Le 6 mai 2001

Le danio

Le danio, diminutif affectueux du brachydanio rerio, est un petit poisson que l'on rencontre de plus en plus dans les laboratoires. Son ascension irrésistible a bousculé la mouche à fruit et le ver plat. Cette vedette montante inquiète même la souris et le rat, les vedettes incontestées des laboratoires. En compagnie des chercheurs Marie-Andrée Akimenko et Marc Ekker du Loeb Health Research Institute d'Ottawa, nous allons découvrir ce nouveau chouchou des laboratoires.

Dans l'animalerie de l'Institut de recherche Loeb à Ottawa c'est la récolte de la manne quotidienne : de petites perles de vie. Ce sont les œufs d'un petit poisson d'à peine trois centimètres de long à la robe rayée : le danio. Chaque œuf contient la recette secrète pour fabriquer un nouveau danio. Et le développement se fait au grand jour. L'embryon du danio a le grand avantage de la transparence. Il s'offre sans retenu aux regards des chercheurs. Une véritable aubaine pour les férus d'embryologie et de génétique. Comme beaucoup de chercheurs, Marie-Andrée Akimenko et Marc Ekker n'ont pu résister aux attraits de ce petit poisson.

« Durant mon doctorat, j'ai rencontré Marc. On a décidé de partir ensemble faire un stage, nous raconte Marie-Andrée Akimenko. »

« Nos collègues nous ont mentionné un petit groupe de chercheurs qui commençaient à travailler avec le danio en Oregon, et c'est ce qui nous a motivé, ajoute Marc Ekker. On a eu la piqûre! Depuis on travaille avec cet organisme. »

Star montante des laboratoires, le danio se contente de peu d'espace. On peut en mettre 50 dans un petit aquarium, les croiser entre eux et maintenir sans difficulté des dizaines de lignées. Et puis, ce poisson ne se traîne pas les pieds. À deux mois, il est déjà adulte et peut produire des œufs, plus d'une centaine à la fois. Et quels œufs! Une matière précieuse pour les scientifiques qui cherchent à percer les mécanismes du début de la vie, de ces moments cruciaux où tout se met en place.

« Ils sont très prolifiques, nous explique Marie-Andrée Akimenko. Si on fait un croisement entre un mâle et une femelle, on obtient une centaine d'œufs à chaque croisement au moins, et le développement des embryons est externe. On peut suivre le développement. Il est très rapide. En 24 heures, on a déjà un petit embryon, on peut voir le cœur battre. »

Au début, il n'y a qu'une cellule assise sur le sac vitellin. Le sac vitellin, c'est comme le jaune d'un œuf, la réserve d'énergie du futur embryon. Lors des 18 premières heures, les divisions commencent par deux, quatre, huit et seize. Et rapidement une masse de centaines de cellules se forme. Et ces cellules commencent déjà à se différencier.

Puis, l'embryon s'allonge, une tête apparaît. On devine la forme des yeux. La colonne vertébrale et la queue se dessinent. Sous la direction des gènes, l'amas cellulaire informe se transforme en un animal complexe.

« Au stade embryonnaire, on peut retrouver les mêmes mécanismes de développement chez un embryon de danio, de souris, humains même, précise Marie-Andrée Akimenko. »

Si une anomalie se présente, elle est facilement repérée. On la voit.

« On peut mettre à profit la conservation de ces mécanismes de développement pour essayer, avec un système plus simple, de comprendre comment les anomalies de développement chez l'humain peuvent être causées. Pour un embryon d'un stade plus avancé, d'environ 48 heures, on voit clairement le cœur qui bat. Il se retrouve sous la tête et près du sac vitellin, ajoute Marc Ekker. On peut voir les cellules sanguines qui tournent et se dirigent vers le cœur. Les autres parties de l'embryon sont encore bien transparentes, on peut voir les yeux, les oreilles internes ainsi que les deux otolithes, deux pierres à l'intérieur de l'oreille interne.

Avec de tels attraits, le danio fait tout un tabac en génétique. Il commence à faire de l'ombre à la célèbre mouche à fruit qui depuis près d'un siècle est le pain et le beurre des généticiens. Avec seulement quatre paires de chromosomes et 13 601 gènes, cette petite mouche a révolutionné la génétique et raflé trois prix Nobel. C'est grâce à elle que l'on a su que les gènes se trouvaient sur les chromosomes. Et puis, en créant des mutants possédant des gènes défectueux, on a pu trouver la fonction de milliers de gènes.

Contrairement à la mouche, le danio est un vertébré, tout comme l'humain. Sur l'échelle de la vie, il est beaucoup plus près de nous. Et ne vous fiez pas à sa taille. Ce petit poisson qui peut tenir dans une cuiller possède un gros génome : 25 paires de chromosomes, et autant de gènes que l'être humain.

« On s'est aperçu lorsque l'on a identifié des gènes qui sont responsables du développement chez le danio, la souris et chez l'homme, qu'ils partageaient un grand nombre de ces gènes, nous dit Marc Ekker. En fait, la plupart des gènes que l'on a identifiée chez le danio, existe également chez l'être humain. Les danios ont donc été beaucoup utilisés dans d'autres laboratoires pour étudier le développement du système cardiovasculaire. En fait, certaines mutations qui affectent le système du sang chez le danio correspondent à des maladies qui existent chez l'homme. »

Après la mouche à fruit, c'est au tour du danio d'être en vedette. Des centaines de scientifiques s'emploient à percer le mystère des gènes du danio en croisant les différentes lignées et en créant des anomalies génétiques, des mutations.

« La manière la plus rapide de trouver la fonction d'un gène est de regarder ce qui se produit lorsque la fonction de ce gène fait défaut, ajoute Marc Ekker. Donc, créer des mutations ou ce gène va être affecté et ne pourra pas exercer sa fonction. On peut aussi surexprimer ce gène. C'est-à-dire créer un état où la protéine qui est encodée par ce gène fonctionne trop fort. En regardant les phénotypes, on voit ce qui se passe au niveau du développement du danio, lorsque le gène est exprimé trop fort ou trop peu. On peut donc avoir des indices sur la fonction de ce gène. ».

Marie-André Akimenko s'intéresse particulièrement aux gènes responsables de la formation des nageoires. Chez l'homme, l'amputation d'un membre est définitive. Mais chez le danio, la nageoire se régénère. En huit jours la nageoire peut repousser presque complètement. Le miracle réside dans les gènes. C'est un gène normalement actif chez l'embryon mais inactif chez le poisson adulte qui se réveille et orchestre la régénération.

« Le fait de couper la nageoire va réactiver l'expression de ces gènes, nous explique Marc Ekker. Ces gènes sont présents chez l'embryon. Donc, il y a tout lieu de croire que chez l'humain ces gènes vont être là aussi mais ils n'arrivent pas à être réactivés. Il suffirait de comprendre quels sont les facteurs nécessaires pour réactiver ces gènes pour réussir le même processus chez l'humain. »

Et le danio ne régénère pas seulement ses nageoires. Il fait de même avec le nerf optique, la moelle épinière, et aussi les cellules sensorielles de l'oreille. Marc Ekker étudie justement les gènes responsables de la formation de l'oreille interne et de l'audition.

« Malgré le fait que leur apparence soit très distincte, l'oreille interne du danio et l'oreille interne de l'être humain utilise le même genre de cellules sensorielles qu'on appelle les cellules sensorielles ciliées, nous explique Marc Ekker. »

Chez l'humain, les cellules nerveuses ciliées vieillissent et meurent. On en a de moins en moins. C'est pourquoi en vieillisant on devient dur d'oreille. Chez le danio, le scénario est différent.

« Nous croyons que les gènes qui sont responsables de la formation de ces cellules sensorielles sont les mêmes chez les poissons que chez les êtres humains. Mais que chez les poissons, ils sont capables de les réactiver au besoin alors que chez l'humain cette capacité n'existe pas. Donc, on peut imaginer que si on comprend les mécanismes par lesquels cette réactivation peut avoir lieu chez le poisson, on pourrait imaginer un jour à long terme des méthodes thérapeutiques pour réactiver ces gènes chez l'être humain, et donc compenser la perte de ces cellules sensorielles, conclut Marc Ekker. »

Il y a un peu de science-fiction dans les travaux de Marie-André Akimenko et de Marc Ekker. Grâce à sa proche parenté avec nous, le danio est en train de nous aider à mieux comprendre notre propre génome. Le danio est la preuve qu'en science on a souvent besoin d'un plus petit que soi.

 

Journaliste : Claude D'Astous
Réalisatrice : Francine Charron
Adaptation pour Internet : Jean-Charles Panneton