous avons pu obtenir en quelque sorte une ‘vue de l’intérieur’ de la communication entre la moustache et le cerveau. » Cet ‘agent de l’intérieur’ peut être utilisé pour explorer d’autres circuits motosensoriels complexes qui sont à la base de la perception.

Le professeur Ahissar ajoute : « Plus les organes sensibles sont étudiés, plus leur complexité et leur sophistication se révèlent. On peut penser que leur évolution est un facteur très important de l’évolution de la perception. »

La recherche du professeur Ehud Ahissar est financée par : Lulu P. and David J. Levidow Fund for Alzheimers Diseases and Neuroscience Research ; Lord David Alliance, CBE ; Berlin Family Foundation ; Harris Foundation for Brain Research. Le professeur Ahissar est titulaire de la chaire Helen Diller Family Professional Chair in Neurobiology.

Bientôt la semaine de l’Enseignement des Sciences

C’est pour bientôt : les préparatifs de la deuxième Semaine de l’Enseignement des Sciences sont en cours, et rendez-vous est pris pour la semaine du 3 au 9 avril. Plus de soixante événements sont prévus pour ces journées, dans différents endroits de l’Institut Weizmann, et dans beaucoup d’autres en Israël. Des tours guidés et d’autres activités sont prévus pour cette semaine dans les différents musées scientifiques, parmi lesquels MadaTach (Haïfa), le Parc Carasso des Sciences (Beer-Sheva), le Musée Bloomfield des Sciences (Jérusalem), le Parc Clore des Sciences (Institut Weizmann, Rehovot), et d’autres encore, ainsi que des conférences ouvertes à tous, des activités pratiques et des démonstrations qui auront lieu dans différents endroits d’Israël, y compris dans plusieurs centres commerciaux.

Des groupes internationaux participeront au tournoi annuel, le Shalheveth Freier Physics Tournament, une compétition de ‘pirates’ qui montre qu’ils sont capables de déchiffrer les combinaisons de coffres-forts, et qui teste leurs connaissances en physique. Parmi les activités particulières, il faut noter les suivantes : des étudiants de l’Institut Weizmann retourneront à l’école de leur jeunesse pour décrire aux élèves leurs recherches actuelles ; d’autre part des jeunes qui participent toute l’année aux programmes de l’institut Davidson seront envoyés dans les écoles pour expliquer aux élèves ce qu’ils y apprennent. De plus, un congrès national sur l’enseignement des sciences se déroulera à l’Institut Weizmann.

La Semaine de l’Enseignement des Sciences a eu lieu pour la première fois l’année dernière : c’était une manière de célébrer le cinquantième anniversaire des activités de l’Institut Weizmann pour l’enseignement des sciences aux élèves des écoles. Cette année, c’est l’Institut Davidson pour l’Enseignement des Sciences, l’organisme de l’Institut Weizmann pour l’enseignement, qui organise les manifestations avec la collaboration du ministère de l’Education, d’Atidim, de Trump Foundation, de l’université Bar-Ilan, de SpaceIL, et d’autres organismes.