Recodage des génomes et du matériel de la face cachée de la Lune

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Animateur: Nick Howe

Bienvenue à la Podcast Nature. Cette semaine, nous allons découvrir comment les chercheurs tentent de recoder le E. coli génome…

Animateur: Shamini Bundell

Et entendre parler des matériaux de l'autre côté de la Lune. Je suis Shamini Bundell.

Animateur: Nick Howe

Et je suis Nick Howe.

[Tinter]

Animateur: Nick Howe

Shamini, qu'est-ce que vous et moi avons en commun?

Animateur: Shamini Bundell

Oh, eh bien, nous avons beaucoup de choses en commun, Nick. Vous savez, alors je suis plutôt intelligent et intelligent et vous êtes… non, peu importe. Je suis vraiment attrayant et… oh, non. Ok, je me bats un peu, désolé.

Animateur: Nick Howe

D'accord, j'aurais peut-être dû être un peu plus clair. Qu'est-ce que vous et moi et tous les organismes vivants de la planète avons en commun?

Animateur: Shamini Bundell

Eh bien, ça ne fait que rendre les choses plus difficiles. Je pense qu’il n’ya rien.

Animateur: Nick Howe

Ok, il y a une chose. Et si je te disais juste?

Animateur: Shamini Bundell

J'ai l'impression que c'était peut-être votre plan depuis le début.

Intervieweur: Nick Howe

Ce à quoi je pensais, c’est que tous les organismes utilisent le même code à vie pour fabriquer des protéines. Vous commencez avec l'ADN et cela est transcrit en ARN, puis traduit en protéines. Pour traduire l'ARN en protéines, tous les organismes utilisent 64 codons, chaque codon étant un ensemble de 3 acides nucléiques qui indique à la machinerie de traduction quel acide aminé ajouter à la chaîne de protéines émergente.

Personne interviewée: Jason Chin

Maintenant, il y a 20 acides aminés naturels que la biologie utilise à peu près universellement pour fabriquer des protéines, et ces 20 acides aminés naturels sont codés par 64 de ces codons triplets, ce qui signifie que de nombreux acides aminés sont codés par plus d'un codon. Donc, si vous aimez, il y a une redondance.

Intervieweur: Nick How

Il s'agit de Jason Chin, biologiste synthétique du Laboratoire de biologie moléculaire du MRC. Cette redondance dont il parle a amené de nombreux scientifiques à se demander s’il était possible de réduire le nombre de codons dont une cellule a besoin. Déjà, il a été démontré qu'une bactérie, E. coli, peut fonctionner avec seulement 63 codons. Mais pourquoi est-ce un objectif pour les scientifiques? La nature utilise heureusement 64 codons depuis des milliards d'années et ce système présente des avantages. Alors, pourquoi les scientifiques sont-ils intéressés par la fabrication de cellules avec moins de codons?

Personne interviewée: Jason Chin

Au lieu d’avoir une cellule qui utilise les 64 codons pour coder la synthèse des protéines, si certains de ces codons étaient retirés du génome, le jeu d’instructions génétiques, pourrait-on alors réutiliser certains de ces codons pour coder de nouveaux blocs de construction synthétiques pourrait utiliser pour fabriquer des polymères synthétiques dans les cellules.

Intervieweur: Nick Howe

Ainsi, en réduisant le nombre de codons dont une cellule a besoin pour fonctionner, les scientifiques peuvent emprunter ces codons pour effectuer d'autres tâches, telles que la fabrication de molécules artificielles. C’est ce que Jason et son équipe tentent de réaliser, et cette semaine à La nature, ils présentent un papier montrant qu’ils ont réduit le nombre de codons de 64 à 61 dans l’ensemble E. coli génome, sans perturber le fonctionnement de la cellule. Ils l'ont fait en recherchant des codons qui pourraient être remplacés par des codons synonymes qui signifient la même chose mais avec un triplet d'acides nucléiques différent. Mais ce n’est pas aussi facile que de simplement échanger tous les synonymes. La plupart des swaps laissant la cellule incapable de fonctionner, la première tâche de l’équipe était donc de déterminer les codons dont la cellule pouvait se passer. Chaque codon se produit des milliers de fois dans un E. coli génome, l’équipe de Jason a donc dû trouver une approche plus gérable.

Personne interviewée: Jason Chin

Ainsi, dans une série d'expériences précédentes, nous avions posé la question sur une région du génome de la cellule qui code beaucoup de gènes essentiels à la survie de la cellule, si nous pouvions remplacer des codons particuliers par leurs synonymes, par des codons qui coder le même acide aminé.

Intervieweur: Nick Howe

En modifiant les codons sur un court segment d’ADN essentiel, Jason pourrait déterminer quels codons étaient indispensables – si le changement ne fonctionnait pas, la bactérie ne survivrait pas. Une fois qu'il a découvert les codons dont les cellules peuvent se passer, il pourrait alors tenter de les supprimer du génome entier. Cela a nécessité un total de 18 214 changements génétiques. Auparavant, cela consistait à obtenir un tout nouveau génome synthétisé avec les codons choisis manquants, mais reconstruire le génome à partir de zéro signifie qu'il est beaucoup moins susceptible de fonctionner lorsque vous le réintroduisez dans la cellule. Au lieu de cela, Jason et son équipe ont synthétisé de courtes sections du génome modifié, puis ont vérifié leur fonctionnalité en remplaçant la courte section correspondante du génome. E. coli. Une fois qu'ils étaient satisfaits d'eux, ils les ont assemblés en morceaux plus gros, jusqu'à ce qu'ils aient finalement le génome entier. Tom Ellis, un biologiste synthétique qui n’était pas associé à cette étude, pense que cette méthode change la donne.

Personne interrogée: Tom Ellis

Je pense que le flux de travail va devenir la norme pour tous ceux qui font des expériences de génomique synthétique.

Intervieweur: Nick Howe

Maintenant que le nombre de codons a été réduit à 61, quelles sont les prochaines étapes? Pourrions-nous voir seulement 20 codons pour 20 acides aminés?

Personne interrogée: Tom Ellis

J'en doute sérieusement. Je pense qu’une équipe à Harvard cherche à obtenir un génome à 57 codons et nous le verrons peut-être un jour. Pour l'instant, 61 est l'état de la technique. Je pense qu’il ya déjà des études théoriques qui disent que même à 57 ans, vous commencez à repousser les limites de ce qui est réalisable.

Intervieweur: Nick Howe

Donc, nous ne descendrons peut-être pas à 20 codons, mais il y a probablement plus de réductions de codons à l'horizon. 61 est le nombre actuel à battre et les méthodes décrites dans cette étude pourraient contribuer à de nouvelles réductions dans le futur. En normalisant ces méthodes, une grande partie du processus pourrait même être automatisée, ce qui permettrait à bien plus de chercheurs de travailler sur ces problèmes. Jason Chin pense que la méthodologie est l’un des aspects les plus importants du travail de son équipe.

Personne interviewée: Jason Chin

Je pense que l’un des aspects remarquables de l’étude est qu’elle montre qu’on peut trouver des règles très bien définies dans lesquelles on remplace systématiquement le codon d’intérêt par le même codon partout. Tant que vous avez déjà identifié ce qu’est une bonne substitution, il s’avère que vous pouvez l’appliquer sur l’ensemble du génome.

Intervieweur: Nick Howe

C'était Jason Chin du Laboratoire de biologie moléculaire du MRC, ici au Royaume-Uni. Vous avez également entendu Tom Ellis de l'Imperial College London. Vous pouvez trouver le journal de Jason sur nature.com.

Animateur: Shamini Bundell

Plus tard dans la série, nous verrons comment les drones peuvent aider les chercheurs à comprendre pourquoi une tempête se transforme en une tornade – cela se produira dans le chat en ligne. Cependant, le moment est venu de faire le point sur la recherche, lu cette semaine par Anna Nagle.

[Tinter]

Anna Nagle

Les humains n’ont pas une grande expérience en matière de rejet de polluants dans l’atmosphère, mais ce n’est pas un phénomène moderne. Les Romains étaient connus pour avoir extrait du plomb afin de l'utiliser dans des conduites telles que des canalisations d'eau et des pièces de monnaie. Leurs activités minières ont apparemment causé beaucoup plus de pollution de l'air qu'on ne le pensait auparavant. Pour se faire une idée de l’impact de ces fouilles anciennes, une équipe internationale de chercheurs a étudié des carottes de glace vieilles de 5 000 ans prélevées sur le glacier du Mont-Blanc dans les Alpes françaises. Dans ces noyaux, l’équipe a mis en évidence deux pics de pollution atmosphérique par le plomb. L’une coïncidait avec l’agrandissement de leur territoire au IIe siècle av. J.-C. et l’autre lorsque l’empire romain était en plein essor, vers l’année 120 av. J.-C. Le taux de plomb était au moins dix fois supérieur au taux de référence, ce qui suggère que les mines et les fonderies le métal a causé la pollution de l'air pour une grande partie de l'Europe. Mine ce papier sur Lettres de recherche géophysique.

[Tinter]

Anna Nagle

Le panda géant a jadis prospéré dans une grande partie de l’Asie, du nord de la Chine au sud du Vietnam. À l'état sauvage aujourd'hui, cet ours emblématique ne se trouve que dans une poignée de chaînes de montagnes du centre de la Chine. Alors, qu'est-ce que cette réduction drastique de territoire a fait à la diversité génétique des pandas? Pour le savoir, une équipe de chercheurs a séquencé l'ADN d'un os de panda âgé de 5 000 ans, découvert dans une région très au sud de la région où vivent actuellement les animaux. L'analyse a révélé que l'os appartenait à un membre d'un groupe de pandas géants qui ont maintenant disparu. Cependant, cette lignée éteinte semble s'être mélangée avec les ancêtres du panda géant moderne il y a plusieurs milliers d'années. Les chercheurs à l'origine du travail affirment que, même s'il existe une diversité génétique parmi les populations de pandas modernes, l'espèce était beaucoup plus diversifiée avant que leur territoire ne se rétrécisse. Lisez ce papier sur Biologie actuelle.

[Tinter]

Animateur: Shamini Bundell

Ensuite, la journaliste Lizzie Gibney a examiné les premiers résultats de la mission de la Chine sur la face cachée de la Lune.

Intervieweur: Lizzie Gibney

Plus de 20 sondes ont atterri sur la Lune, mais une seule a jamais atterri sur son mystérieux côté éloigné – l'hémisphère, qui, en raison d'un verrouillage des marées avec la Terre, fait toujours face à nous. Il s’agissait de la sonde chinoise Chang’E-4, qui a effectué un débarquement historique en janvier. Les sondes n’ont pas tendance à aller au loin car il est impossible de communiquer directement avec un atterrisseur. Chang’E-4 contourne cela en parlant à la Terre via un vaisseau spatial relais, basé bien au-delà de la Lune. Chang’E-4 a atterri dans un bassin de 2 500 km de largeur appelé le bassin pôle Sud-Aitken. C’est un site particulièrement intéressant pour les scientifiques. Voici Bill Bottke, un scientifique planétaire du Southwest Research Institute.

Personne interrogée: Bill Bottke

C’est probablement le terrain le plus ancien de la Lune. Nous voyons la plus grande densité de cratères et de bassins de l'autre côté, ce qui indique que les terrains les plus anciens de la Lune s'y trouvent. Le plus grand cratère d'impact sur la Lune, que tout le monde convient, est celui-ci appelé le bassin Pôle Sud-Aitken. Elle fait plus de 2 000 kilomètres et nous pensons que c’est la plus ancienne structure d’impact sur la Lune.

Intervieweur: Lizzie Gibney

Chang’E-4 a atterri plus tôt cette année dans le cratère de Von Kármán – un creux plus petit dans le bassin Sud-Pôle-Aitken – et son véhicule, Yutu-2, a entrepris d’étudier le terrain qui l’entoure. À l'aide d'un spectromètre, il a examiné la lumière réfléchie par la surface de la Lune. Différents matériaux absorbent la lumière de différentes manières, révélant ainsi leur composition. La face proche de la lune est principalement recouverte de basalte marin – un type de roche en lave solidifiée. Mais Yutu-2 a peut-être vu quelque chose de différent de l'autre côté. Dawei Liu, de l’Observatoire astronomique national de l’Académie chinoise des sciences.

Personne interviewée: Dawei Liu

Étant donné que Yutu-2 a atterri sur le sol du cratère Von Kármán, une grande partie du sol devrait être recouverte de coulées de lave, dont le minéral dominant devrait être du pyroxène à haute teneur en calcium et peut-être similaire aux basaltes des juments proches du côté lunaire. Cependant, ce que nous avons trouvé est assez différent des basaltes de jument proches. Nous avons constaté qu'ils sont principalement composés d'olivine et d'un pyroxène à faible teneur en calcium. Donc, c'est un peu surprenant pour nous.

Intervieweur: Lizzie Gibney

Les découvertes ne ressemblent à rien qui ait jamais été détecté auparavant dans les échantillons rapprochés, mais elles correspondent aux preuves vues par les orbiteurs d'en haut. Et l'équipe a une théorie sur ce qu'elle pourrait voir. Ils pensent que le matériau pourrait provenir de l'intérieur de la Lune – une matière provenant du manteau lunaire qui aurait pu être soulevée lorsqu'un énorme astéroïde a frappé, créant le bassin Sud de Pol-Aitken, puis dispersée sur la surface par un autre impact, qui a créé le cratère d’impact Finsen à proximité. Voici encore Bill.

Personne interrogée: Bill Bottke

Il se pourrait très bien que la mission chinoise ait réussi à échantillonner ou au moins à comprendre une partie du matériel qui aurait pu provenir de l'intérieur très profond de la Lune. Maintenant, je dirai, ceci étant dit, il existe d’autres possibilités. Ce n’est peut-être pas forcément une réalité lunaire et ils en discutent dans le journal, mais je pense que c’est une possibilité excitante et que tout le monde sera très intéressé de voir où cela aboutira lorsque ce journal sortira dans les rues dans quelques jours.

Intervieweur: Lizzie Gibney

S'il est vrai que ce matériau dense provient de l'intérieur de la Lune, cela confirme ce que l'on appelle la théorie océanique du magma lunaire, qui dit que peu de temps après sa formation, la surface de la Lune était chaude et fondue, puis séparée en couches au fur et à mesure de sa solidification. Cela aurait laissé des matériaux plus légers dans la croûte de surface, enfouissant ceux plus profonds dans son manteau. Voici Dawei à nouveau.

Personne interviewée: Dawei Liu

Selon cette théorie, les matériaux plus légers devraient flotter pour former la croûte lunaire, tandis que les minéraux plus denses, tels que l'olivine, devraient couler pour former le manteau lunaire. Cependant, cette théorie a été débattue car aucune preuve directe n'a été trouvée pour indiquer que le manteau était dominé par l'olivine. Ainsi, si cette théorie est correcte nécessite une validation supplémentaire, ainsi que des preuves supplémentaires. Notre résultat tente de prouver que le manteau lunaire riche en olivine pourrait être juste, et nous soutenons donc l’hypothèse océanique du magma lunaire.

Intervieweur: Lizzie Gibney

Il est compliqué de séparer les empreintes digitales de différents matériaux, et Dawei tient à souligner que le rover doit collecter davantage de données avant que son équipe puisse confirmer qu'il s'agit bien d'un matériau provenant de l'intérieur du manteau. Au cours des prochains mois, le petit robot analysera les spectres de nombreux autres échantillons et cartographiera la géologie du site d'atterrissage.

Bill dit que nous pouvons apprendre beaucoup plus de la Lune.

Personne interrogée: Bill Bottke

En un sens, la Lune est comme une petite planète accessible qui est plus petite que la Terre, mais elle a connu cette fonte considérable. En étudiant la Lune et le manteau de la Lune, nous pouvons espérer en arriver au même processus nous dira comment les planètes de notre système solaire sont devenues ce qu'elles sont.

Intervieweur: Lizzie Gibney

Chang’E-4 a encore beaucoup à faire. Mais ce n’est pas la seule mission lunaire de la Chine. Il sera bientôt suivi de Chang’E-5 en décembre de cette année, qui aura pour objectif de ramener des échantillons de la Lune sur Terre.

Personne interviewée: Dawei Liu

Je pense qu’à l’avenir, la Chine a prévu de nombreuses missions – peut-être des missions Chang’E-6 ou Chang’E ultérieures. Ces missions nous aideront à construire une base lunaire à l’avenir. De plus, nous essayons d’aller sur Mars et le programme d’exploration de Mars est en cours, et notre exploration d’astéroïdes est également en cours de planification.

Intervieweur: Lizzie Gibney

C’est une longue liste d’achats de missions futures passionnantes. La Lune n'est que le premier tremplin vers tout cela, dit Dawei.

Personne interviewée: Dawei Liu

La Lune sera l’une des cibles les plus importantes de la future exploration spatiale de la Chine.

Animateur: Shamini Bundell

C'était Dawei Liu, et vous avez également entendu Bill Bottke. Vous pouvez lire le journal de Dawei et un article de News and Views sur nature.com.

Intervieweur: Nick Howe

Enfin, lors de l’émission de cette semaine, c’est le moment du chat en ligne et je suis accompagné de Richard Van Noorden, rédacteur en chef ici à La nature. Salut Richard