mercredi 14 septembre 2016

Conférences publiques à l'Université de Genève sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles



Conférences publiques à l'Université de Genève sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles 

Dans le cadre de la semaine de conférence TeV Particle Astrophysics 2016 tenue au CERN du 12 au 16 septembre, les Prof. Bruce Allen et Prof. Kip Thornel, éminents astrophysiciens, tiendront deux conférences sur les dernières avancées dans le domaine en pleine effervescence de la physique des astroparticules.
Conférences en anglais.
Aucune pré-réservation requise, entrées gratuites.
Mercredi 14 septembre à 19h
"Seeing two black holes merge (with gravitational waves!)" ("Observer la fusion de deux trous noirs (avec des ondes gravitationnelles !)")
par le Professeur Bruce Allen, Institut Albert Einstein d'Hannovre

Uni Dufour - Auditorium U300
La première observation directe d'ondes gravitationnelles issues de la fusion et de la coalescence de deux trous noirs.
Le 14 septembre 2015, les instruments de pointe d'ondes gravitationnelles Ligo ont détecté le signal d'onde gravitationnelle émis alors que deux trous noirs, distants d'environ un milliard d'années-lumière de la Terre, orbitaient autour d'eux-mêmes une dernière fois puis fusionnèrent. Ce fut une nouvelle d'ampleur mondiale car les scientifiques essayaient d'observer un tel phénomène depuis plus d'un demi-siècle. Avant leur fusion, les deux trous noirs étaient respectivement 29 et 36 fois plus gros que le Soleil ; une fois la fusion complétée, il en résulta un seul trou noir d'environ 62 fois la masse du Soleil.
Le Professeur Allen expliquera ce que sont les trous noirs, comment ceux-ci (et d'autres masses accélérées) produisent des ondes gravitationnelles, et comment celles-ci sont détectées. Il dévoilera également les coulisses de cette découverte, et pourquoi les scientifiques sont convaincus que ce signal, nommé GW150914, est une réalité. Pour les amateurs de physique, Bruce Allen détaillera comment les propriétés principales des trous noirs peuvent être directement déduites des données d'observation, et pourquoi aucune autre explication n'est possible.

Vendredi 16 septembre à 18h
"Probing the warped side of our Universe with gravitational waves and computer simulations" ("Sonder le côté déformé de notre Univers grâce aux ondes gravitationnelles et aux simulations par ordinateur")
par le Professeur Kip Thorne, lauréat du Prix Tomalla de la Gravité 2016
Uni Dufour - Auditorium U300

Il y a de cela un demi-siècle, John Wheeler mit ses étudiants et collègues au défi d'explorer la géométrodynamique : la dynamique non linéaire de l'espace-temps courbé. Comment la courbure de l'espace-temps se comporte lorsqu'elle est prise dans une tempête, telle une tempête de mer avec des vagues déferlantes. Nous avons essayé d'explorer ce phénomène et nous avons échoué. La réponse nous échappait, jusqu'à ce que deux outils furent à notre portée : les simulations par ordinateur et l'observation d'ondes gravitationnelles. Kip Thorne expliquera ce que ces outils commencent à nous apprendre, et présentera sa vision du futur de la géométrodynamique.








Un commentaire pour préparer ces conférences que la Dr. Alice Gasparini  a eu la bonté de préparer au pied levé est joint à ce message  :

Conséquences de l’astronomie des ondes gravitationnelles

A une année de la première détection historique d’ondes gravitationnelles, Genève aura l’honneur d’accueillir trois figures centrales dans l’étude de ce type d’ondes et de la cosmologie moderne, à l’occasion de trois conférences qui ouvriront trois aspects de la recherche avancée dans ce domaine au public.
Le sujet intéresse de plus en plus les jeunes  -  probables témoins et/ou acteurs de nouvelles et surprenantes découvertes - et permet de passionner ou simplement de rapprocher ce type de public à la physique et à la recherche fondamentale. C’est pourquoi, de plus que les conférences grand public,  un projet pédagogique SwissMAP met à disposition un cours d’introduction à la cosmologie moderne, complet d’activités, au niveau des élèves du secondaire II.[1]

Mais pourquoi la détection de ces ondes est retenue aussi importante par l’ensemble des scientifiques de la planète ?
Les premières observations directes d’ondes gravitationnelles, en septembre et décembre 2015,  ont été bien plus que le résultat d’un demi siècle de travail de la part de plusieurs centaines de scientifiques, sur plusieurs générations. Ces détections marquent point de départ d’une nouvelle astronomie. La capacité à détecter ce type de signal,  émis lors des  événements les plus  énergétiques de l’Univers, a des conséquences extraordinaire pour le futur de toute la physique moderne : du point de vue de l’astrophysique, de la cosmologie et de notre compréhension fondamentale des lois de l’Univers.  

Astrophysique

Tout au long du siècle passé, la capacité à détecter de nouveaux types de rayonnement nous a permis de photographier l’espace avec de différentes lunettes, et, à chaque fois, d’en extraire des informations aussi fondamentales que complémentaires pour notre compréhension du Cosmos.

Les ondes gravitationnelles permettront d’ouvrir une autre fenêtre - très particulière - sur notre univers. Car, contrairement aux ondes  électromagnétiques, elles n’interagissent pratiquement pas avec la matière interstellaire. Cela nous permettra d’une part d’atteindre des sources à des distances beaucoup plus grandes que par les ondes électromagnétiques, d’autre part d’accéder directement à la physique relativiste de l’horizon des trous noirs, des objets jusqu’ici observés uniquement de manière indirecte par le biais électromagnétique des rayons X.
La détection GW150914 nous a déjà permis de perfectionner les modèles astrophysiques de formation des trous noirs dans l’Univers ancien, lorsque les étoiles étaient moins métalliques et donc plus massives : les trous noirs rémanents à la fin de leur vie étaient aussi plus massifs que ceux d’aujourd’hui. Ce fait explique les 30 masses solaires observées. Avec les prochaines détections, les scientifiques espèrent de pouvoir obtenir plus d’informations, par exemple sur l’axe de rotation des trous noirs avant la collision. En effet, le non-alignement des axes de rotation créerait une modulation particulière du signal dans la phase finale de la coalescence, et cela signifierait que les étoiles à l’origine du système binaire ne se sont pas formées à partir du même nuage de gaz primordial, contrairement au cas où les axes seraient alignés. De plus, la détection d’un plus grand nombre de ce type d’événements permettra une étude une statistique de tels objets, par exemple en les classifiant, comme on le fait déjà pour les étoiles et las galaxies.
Depuis septembre 2015, LIGO ne cesse d’être amélioré: dans l’année 2016 on a pu observer un volume trois fois plus grand qu’en 2015. Nous observons qu’un gain d’un facteur dix dans la sensibilité correspond à une “vision” dix fois plus loin dans l’espace, donc un volume et une augmentation de la fréquence de détection de tels événements mille fois plus grands.
Par la suite, un vrai réseau d’interféromètres sera opérationnel, incluant VIRGO, GEO et TAMA. L’avantage d’avoir des coïncidences de plus que deux interféromètres n’est pas uniquement d’améliorer la sensibilité de la détection, mais aussi celui de pouvoir déterminer la direction d’un événement, ce qui n’a pas été possible pour GW150914.
À cela s’ajoute le projet du lancement d’un interféromètre spatial : LISA, proposé actuellement pour la fin des années 2030, qui sera en orbite héliocentrique, et donc affranchi des bruits sismiques: ce détecteur est conçu pour détecter des ondes gravitationnelles entre 104Hz et 1Hz, fourchette qui recouvre les fréquences émises par de trous noirs de l’ordre de 106 masses solaires, comme les trous noirs supermassifs tapis dans le noyaux des galaxies.

Physique fondamentale

La théorie la plus fondamentale qui nous permet de modéliser l’Univers est la Relativité Générale. Toutefois, pour la plupart de phénomènes observés jusqu’à très récemment, la mécanique classique de Newton est suffisante, quitte à accepter de petites corrections, dans certains cas ou` la Relativité serait plus précise (comme par exemple pour l’effet de lentille gravitationnelle) : ce cours en est la preuve. Toutefois, la mécanique newtonienne n’est plus du tout valable pour la description de systèmes hautement relativistes, comme les trous noirs ou les premiers instants du Big Bang, lorsque le paramètre du système Rs/R = 2GM/c2R 1 : pour ces systèmes la Relativité Générale n’est pas simplement une correction à la théorie de Newton, mais la seule théorie valable.
La détection GW150914 a été la première observation expérimentale où nous avons pu tester la Relativité Générale à fond, et où nous avons pu observer sa précision dans la modélisation du phénomène. Il est important d’observer que nous ne pouvons pas exclure la possibilité que les modèles issus de la Relativité Générale ne correspondent pas aux observations, ce qui signifierait que même la théorie d’Einstein n’est plus suffisante, et pourrait nous donner des indices pour la construction d’une nouvelle théorie, encore plus générale. Dans ce sens, GW150914 a été une confirmation spectaculaire de la Relativité Générale, et l’étude d’autres événements de ce type, en plus de tester cette théorie, nous permet de poser des contraintes sur le modèles théoriques qui en vont au delà, comme les théories de cordes ou de gravité quantifiée.
En plus de la détection de coalescences de trous noirs, celles d’étoiles à neutrons ont une importance particulière pour la physique moderne, en particulier pour le physique des particules, d’autant plus que, contrairement aux collisions de trous noirs, celles où au moins un des corps est une étoile à neutrons serait accompagnée par une émission de rayons gamma, donc facilement identifiable.
Une étoile à neutrons est un astre où l’attraction gravitationnelle est tellement intense que la matière ordinaire ne peut pas subsister : il n’y a plus la place pour l’énorme vide normalement présent dans les atomes, où le “nuage” d’électrons se localise. Les charges négatives s’effondrent dans les noyaux en ne formant plus que des neutrons, en tout cas dans la couche plus externe de l’étoile. Nous ne savons pas ce qu’il y a à l’intérieur d’un tel astre, mais probablement un plasma de particules subatomiques comme les quarks.
On sait qu’une étoile de neutrons ne peut pas avoir une masse plus petite que 1,4 masses solaires (la limite de Chandrasekhar), car en deçà de ce seuil la pression gravitationnelle n’est pas assez grande pour créer de neutrons, et nous avons des étoiles de type naines blanches. D’autre part, au delà d’environ 3 masses solaires, pour éviter son effondrement, la matière constituant l’étoile devrait être tellement la rigide que même la vitesse du son à son intérieur dépasserait celle de la lumière (on parle alors de limite de Oppenheimer-Volkoff ). La limite supérieure reste théorique et nous n’avons jamais observé des étoiles à neutrons de plus de deux masses solaires. Des hypothèses existent concernant l’existence, entre 3 et 5 masses solaires, d’étoiles formées par des particules subatomiques comme des étoiles de quarks, sans aucune observation.
Dans tous les cas, la détection d’ondes gravitationnelles émises par de corps compacts pourra nous donner des contraintes observationnelles concernant l’existence d’étoiles de particules subatomiques, et les équations d’état d’un plasma de quarks.


Nous soulignons que la détection en même temps d’ondes gravitationnelles et d’une contrepartie lumineuse provenant du même événement pourra, entre autre, confirmer que la radiation gravitationnelle et celle électromagnétique se propagent à la même vitesse. Si cela ne devait pas être le cas, nous pourrions déterminer la masse du graviton[2]  à partir du retard que les ondes gravitationnelles auraient par rapport à la lumière, et poser des contraintes sur la portée de l’interaction gravitationnelle. Cela confirmerait certains modèles théoriques qui expliquent l’accélération de l’Univers par une masse du graviton. Ce fait pourrait expliquer pourquoi, au delà d’une certaine échelle, l’attraction gravitationnelle ne serait plus dominante, et donc l’origine de la (pas encore comprise) accélération de l’Univers.


Cosmologie Moderne

La détection d’ondes gravitationnelles provenant de coalescences d’étoiles de neutrons à de distances cosmologiques pourra compléter et améliorer l’étude de l’accélération de l’Univers, donc du rôle de l’énergie noire, à condition d’en connaître la direction[3]. En effet, a` partir du rayonnement lumineux reçu, nous pourrons déterminer le redshift de la source. D’autre part, l’amplitude de l’onde gravitationnelle détectée nous donnera accès au flux d’énergie reçu, donc à sa distance lumineuse.

Or, les modèles théoriques nous permettent de connaître la luminosité en ondes gravitationnelles de ce type de collisions, ce qui en fait des chandelles standard au moins aussi précises que les supernovae Ia, mais accessibles à de plus grandes distances.
La détection directe d’ondes gravitationnelles nous ouvre aussi les portes à un éventuel fond cosmologique, résidu du Big Bang, analogue au fond diffus d’ondes électromagnétiques (le CMB). En effet, au découplage électromagnétique du plasma primordial (380000 ans après le Big Bang), la lumière a pu s’échapper et voyager librement dans l’espace sous la forme de fond diffus cosmologique : à cette époque l’Univers est devenu “transparent” aux ondes électromagnétiques. De la même manière, au moment du découplage gravitationnel, les ondes gravitationnelles ont cessé d’interagir avec le plasma primordial et ont pu voyager librement : l’Univers est devenu transparent a` la radiation gravitationnelle. Si ce découplage a eu lieu, bien avant le découplage électromagnétique, la radiation gravitationnelle a du voyager dans l’espace jusqu’à nous.
Une détection du fond diffus cosmologique d’ondes gravitationnelles nous permettrait d’établir un portrait de l’Univers à l’âge du découplage gravitationnel : 1043s après le Big Bang.


[1] Pour plus d’informations, contacter Alice.gasparini@unige.ch
[2] De manière analogue au photon pour la lumière, le graviton est la particule associée à la radiation gravitationnelle. Seule les particules à masse nulle peuvent aller à la vitesse c, et plus une particule est massive, plus elle nécessite de l’énergie pour être accélérée à une vitesse proche de c.
[3] Ce qui demande la coïncidence entre plus que deux interféromètres.


 Ressources

Les mystères du Léman en image : invitation à la projection du film le Fjord du Léman



Sous l'apparente sérénité du Léman se cache une diversité de vie sans fin 


Sous l'apparente sérénité du Léman se cache une diversité de vie sans fin. Afin de pouvoir appréhender petit à petit les mystères du lac et de ses environs, des équipes de scientifiques du Département des sciences de la Terre et du Département F.-A. Forel des sciences de l'environnement et de l'eau de l'Université de Genève (UNIGE) ont passé plusieurs mois sur les eaux. Lancée par Walter Widi, une grande opération de cartographie bathymétrique a duré trois mois pour remettre à jour la carte qui datait de 1892. Dans leurs travaux de recherche, les équipes de Jean-Luc Loizeau et Stéphanie Girardclos ont aussi pu avancer vers une meilleure connaissance du delta du Rhône lémanique, livrant des indications précieuses sur les transformations de l'environnement par les hommes et le climat.
Ce travail a été filmé par le réalisateur Philippe Boucher qui présente son film, « Le Fjord du Léman », le jeudi 15 septembre à 18h30 à la salle U300 de Uni Dufour. Lors de cette projection, le réalisateur et les divers intervenants du film seront présents pour répondre à toutes vos questions.


Nous avons le plaisir de vous inviter à une projection privée du film « Le Fjord du Léman », un documentaire qui met en valeur les chercheurs et chercheuses de l'UNIGE qui travaillent sur le lac Léman. 
le jeudi 15 septembre à 19h, 
en salle U300 au sous-sol d'Uni Dufour. 
Un apéritif d'accueil vous sera offert dès 18h30. 

Philippe Boucher (réalisateur), Stéphanie Girardclos (maître d'enseignement et de recherche au Département des sciences de la Terre, Faculté des sciences), Tiago Adrião Silva (doctorant à l'Institut Forel, Faculté des sciences) ainsi que l'ensemble des personnes présentes dans le film vous accueilleront et répondront à vos questions après sa diffusion. Le nombre de place étant limité, inscrivez-vous sans plus attendre. 

Avec son œil de photographe, Philippe Boucher prend la caméra dans son film « Le Fjord du Léman » et suit les pas de celles et ceux qui vivent et travaillent avec passion, sur et autour du lac Léman. Portraits et découvertes s'orchestrent dans cette réalisation sincère et naturelle. De la carte bathymétrique réalisée par l'Institut Forel à l'étude d'événements climatiques qui se sont produits sur le Léman, le film retrace avec poésie de passionnantes recherches scientifiques. 
Pour plus de renseignements, consultez la page web de Philippe Boucher. 

Références

Le cerveau, des neurosciences au neuropouvoir"

Les neurosciences : enjeux éthiques

Une très belle soirée débat sur les enjeux éthiques des neurosciences et proposée aux enseignants mardi prochain. 

L' un des intervenants, Bernard Baertschi, a accepté de sélectionner un article réservé aux  membres Expériment@l-tremplins  :

  • Baertschi,Bernard. (2011) Neurosciences et éthique. Revue connaitre 36-37 intranet.pdf
Il permettra de se préparer au débat, ou d'approfondir après.
Il faut s'inscrire Dans cette page : Réserver
mardi 13 Septembre - Soirée débat autour du cerveau
    

Madame, Monsieur,


Nous avons le plaisir de vous inviter à une soirée débat sur le thème "Le cerveau, des neurosciences au neuropouvoir", mardi 13 Septembre 2016, en partenariat avec la Fondation Martin Bodmer et la Fondation Campus Biotech Geneva.

Après la présentation du Human Brain Project par Pierre Magistretti, Professeur au Brain Mind Institute et fondateur de la Société suisse des neurosciences, un débat s'engagera sur le thème toujours passionnant du cerveau.

Participants : Hervé Chneiweiss, président du Comité d'éthique de l'INSERM, Bernard Baertschi, de l'Institut Ethique, Histoire, Humanités de l'Université de Genève et Pierre Pollak, chef du service de neurologie des Hôpitaux Universitaires de Genève et pionnier de la stimulation cérébrale profonde.

Le débat sera animé par Bertrand Kieffer, rédacteur en chef de la Revue Médicale Suisse.

Suite au débat, nous remettrons les prix du public et du jury de notre exposition, "l'homme réinventé par la science : Vision d'artistes", en partenariat avec Art'Place, autour d'une verrée.

L'accès au Campus BioTech n'étant pas public, l'inscription est gratuite mais indispensable  Dans cette page : Réserver

Venez nombreux, nous serons ravis de vous recevoir,

Cécile Caldwell
Secrétaire Générale  

Brocher Foundation
Références

  • Baertschi,Bernard. (2011) Neurosciences et éthique. Revue connaitre 36-37 intranet.pdf

jeudi 1 septembre 2016

Un système de modification génique très ciblé, CRISPR/Cas9, bouleverse la recherche, transforme l'étude de l'évolution, relance la thérapie génique, pourrait bouleverser les écosystèmes…



Un mécanisme naturel, une découverte, une révolution à travers la biologie l'écologie et la médecine ?

Un mécanisme de modification ciblée de l'ADN - découvert dans l'industrie du yogourt au  Danemark - protège les bactéries d'attaques virales répétées. Les bactéries intègrent de courtes séquence de l'ADN viral intercalées avec des séquences palindromes appelés CRISPR pour former une sorte de "mémoire immunitaire" . Ensuite les ARN produits avec ces séquence guideront une enzyme Cas9 vers l'ADN correspondante (target) pour découper alors spécifiquement l'ADN viral.

Les caractéristiques les plus spécifiques de ce mécanisme sont la spécificité très grande (il cible très précisément une séquence d'ADN), la modularité (L'ARN et la protéine sont distincts : on peut facilement produire l'ARN target sans devoir changer l'enzyme; et on peut modifier l'enzyme sans perdre la spécificité de l'ARN), enfin la possibilité de le combiner avec les mécanismes de réparation pour non seulement couper mais remplacer une séquence par une autre.

Des potentiels innombrables…

D'innombrables chercheurs, ingénieurs, médecins, et parfois bricoleurs ont développé, à partir de ce mécanisme naturel, d'innombrables applications qui soulèvent des enjeux éthiques en rapport avec les énormes potentiels de ces mécanismes.

En recherche fondamentale on parvient aujourd'hui à faire en quelques jours - ou semaines - et de manière ciblée des modifications qui demandaient des mois ou des années. http://www.sciencemag.org/sites/default/files/styles/article_main_large/public/images/crispr-editorial.jpgEn médecine on explore de nouvelles approches pour la thérapie génique - plus ciblées. En écologie, on étudie un système de transmission génétique (Gene-drive) qui permettrait en peu de temps de retirer le potentiel de transmission de maladie à à quasi tous les individus d'une espèce (moustiques par exemple). En évolution, des approches expérimentales deviennent possibles  : au lieu d'être limité à la comparaison des différences que le hasard des fossiles et des ADN actuels nous offre - aussi sophistiquée et complexe que puissent être ces analyses elles ne permettent en général pas une vérification empirique - , on peut désormais modifier des espèces et explorer l'effet de gènes pour déterminer les effets développementaux : par exemple une  confirmation expérimentale de l'origine commune des doigts et des rayons des nageoires (Nakamura, T., et al., 2016). Les membres Expériment@l peuvent accéder à ces textes)

A vrai dire cette avalanche étourdissante de nouveautés et de changements de perspective peut être intimidante même pour les plus à jour des enseignants ... Nous avons ainsi organisé ;

Une formation continue pour mieux comprendre ces techniques et potentiels

Une formation continue pour mieux comprendre ces techniques et potentiels avec un chercheur, Fabrizo Thorel PhD, qui les emploie quotidiennement, avec une spécialiste des enjeux bioéthiques Prof Samia Hurst, avec une perspective historique par le Prof. Bruno Strasser et les implications sur l'enseignement et les applications possibles en classe par F. Lombard PhD en didactique de la Biologie.  Cours  PO-16421

"Modifier les génomes et les écosystèmes : enjeux scientifiques et éthiques" détails et inscription ici
"La révolution CRISPR/Cas9 transforme la recherche, ouvre presque à tous la modification génétique et pourrait transformer des écosystèmes"


L'histoire d'une découverte montre que la sciences est autant affaire de femmes que d'hommes


par Isabelle Collet

Emmanuelle Charpentier: a key inventor of the                gene-editing technology CRISPR–Cas9.La co-découverte de ce mécanisme a changé la vie d'Emmanuelle Charpentier (Abbott, A. (2016)) et peut constituer un exemple montrant aux élèves que la science est autant affaire de femmes que d'hommes.

Cet article retrace le parcours de recherche d'une scientifique d'exception, qui a, après des études à Paris, monté des laboratoires dans le monde entier afin de poursuivre ses recherches et sa passion.

Cet article a aussi l'avantage de la présenter comme une scientifique d'excellence, sans tomber dans les travers des stéréotypes sexués sur les femmes : l'auteur nous parle de ses recherches et de son parcours, en laissant de côté les questions de vie privée ou les remarques esthétiques. 

Bref, un article sur une scientifique hors du commun comme on aimerait en lire plus souvent.



Cette possible candidate au Prix Nobel montre de manière claire la bêtise des propos d'un de ces confrères Timothy Hunt, Prix Nobel de médecine, qui avait provoqué consternation et indignation sur les réseaux sociaux et dans la communauté scientifique. Il avait déclaré en 2015 au sujet des femmes : "trois choses se passent quand elles sont dans les labos: vous tombez amoureux d'elles, elles tombent amoureuses de vous, et quand vous les critiquez, elles pleurent."



Le fait que la Royal Society britannique se soit instantanément distancié des propos malheureux d'un de ses membres prestigieux et ce type d'articles commence a exister dans la presse sont peut-être des preuves d'une prise de conscience du sexisme dans les sciences et d'une volonté de le faire reculer.
D'ailleurs la co-découverte avec Jennifer Doudna - une femme aussi - leur a valu la prestigieuse récompenses du prix Breakthrough ! " For harnessing an ancient mechanism of bacterial immunity into a powerful and general technology for editing genomes, with wide-ranging implications across biology and medicine." 
Ces exemples sont peut-être des role models pertinent dans le cadre du Plan d'action mathématiques et sciences de la nature (MSN)




Pour approfondir CRISPR/Cas9, et pour venir à la Formation Continue inscription ici avec des questions ...

Plus de détails sur les mécanismes et enjeux à partir des publications Bio-Tremplins

la revue Nature a un dossier thématique:   Special: CRISPR

 CRISPR everywhere  A special issue explores what it means to be living in an age of gene editing.



La revue Science : The CRISPR revolution

Des dossiers dans les revues de vulgarisation

Un très bon dossier avec Emmanuelle Charpentier elle-même publié dans La Recherche.
Plus vulgarisé et sensationnaliste mais suscite bien les questions auprès des élèves.

  • Science et Vie Abdoun, E. et al. (2016)  évoque et illustre magnifiquement  "Les 9 promesses de CRISPR/Cas9 :
    • optimiser les gènes pour doper les individus,
    • soigner toutes les maladies,
    • corriger le patrimoine génétique de toute sa descendance,
    • inventer de nouveaux animaux de compagnie,
    • produire des OGM mais sans ADN étranger,
    • immuniser des animaux vecteurs de maladies,
    • ressusciter des animaux disparus,
    • sauver des espèces en danger." 
Ce dossier se termine par un article qui présente quelques réflexions sur le plan éthique.


Pour approfondir de manière plus ciblée

Voici quelques extraits de ce que proposent les spécialistes pour vous faire envie de lire plus... (c'est l'effet Tremplins ;-)

Des applications en recherche

La recherche fondamentale a été profondément modifiée par cette technique ( il y a plus de 2140 articles mentionnant CRISPR dans Nature à l'heure ou j'écris ces lignes)
On parlait déjà en 2013 de la folie CRISPR (Pennisi, E. (2013).

CRISPR/Cas9 rend possible l'expérimentation en évolution

Callaway, E. (2016) indique que la possibilité de modifier facilement un gène dans un organisme permet des expérience pour vérifier des hypothèses. L'étude de l'évolution repose principalement sur l'induction à partir de données d'observation. Des expériences que CRISPR/Cas9 rendent possible ont - par exemple - permis de vérifier le lien entre rayons des nageoires et doigts chez les vertébrés (Nakamura, T., et al. 2016) Callaway indique : 

"So far, the edits have tended to simply inactivate genes. But evo-devo scientists will soon start swapping genes between distantly related beasts to learn the origins of adaptations such as multicellularity and the anus, to name but two problems troubling the field. Our ability to access and analyse ancient DNA means that we can now insert genes from extinct animals into the genomes of their living relatives.
These sorts of experiments could draw evo-devo fancifully close to de-extinction, the quest to resurrect woolly mammoths and other long-dead animals. But every upturned urinal is not a Dadaist masterwork, and the idea behind the experiments is what matters. These 'hopeful CRISPR monsters' could confirm or reject decades-old theories about key events in evolution, and help us to come up with new ones."

Des potentiels cliniques... et des limites évolutives

Puisqu'il s'agit à l'origine d'un mécanisme contre les virus, l'idée de l'utiliser contre les virus humains s'est immédiatement imposée et les premiers essais sont en cours.

Malheureusement (et sans surprise pour ceux qui ont compris que  "rien en biologie n'a de sens qu'à la lumière de l'évolution" ( Dobzhansky, T.,  1973) ) la sélection parmi d'innombrables mutations a apparemment révélé des souches de virus insensible à CRISPR/Cas9 : les imperfections dans les mécanismes de  copie du virus accélèrent les mécanismes évolutifs…
Notez qu'on peut discuter le ton assez finaliste ou téléologique du journaliste qui rapporte cette recherche (on sent presque la "ruse" du virus pour contrer efforts des chercheurs ) ...

"HIV can defeat efforts to cripple it with CRISPR gene-editing technology, researchers say. And the very act of editing — involving snipping at the virus's genome — may introduce mutations that help it to resist attack."  […] "DNA sequencing revealed that the virus had developed mutations very near the sequence that CRISPR's Cas9 enzyme had been programmed to cut. To some extent, this was not a surprise: HIV has already shown the ability to evolve resistance to all manner of antiviral drugs (as well as the human immune system). This happens because its genetic material is copied by enzymes that are prone to error. Most mistakes stop the virus working, but occasionally a mutation is beneficial for HIV, allowing it to evade attack. "

Des potentiels en thérapie génique ?

Alors que les espoirs pour la thérapie génétique étaient un peu retombés au tournant du siècle, de récents succès relancent cette approche et CRISPR/Cas9 ouvre de nouvelles voies prometteuses . Notamment parce que CRISPR/Cas9 ouvre la possibilité de modifier de manière ciblée le gène défectueux plutôt que de rajouter un gène. Une des limites des premières approches - d'inspiration très Mendelienne il me semble-  était d'imaginer qu'il suffit d'introduire le gène ( l'allèle dominant) dans le génome pour qu'il guérisse puisqu'il est dominant. Or on sait maintenant que l'ADN n'est pas une simple longue ficelle (Bio-Tremplins du 14 novembre 2011) et l'endroit où on insère le gène thérapeutique n'est pas indifférent du tout ... 

Des potentiels de modification d'embryons…

Les premiers essais avec  CRISPR/Cas9 sur des humains sont en cours...

Des potentiels pour le bricoleur ou le parent soucieux de ses enfants

CRISPR/Cas9 rend bien plus accessible la modification génique... peut-être à la portée de tous ?  

Certains envisagent même de modifier eux-mêmes les gènes de leurs propres enfants pour les soigner :

Des scientifiques responsables

Evidemment des questions éthiques innombrables se posent et les scientifiques eux-mêmes ont convoqué une  réflexion cet hiver sur les potentiels et enjeux de la modification génique chez l'humain

Des potentiels agricoles ou en élevage, des obstacles éthiques levés ?  

La facilité et la rapidité de  ces mécanismes sont évidemment d'un grand intérêt pour les industriels.
Le mécanisme de modification CRISPR/Cas9 semble bien plus précis et pourrait éviter plusieurs des problèmes comme les séquences d'antibio-résistances restées dans les OGM, le lieu d'insertion imprévisible ou l'apport éthiquement problématique de séquences d'une autre espèce.
Par exemple
Le terme d'OGM suggère que l'on modifierait les gènes. Jusqu'à présent les OGM sont plutôt des organismes génétiquement incrémentés (OGI ?) : on ajoute un gène, en général sans retirer ni modifier - du moins volontairement - de gène. Le Système CRISPR/Cas9 promet de modifier le gène visé : de changer une séquence "en place". Cela diminue les risques d'effets secondaires, et évite ainsi l'insertion d'un gène "étranger" et serait à ce titre moins susceptible de réactions anti-OGM :  "produire des OGM mais sans ADN étranger "Abdoun, E. et al. (2016) .
J'avoue une certaine perplexité sur cet argument. Je pense que les oppositions sont fondées par une conception naïve essentialiste : l'ADN humain serait intrinsèquement différent de celui d'autres espèces. L'apport d'un ADN d'une autres espèce menace la nature même de l'individu qui le reçoit. Par extension, toute intervention dans cet ADN - même pour en enlever ou modifier quelques bases avec CRISPR/Cas9 - en perturberait la nature. 
  • Coley, J. D., & Tanner, K. (2015). Relations between Intuitive Biological Thinking and Biological Misconceptions in Biology Majors and Nonmajors. CBE-Life Sciences Education, 14(1), ar8. doi: 10.1187/cbe.14-06-0094

Gene-Drive, l'allèle super-dominant : une réaction en chaîne rend possible une modification forcée de l'autre gamète ?

Combiné avec le mécanisme de réparation homologue de l'ADN qui existe dans les cellules, des chercheurs ont réussi à élaborer une construction génique qui va sélectivement s'insérer et remplacer une séquence par celle qu'il apporte, en insérant également de quoi répéter l'opération. Ce système permet une diffusion exponentielle d'un allèle dans une population, même s'il n'apporte pas d'avantage sélectif. Le mécanisme est décrit notamment à partir d'ici :

Habituellement un changement génétique prend longtemps pour se répandre dans la population, car une seule copie du gène muté est transmis à chaque fécondation et donc seule la moitié des descendants reçoit la copie mutée.
Mais  Gene-Drive (mécanisme et liens ici) assure que la mutation produite par CRISPR sur un chromosome se recopie sur le chromosome homologue à chaque génération, assurant que presque tous les descendants de l'individu muté portent la mutation. La mutation se répand alors exponentiellement dans la population comme une sorte de réaction en chaine.


Fig.  4:  Gene Drive assure u
ne sorte de transmission forcée de l'allèle muté et transforme un hétérozygote en homozygote. [img] source  Scopus; Patents: The Lens; Funding: NIH RePORTER.
Les limites de ce modèle dans une perspective évolutive sont discutées par des chercheurs (si de telles éliminations de populations entières se produisaient aussi facilement, ce mécanisme qui existe depuis es millions d'années n'aurait-il pas fait des dégâts observables et laissé des traces dans l'évolution des espèces, disions-nous dans Bio-Tremplins ici
Cette question est discutée - et une réponse un peu rassurante est apportée - par des chercheurs notamment ici
"The alteration of wild populations has been discussed as a solution to a number of humanity's most pressing ecological and public health concerns. Enabled by the recent revolution in genome edit- ing, CRISPR gene drives, selfish genetic elements which can spread through populations even if they confer no advantage to their host organism, are rapidly emerging as the most promising ap- proach. But before real-world applications are considered, it is imperative to develop a clear un- derstanding of the outcomes of drive release in nature. Toward this aim, we mathematically study the evolutionary dynamics of CRISPR gene drives. We demonstrate that the emergence of drive- resistant alleles presents a major challenge to previously reported constructs, and we show that an alternative design which selects against resistant alleles greatly improves evolutionary stability. We discuss all results in the context of CRISPR technology and provide insights which inform the engineering of practical gene drive systems."
D'ailleurs l'existence de ces même mécanismes évolutifs est manifeste par le fait qu'ils ont restreint les espoirs dans la lutte contre le HIV : des mutations de la séquence du Virus l'ont rendu insensible à l'attaque de CRISPR/Cas9  comme indiqué plus haut dansCallaway, E. (2016).

Encore une fois ... "rien en biologie n'a de sens qu'à la lumière de l'évolution" ( Dobzhansky, T.,  1973)
  • Dobzhansky, T. (1973). Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. American Biology Teacher, 35(3), 125-129.

Des applications en classe ?

Le système CRISPR/Cas9 est probablement plus simple à comprendre pour nos élèves que la modification génique classique surtout comme elle a été faite historiquement avec le gène de l'insuline, les clones bactériens dont le plasmide a effectivement reçu le gène de l'insuline révélés par le gène ßgal qui ne s'exprime plus et la coloration…

Faut-il leur enseigner ce qui va être le principal mécanisme dans leur vie de citoyen ou celui que nous connaissons bien ? La question ne peut plus être éludée... 

Le système CRISPR/Cas9 pose quelques questions qui permettent des activités

  • Pourquoi l'évolution a-t-elle sélectionné une longueur d'une vingtaine de bases pour la séquence "target" - environ la même longueur que les primers de la PCR ?  Expérimentation possible pour les élèves : déterminer la longueur minimale qui assure une bonne spécificité en utilisant BLAST avec des séquences de taille décroissante :   Scénario 6
De nouvelles activités expérimentales
On sait qu'un savoir s'enseigne seulement si des activités d'élèves peuvent être proposées aux élèves et si il est facile de composer des épreuves et d'évaluer ces travaux (Chevallard, Y., 1991).  Peut-être que cela explique - en partie - le succès qui ne se dément pas de la Génétique de Mendel dans les programmes.
  • Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 1re ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.
D'autres applications en classe seront discutées à la formation continue ici
La didactique est encore à inventer sur ces questions, mais peut-être que certains d'entre vous ont déjà inventé des scénarios innovants ?
Venez les partager à la formation continue ici

Gene-Drive le gène qui s'impose - ou la dominance que les élèves imaginent en étudiant Mendel ? 

Gene-Drive est une exception ( de plus…) au modèle de Mendel … L'examen d'un tableau des zygotes produits (tableau de Punett) avec Gene-Drive peut être une manière de discuter- par contraste – les effets du modèle mendélien lois en distinguant le cas Gene-Drive du cas normal.
On pourrait les aider à prendre conscience de leurs modèles naifs en leur faisant produire un tableau de Punett d'un croisement monohybride avec dominance simple et le même avec Gene-Drive sur l'allèle récessif ou sur l'allèle dominant  ?
Modèle Mendélien Gris blanc
Gris GG Gb
blanc Gb bb

Cela pourrait donner par exemple avec Gene-Drive

Avec l'allèle b muni de
Gene-Drive => -gd
Gris blanc-gd
Gris GG bb
blanc-gd bb bb

En effet de nombreux élèves semblent - dans mon expérience - imaginer que les allèles dominants s'imposent lors d'une fécondation. S'il est erroné par rapport à  celui de Mendel, ce modèle naïf préfigure assez bien Gene-Drive !
Paradoxalement, les faire comparer ce qui se passe avec Gene-Drive et la classique ségrégation mendélienne pourrait aider à révéler leur modèle naïf et  peut-être le dépasser ? 

Mettre les élèves dans la position de discuter d'anciens documents d'enseignement pourrait les aider à prendre la mesure des progrès de la science ?


Sources :


mercredi 24 août 2016

une matinée de conférences et du théâtre "Horace Bénédict de Saussure et le Relief des Alpes", samedi 27 août



De Saussure : une figure scientifique et montagnarde Genevoise 

Horace-Bénédict de Saussure a marqué l'histoire scientifique et montagnarde de la région genevoise chacun le sait - notamment en suscitant le course pour  la première ascension du Mont-Blanc dans un contexte de rivalité sportive et régionale sur les sommets. Surtout au collège qui porte son nom... Mais, une fois cela dit que savons-nous vraiment de ce personnage et de son époque,  des rapports à la montagne et à la science  ?


Une série de conférences ce samedi au musée d'histoire des sciences - magnifique bâtiment dans un écrin de verdure au bord du lac - face au Mont-Blanc, justement - vous permettra de découvrir quelques facettes montagnardes - avec le CAS - et scientifiques de ce personnage exceptionnel. 

http://www.histoire-passy-montblanc.fr/wp-content/uploads/2014/09/Voyages_Alpes_page_titre_T1_web.jpg    Voyages_Alpes_ed_2002_couv_web
Fig 1: Horace Bénédict de Saussure[img] [img] source : Culture, Histoire et Patrimoine de Passy


Horace Bénédict de Saussure et le relief des Alpes

Pour préparer la rentrée et en lien avec l'exposition temporaire "T'es où ?", les Salons Dufour, la Section genevoise du Club Alpin Suisse et le Musée d'histoire des sciences vous invitent à une matinée de conférences et de théâtre au Musée d'histoire des sciences :



Fig 2: Horace Bénédict de Saussure [img] source : MHS

Horace Bénédict de Saussure et le relief des Alpes
samedi 27 août
de 9h à 12h30 environ


Programme
Accueil, par L.-I. Stahl Gretsch (Musée d'histoire des sciences) et Marc Studer (président Les Salons du Général Dufour)
Conférences :
- Dufour et la création de la Section genevoise du Club Alpin Suisse, par Quentin Deville (président du Club Alpin Suisse (CAS), Section Genève)
- Les Pierres du Niton, par Jean Sesiano (Université de Genève et membre du Club Alpin Suisse (CAS), Section Genève)
- Le franchissement des Alpes par l'altimétrie, les triangulations et les cartes, par Martin Rickenbacher (Groupe de travail de l'histoire de la cartographie, Société Suisse de Cartographie, membre de la Commission historique des Salons du Général Dufour)
- L'évolution de la représentation du relief à travers l'Histoire, par Bertrand Levy (maître d'enseignement et de recherche au Département Géographie et Environnement de l'Université de Genève,  rédacteur du Globe (revue genevoise de géographie), membre de la Société de Géographie de Genève)
- Les expéditions de Saussure racontées par les reliefs, par Stéphane Fischer (assistant-conservateur au Musée d'Histoire des Sciences)
Théâtre :
 La lenteur du paysage – sur les traces de Horace-Bénédict de Saussure, d'après "Voyage dans les Alpes", par Natacha Jaquerod, Isabelle Bosson et la troupe de Théâtre Cie Le Facteur Sensible.


Gratuit et tout public, dans la mesure des places disponibles