Les biologistes de la Ludwig-Maximilians-University Munich ont développé une méthode qui permet aux têtards de grenouilles africaines à griffes (Xénope laevis) à « respirer » en introduisant des algues vertes ou des cyanobactéries dans leur circulation sanguine pour fournir de l’oxygène. La méthode de l’équipe fournit suffisamment d’oxygène pour sauver efficacement les neurones du cerveau des têtards privés d’oxygène.
Injection transcardique d’algues vertes ou de cyanobactéries dans Xenopus laevis les têtards ont distribué ces micro-organismes photosynthétiques dans tout le SNC, provoquant une augmentation de la concentration d’oxygène en fonction du temps d’exposition à la lumière lors de l’illumination du cerveau ; au cours d’une extinction générale de l’activité neuronale à l’échelle du cerveau par des niveaux d’oxygène sous-atmosphériques, les algues vertes et les cyanobactéries ont pu relancer de manière réversible et répétitive l’activité de pointe lors de l’illumination, démontrant ainsi la capacité de ces micro-organismes à sauver l’activité cérébrale par l’oxygène photosynthétique . Crédit image : zugur et al., doi: 10.1016/j.isci.2021.103158.
“Les algues produisaient en fait tellement d’oxygène qu’elles pourraient redonner vie aux cellules nerveuses, si vous voulez”, a déclaré le Dr Hans Straka, chercheur au département de biologie de l’université Ludwig-Maximilians de Munich.
“Pour beaucoup de gens, cela ressemble à de la science-fiction, mais après tout, c’est juste la bonne combinaison de schémas biologiques et de principes biologiques.”
Dans la nature, les algues vivent harmonieusement dans les éponges, les coraux et les anémones, leur fournissant de l’oxygène et même des nutriments.
Pourquoi pas chez les vertébrés comme les grenouilles ? Pour explorer la possibilité, l’équipe a injecté des algues vertes (Chlamydomonas reinhardtii) ou des cyanobactéries (Synéchocyste sp.) en cœurs de têtards de grenouilles africaines à griffes.
À chaque battement de cœur, les algues traversaient les vaisseaux sanguins et atteignaient finalement le cerveau, transformant le têtard translucide en vert vif.
La lumière brillante sur ces têtards a incité les deux espèces d’algues à pomper de l’oxygène vers les cellules voisines.
Après avoir distribué des algues au cerveau, les chercheurs ont isolé la tête du têtard et l’ont placé dans un bain moussant à l’oxygène avec des nutriments essentiels qui préserveraient le fonctionnement des cellules, leur permettant de surveiller l’activité neuronale et les niveaux d’oxygène.
Lorsque les scientifiques ont épuisé l’oxygène du bain, les nerfs ont cessé de fonctionner et se sont tus.
Cependant, l’éclairage de la tête du têtard a redémarré l’activité neuronale en 15 à 20 minutes, ce qui est environ deux fois plus rapide que de reconstituer le bain avec de l’oxygène sans les algues.
Les nerfs réanimés ont également fonctionné aussi bien, voire mieux, qu’avant l’épuisement de l’oxygène, montrant que la méthode de l’équipe était rapide et efficace.
« Nous avons réussi à montrer la preuve de principe de l’expérience avec cette méthode. C’était incroyablement fiable et robuste, et à mes yeux, une belle approche », a déclaré le Dr Straka.
« Travailler en principe ne veut pas vraiment dire qu’on puisse l’appliquer à la fin, mais c’est la première étape pour entamer d’autres études.
Alors que les auteurs pensent que leurs découvertes pourraient un jour conduire à de nouvelles thérapies pour les conditions induites par les accidents vasculaires cérébraux ou les environnements pauvres en oxygène, tels que les sous-marins et les hautes altitudes, les algues sont loin d’être prêtes à entrer dans notre circulation sanguine.
Leur prochaine étape consiste à voir si les algues injectées peuvent survivre à l’intérieur de têtards vivants et continuer à produire de l’oxygène sans provoquer de réponse immunitaire qui fait des ravages chez les animaux.
« Vous devez avoir de nouvelles idées et de nouveaux concepts à explorer ; c’est l’une des façons dont la science est conduite », a déclaré le Dr Straka.
“Si vous êtes ouvert d’esprit et réfléchissez, tout d’un coup, vous pouvez voir toutes les possibilités d’une seule idée.”
Les résultats ont été publiés en ligne dans la revue iScience.
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Suzan Özugur et al. Les centrales à oxygène vert dans le cerveau sauvent l’activité neuronale. iScience, publié en ligne le 13 octobre 2021 ; doi: 10.1016/j.isci.2021.103158
