Mesures permettant d’augmenter le débit des tests de chimiotaxie de C. elegans basés sur la population. (A) Schéma d’une plaque d’essai à 4 voies (empreinte de plaque de microtitration standard) montrant des inserts en mousse. (B) Dimensions de la vue de dessus et de côté d’un seul insert en mousse. Les panneaux (A) et (B) illustrent la zone de départ de l’essai (bleu clair), la position du composé d’essai (côté avec coin entaillé, orange) et la référence ou le solvant (opposé, bleu foncé). (C) Image recueillie sur un scanner à plat d’une seule plaque d’essai à 4 puits (à gauche) contenant de la gomme gellane Gelrite (2 voies supérieures) et de la gélose (2 voies inférieures). Des motifs de test transparents (logo Neuroplant, motif de test USAF 1951) placés à la surface du milieu solide sont utilisés pour illustrer la clarté améliorée de la gomme gellane par rapport à la gélose. Histogramme d’intensité tiré de l’image du motif de test imagé à travers la gomme gellane (en haut) et la gélose (en bas). (D) Images fixes d’une observation en accéléré de vers suspendus dans un tampon de chimiotaxie avec (+, à gauche) et sans (−, à droite) solution Optiprep d’iodixanol (tampon de chimiotaxie 7:3 : Optiprep). Crédit : PLOS Biologie (2024). DOI : 10.1371/journal.pbio.3002672
Les plantes sont des moteurs de fabrication moléculaire. Au fil des éternités, ils ont évolué pour produire une pléthore de petites molécules : certaines sont bénéfiques et précieuses pour les humains, tandis que d’autres peuvent être mortelles. Depuis des années, un bon moyen pour les scientifiques à la recherche de nouveaux médicaments de distinguer les molécules bénéfiques dérivées de plantes des molécules nocives consiste à effectuer un test de reniflage scientifique : tamponner un peu de la molécule à une extrémité d’une boîte de Pétri et y déposer de minuscules vers nématodes (C . elegans) de l’autre, puis attendez de voir si les vers chimiquement sensibles se rapprochent ou s’éloignent du composé en question, un processus connu sous le nom de chimiotaxie.
Cette méthode « artisanale » est terriblement lente. Il faut parfois deux heures pour analyser une seule nouvelle molécule. Mais une équipe de l’Institut Wu Tsai de neurosciences de l’Université de Stanford, dirigée par Miriam Goodman, professeure de biologie moléculaire et cellulaire, a développé un matériel et un logiciel qui transforment un scanner à plat standard en une plateforme de laboratoire capable d’évaluer des dizaines d’échantillons de chimiotaxie en quelques minutes. La plateforme peut préparer 20 plaques à la fois et en placer quatre sur un scanner pour effectuer 80 analyses chimiques en une heure environ.
« À l’époque, si quelqu’un était vraiment compétent et avait fait tout le travail de préparation et avait tout le matériel, il pouvait falloir deux semaines pour réaliser autant d’essais », a déclaré Goodman. L’équipe décrit les composants de sa plateforme DIY et propose le code open source dans un nouvel article de la revue PLOS Biologie.
La grande idée
Cela paraît simple, mais le développement de la plateforme n’a pas été une mince affaire pour l’équipe, qui comprenait les co-chercheurs Seung « Sue » Y. Rhee, directrice du Plant Resilience Institute de l’Université d’État du Michigan (anciennement de la Carnegie Institution for Science de Stanford) et Thomas R. Clandinin, professeur de neurobiologie à Stanford. Il a fallu au trio et à leurs laboratoires plus de cinq ans pour concevoir, créer, tester et évaluer leur approche depuis sa conception jusqu’à sa publication.
Le projet, baptisé « Initiative Neuro-Plant », faisait appel à des experts en neurosciences, en biologie animale et végétale, en sciences de laboratoire, en génie mécanique et en informatique. L’équipe espère désormais que la plateforme deviendra omniprésente et conduira à la découverte rapide de nouvelles molécules prometteuses destinées aux laboratoires médicaux, de biologie, d’agriculture et de neurosciences actuellement embourbés dans des méthodes artisanales.
« Dans le domaine de la recherche sur les nématodes, on compte environ 1 200 laboratoires à travers le monde », a noté Goodman. La plateforme pourrait s’avérer utile pour découvrir d’autres types de produits chimiques ou identifier les espèces de bactéries qui attirent ou repoussent les nématodes qui se nourrissent de bactéries, a-t-elle expliqué.
Une myriade de possibilités
La co-auteure Sue Rhee, professeure à la Fondation MSU dans les départements de biochimie et de biologie moléculaire, de biologie végétale et de plante, sol et microbiologie, étudie comment les plantes fabriquent une myriade de composés et les utilisent pour communiquer avec leur environnement. Parmi les centaines de milliers de composés produits par les plantes, Rhee affirme que nous en savons très peu sur la façon dont ils sont fabriqués ou utilisés dans la nature.
« On dit depuis longtemps qu’ils servent à se défendre contre les nuisibles ou à attirer les pollinisateurs, mais seul un petit nombre de ces composés ont des rôles connus », a déclaré Rhee. « Grâce à cet ingénieux test de chimiotaxie à haut débit, j’espère que nous pourrons commencer à percer ces mystères chimiques à grande échelle. »
Le co-auteur Thomas Clandinin est un neurobiologiste qui étudie la façon dont les animaux utilisent des entrées sensorielles spécifiques pour sélectionner des actions comportementales appropriées. Son laboratoire a contribué au développement d’un moyen de stabiliser les vers en suspension dans un liquide, facilitant ainsi les méthodes automatisées de distribution de vers à l’échelle nécessaire pour s’éloigner de la méthode artisanale.
« Le développement de cette méthode automatisée pour examiner le comportement de la chimiotaxie à grande échelle ouvrira une multitude de nouvelles possibilités pour explorer les riches connexions entre les odeurs et leurs récepteurs », a déclaré Clandinin.
Prochaines étapes
Goodman espère ensuite mettre son invention en pratique dans son propre laboratoire de neurosciences pour comprendre les bases neuronales et chimiques de la capacité des nématodes à distinguer les bonnes molécules des mauvaises. Elle poursuit une collaboration avec des chercheurs de l’université de Harvard pour utiliser l’imagerie calcique afin d’enregistrer l’activité de tous les neurones olfactifs (sensibles à l’odorat) du ver lorsqu’il se rapproche ou s’éloigne d’une molécule. Dans le cadre de ces travaux, Goodman prévoit d’utiliser sa plateforme d’analyse pour effectuer des recherches comportementales à plus grande échelle, en manipulant des neurones individuels dans le système nerveux des vers et en faisant correspondre les composés aux récepteurs.
Le test de l’odorat des nématodes est une compétence partagée par de nombreux animaux, y compris les humains, souligne Goodman. Elle espère appliquer ces connaissances en neurosciences à ce sujet fascinant, un travail qui, elle en est certaine, sera accéléré par cette nouvelle plateforme. Que ce soit chez les vers ou chez les humains, dit-elle, les récepteurs chimiques du système olfactif qui se lient à ces molécules retiennent exactement le même produit chimique.
“La forme de ces poches de liaison devrait être similaire chez les deux êtres. Même si elles sont différentes, il sera utile de le savoir”, a déclaré Goodman. “C’est une recherche qui me passionne vraiment.”
Plus d’information:
Emily Fryer et al, Une plateforme de criblage comportemental à haut débit pour mesurer la chimiotaxie par C. elegans, Biologie PLOS (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002672
Fourni par l’Université de Stanford
Citation:Le ver a tourné : une plateforme de laboratoire DIY évalue de nouvelles molécules en quelques minutes (2024, 27 juin) récupéré le 27 juin 2024 à partir de
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