La biologie a longtemps étudié les systèmes vivants de manière fragmentée. Entre les microscopes qui révèlent les détails cellulaires, les dissections qui identifient les organes isolés et les examens radiologiques qui dressent un portrait global, observer la communication à grande échelle entre les différentes parties d’un organisme vivant relevait du défi. Une équipe de recherche basée aux États-Unis a franchi un cap décisif pour combler ce manque d’observabilité, selon les informations publiées dans les recherches relayées sur l’imagerie cellulaire globale.
La technique WHOLISTIC et le suivi du calcium en temps réel
L’approche, nommée WHOLISTIC pour WHole-Organism Live-Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity, recourt au génie génétique pour modifier presque toutes les cellules d’un organisme. Les scientifiques font en sorte que ces cellules expriment des capteurs fluorescents de calcium. Le calcium jouant un rôle de signal quasi-universel dans le vivant — qu’il s’agisse de la contraction musculaire, de l’activation des synapses ou de la mort cellulaire programmée —, ces capteurs s’illuminent lorsque les niveaux intracellulaires de calcium varient.
Jusqu’à présent, analyser les réponses cellulaires à l’échelle de l’organisme tout entier s’avérait extrêmement difficile. La nouvelle méthode permet d’identifier les tissus et les organes grâce à des textures visuelles distinctes via un canal de fluorescence unique, les zones dotées d’une lueur jaune traduisant une activité accrue du capteur, ainsi que le détaillent les spécifications techniques de l’étude parues dans Nature.
Modèles animaux et observations inattendues
Pour tester ce système, les chercheurs ont d’abord utilisé des larves de poisson-zèbre, puis une autre espèce de poisson d’eau douce, le Danionella cerebrum, qui conserve sa transparence naturelle à l’âge adulte. Ces deux espèces constituent des organismes modèles majeurs en recherche scientifique, offrant une fenêtre transparente sur des physiologies proches de celles d’autres vertébrés.
Virginie Ruetten a souligné que certaines propriétés fondamentales faisaient tout simplement défaut, car il s’était avéré très difficile d’observer les réponses cellulaires à grande échelle.
L’application de cette méthode d’imagerie globale a immédiatement mis en lumière des phénomènes biologiques inattendus. L’équipe a constaté que les chondrocytes — les principales cellules formant le cartilage — s’activaient en réaction au froid. De même, les couches de tissu protecteur du cerveau, les méninges, ont présenté des réactions inattendues face à la kétamine, touchant bien au-delà des seuls neurones.
Connecter les disciplines scientifiques
À une échelle plus vaste, l’imagerie a révélé des synergies musculaires inédites ainsi que des interactions complexes entre les muscles et les organes. Le système a également capturé des redistributions du flux sanguin à l’échelle corporelle orchestrées directement par le tronc cérébral.
Pour les chercheurs, cette avancée supprime les barrières traditionnelles entre des domaines d’étude cloisonnés. La physiologie, les neurosciences, l’éthologie et la biologie cellulaire disposent désormais d’un outil commun.
Misha Ahrens a indiqué que cela permettait désormais à tous ces domaines — la physiologie, les neurosciences, le comportement et la biologie cellulaire — de se connecter et de les étudier conjointement au sein d’un même animal.
L’équipe espère que cette méthode pourra être adoptée par des laboratoires du monde entier pour approfondir la compréhension de l’organisme pris dans sa globalité, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’étude des circuits biologiques intégrés.