Lorsque les ours et les écureuils terrestres hibernent en hiver, ils cessent de manger et se contentent jusqu’au printemps des réserves de graisse qu’ils ont emmagasinées dans leur corps. Habituellement, ce type de jeûne et d’inactivité prolongés réduit considérablement la masse et la fonction musculaires, mais les hibernants ne subissent pas ce sort. La façon dont ils l’évitent reste cependant un mystère.
Un biologiste de l’Université de Montréal a découvert pourquoi, et ses conclusions pourraient avoir des répercussions sur l’avenir des voyages dans l’espace. En étudiant une variété appelée » écureuil terrestre à 13 lignes « , commune en Amérique du Nord, Matthew Regan a confirmé une théorie connue sous le nom de » récupération de l’azote uréique » datant des années 1980.
Cette théorie postule que les hibernants exploitent une astuce métabolique de leurs microbes intestinaux pour recycler l’azote présent dans l’urée, un déchet habituellement excrété sous forme d’urine, et l’utiliser pour construire de nouvelles protéines tissulaires.
Comment cette découverte pourrait-elle être utile dans l’espace ? Théoriquement, selon Regan, en aidant les astronautes à minimiser leurs propres problèmes de perte musculaire causés par la suppression de la synthèse des protéines induite par la microgravité et qu’ils essaient maintenant de réduire en faisant des exercices intensifs.
Si l’on pouvait trouver un moyen d’augmenter les processus de synthèse des protéines musculaires des astronautes en utilisant la récupération de l’azote uréique, ils pourraient être en mesure d’obtenir une meilleure santé musculaire pendant les longs voyages dans l’espace lointain dans des vaisseaux spatiaux trop petits pour les équipements d’exercice habituels, selon l’argument.
« Comme nous savons quelles protéines musculaires sont supprimées pendant les vols spatiaux, nous pouvons comparer ces protéines à celles qui sont renforcées par la récupération de l’azote de l’urée pendant l’hibernation », a déclaré Regan, qui a mené ces recherches alors qu’il était post-doc à l’Université du Wisconsin-Madison.
Il poursuit maintenant ses travaux grâce à une subvention de recherche de l’Agence spatiale canadienne à l’UdeM, où il a accepté l’an dernier un poste de professeur adjoint en physiologie animale au Département des sciences biologiques.
« Si », poursuit Regan, « il y a un chevauchement entre les protéines du vol spatial et celles de l’hibernation, alors cela suggère que ce processus peut avoir des avantages pour la santé musculaire pendant le vol spatial. »
Sommaire
Un modèle d’hibernation
Dans son étude, Regandes a conçu une série de techniques et d’expériences visant à étudier les principales étapes du processus de récupération de l’urée et à prouver qu’elles se produisent ou non chez le spermophile à 13 lignes lorsqu’il hiberne.
Pour ce faire, ils ont injecté dans le sang de leurs écureuils tests de l’urée « doublement marquée », ce qui signifie que l’atome de carbone de l’urée était du 13C au lieu du 12C habituel, et que ses atomes d’azote étaient du 15N au lieu du 14N habituel. Ces étiquettes leur ont permis de suivre le carbone et l’azote de l’urée à travers les différentes étapes du processus de récupération de l’azote de l’urée.
Ce processus, ont-ils découvert, va du transport initial de l’urée du sang vers l’intestin, à la décomposition de l’urée en ses composants par les microbes de l’intestin, au flux de substances appelées métabolites contenant de l’azote uréique retournant dans l’animal, et enfin à l’apparition éventuelle de cet azote uréique dans les protéines tissulaires.
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« Essentiellement, la présence de 13C et/ou de 15N dans les métabolites à ces différentes étapes indique qu’ils proviennent de l’urée, et donc que l’hibernateur utilise la récupération de l’azote par l’urée », a déclaré Regan.
Il a mené ses expériences sur des écureuils avec et sans microbiomes intestinaux à trois moments de l’année : en été, lorsqu’ils étaient actifs et n’hibernaient pas ; au début de l’hiver, lorsqu’ils étaient à jeun et en hibernation depuis un mois ; et à la fin de l’hiver, lorsqu’ils étaient à jeun et en hibernation depuis quatre mois.
Preuve évidente de la récupération de l’azote
Les résultats sont sans appel : à chaque étape du processus, les écureuils dont le microbiome intestinal est intact ont clairement démontré qu’ils récupéraient l’azote de l’urée.
Il est important de noter que les écureuils dont les microbiomes intestinaux étaient appauvris ne présentaient aucune preuve de récupération de l’azote de l’urée à quelque étape que ce soit, ce qui confirme que ce processus dépend entièrement de la capacité des microbes intestinaux à dégrader l’urée, ce que les écureuils eux-mêmes ne peuvent pas faire.
Regan et son équipe ont également fait deux autres découvertes importantes :
- Premièrement, l’incorporation de l’azote uréique dans les protéines tissulaires des écureuils était la plus élevée à la fin de l’hiver, ce qui suggère que la récupération de l’azote uréique devient plus active à mesure que la saison d’hibernation avance. Ceci est différent de la plupart des processus physiologiques durant l’hibernation, qui ont tendance à être considérablement réduits.
- Deuxièmement, il a été prouvé que les microbes eux-mêmes utilisaient l’azote de l’urée pour construire leurs propres nouvelles protéines, ce qui leur est utile car ils sont, comme l’écureuil, dans des conditions d’hibernation à jeun. Ainsi, l’écureuil et ses microbes bénéficient tous deux de la récupération de l’azote uréique, ce qui fait de ce processus une véritable symbiose.
Cela signifie, selon M. Regan, que les écureuils sortent de l’hibernation au printemps en bonne forme. Ceci est important car la seule saison d’accouplement de l’année, qui est une période d’activité physique intense pour les mâles et les femelles, a lieu juste après leur sortie de l’hibernation. La fonction des tissus – en particulier celle des tissus musculaires – est donc très importante pour la réussite de la saison des amours.
« En facilitant la synthèse des protéines musculaires à la fin de la saison d’hibernation, la récupération de l’azote de l’urée peut aider à optimiser la fonction musculaire des écureuils émergents et contribuer à leur succès reproductif pendant la saison des amours », a déclaré Regan. « La récupération de l’azote de l’urée peut donc améliorer la condition biologique globale des animaux ».
Les masses affamées et les personnes âgées
Au-delà des implications pour les voyages dans l’espace et la santé des astronautes, la découverte de Regan pourrait avoir des répercussions plus immédiates ici même sur Terre – sur les masses affamées du monde sous-développé et sur les personnes âgées.
Des centaines de millions de personnes dans le monde souffrent de fonte musculaire en raison de diverses conditions – la sous-alimentation, par exemple, touche plus de 805 millions de personnes dans le monde. Au Canada, la sarcopénie est plus répandue. Il s’agit d’une diminution de la masse musculaire liée à l’âge, résultant d’une insensibilité anabolique qui touche tous les humains et qui entraîne une diminution de 30 à 50 % de la masse musculaire squelettique entre 40 et 80 ans.
« Les mécanismes que des mammifères comme le spermophile à 13 lignes ont naturellement développés pour maintenir l’équilibre protéique dans leurs propres situations de limitation de l’azote peuvent servir de base à des stratégies visant à maximiser la santé d’autres animaux limités en azote, y compris les humains », a déclaré Regan. Une solution pourrait consister à mettre au point une pilule pré ou probiotique que les gens pourraient prendre pour favoriser un microbiome intestinal du type de celui que possèdent les hibernants comme les écureuils.
« Pour être clair, ces applications, bien qu’elles soient théoriquement possibles, sont loin d’être livrées, et beaucoup de travail supplémentaire est nécessaire pour transposer ce mécanisme naturellement évolué de manière sûre et efficace aux humains », a déclaré Regan.
« Mais une chose que je trouve encourageante, c’est qu’une étude du début des années 1990 a fourni des preuves que les humains sont capables de recycler de petites quantités d’azote uréique par ce même processus. Cela suggère que le mécanisme nécessaire est en place. Il faut juste l’optimiser. »
Cette recherche a été publiée dans Science.
Source : Université de Montréal
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