Les algues vertes injectées (vertes) se trouvent à l'intérieur des vaisseaux sanguins (magenta) comme un collier de perles. Crédit : Özugur et al./iScience
Des algues photosynthétisantes injectées dans les vaisseaux sanguins des têtards fournissent de l'oxygène à leur cerveau.
Menant une double vie dans l'eau et sur terre, les grenouilles ont de nombreuses techniques de respiration - par les branchies, les poumons et la peau - au cours de leur vie. Aujourd'hui, des scientifiques allemands ont mis au point une autre méthode qui permet aux têtards de "respirer" en introduisant des algues dans leur circulation sanguine pour fournir de l'oxygène. La méthode mise au point, présentée le 13 octobre dans la revue iScience, a fourni suffisamment d'oxygène pour sauver efficacement les neurones du cerveau des têtards privés d'oxygène.
"Les algues produisaient en fait tellement d'oxygène qu'elles pourraient redonner vie aux cellules nerveuses, si vous voulez", explique l'auteur principal Hans Straka 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."
Straka étudiait la consommation d'oxygène dans le cerveau des têtards de grenouilles africaines à griffes (Xenopus laevis) lorsqu'une conversation avec un botaniste au cours d'un déjeuner a suscité l'idée de combiner la physiologie végétale avec les neurosciences : exploiter le pouvoir de la photosynthèse pour fournir de l'oxygène aux cellules nerveuses. L'idée ne semblait pas farfelue. 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 ?
Alors que des chercheurs allemands injectent des algues vertes dans un cœur de têtard qui bat, les veines translucides de l'animal deviennent progressivement vertes. Lors de l'illumination, les algues peuvent produire de l'oxygène. Crédit : Özugur et al./iScience
Pour explorer la possibilité, l'équipe a injecté des algues vertes (Chlamydomonas renhardtii) ou des cyanobactéries (Synéchocyste) dans le cœur des têtards. 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, permettant à l'équipe de surveiller l'activité neuronale et les niveaux d'oxygène. Lorsque les chercheurs 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 des chercheurs était rapide et efficace.
« Nous avons réussi à montrer la preuve de l'expérience de principe avec cette méthode. C'était incroyablement fiable et robuste, et à mes yeux, une belle approche », déclare Straka. « Travailler sur le principe ne signifie pas vraiment que vous pourriez l'appliquer à la fin, mais c'est la première étape afin d'initier d'autres études. »
Alors que les chercheurs 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. La prochaine étape de l'équipe est de 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.
Straka envisage également que ses recherches profitent à d'autres laboratoires qui travaillent avec des tissus isolés ou des organoïdes. L'introduction d'algues productrices d'oxygène pourrait aider ces tissus à prospérer et à augmenter leur taux de survie, réduisant potentiellement le besoin d'animaux vivants pour les expériences.
« Vous devez avoir de nouvelles idées et de nouveaux concepts à explorer ; c'est l'une des façons dont la science est dirigée », déclare Straka. "Si vous êtes ouvert d'esprit et que vous y réfléchissez, tout d'un coup, vous pouvez voir toutes les possibilités d'une seule idée."
Référence : "Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity" par Suzan Özugur, Myra N. Chávez, Rosario Sanchez-Gonzalez, Lars Kunz, Jörg Nickelsen et Hans Straka, 13 octobre 2021, iScience.
DOI : 10.1016/j.isci.2021.103158
Ce travail a été soutenu par la Fondation allemande pour la science, le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche et le Centre de neurosciences de Munich.
