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Lorsque beaucoup de gens pensent à l’ère glaciaire, des images de mammouths laineux leur viennent à l’esprit. Les mammouths étaient l’une des créatures les plus emblématiques de la période d’il y a environ 4,8 millions à 10 000 ans. Cependant, avec le réchauffement climatique, associé à des facteurs tels qu'une croissance lente, une nourriture insuffisante et la chasse par les humains et les animaux, le nombre de mammouths a commencé à diminuer rapidement. Le taux de survie des jeunes éléphants était extrêmement faible et ils ont finalement disparu.

La disparition de l’ensemble de la population de mammouths a marqué la fin d’une période glaciaire.

Aujourd'hui, une équipe de recherche internationale a réussi à reconstruire le génome et la structure tridimensionnelle des chromosomes d'un mammouth qui vivait il y a 52 000 ans. C'est la première fois qu'une telle recherche est menée à l'aide d'échantillons d'ADN anciens. L’étude révèle comment le génome du mammouth était organisé au sein des cellules et comment des gènes spécifiques étaient exprimés dans les tissus cutanés. Les résultats pertinents apparaissent sur la couverture du nouveau numéro du magazine Cell.

Ces recherches sans précédent signifient que ressusciter des créatures disparues n’est peut-être plus un rêve.

Les fossiles de chromosomes « lyophilisés » sont précieux

La plupart des spécimens d’ADN anciens sont composés de fragments d’ADN très petits et « désordonnés ». Eric Lieberman Eden, directeur du Center for Genome Structure du Baylor College of Medicine aux États-Unis, estime que, sur la base de la cartographie de la structure tridimensionnelle du génome humain, si les échantillons d'ADN ancien corrects peuvent être trouvés, c'est-à-dire des échantillons dont la structure tridimensionnelle est encore intacte, il sera possible. La même stratégie a été utilisée pour assembler des génomes anciens.

L’équipe de recherche a testé des dizaines d’échantillons sur une période d’environ cinq ans, mais les progrès sont restés lents.

Jusqu'en 2018, un mammouth exceptionnellement bien conservé a été découvert dans le nord-est de la Sibérie, en Russie. Le mammouth a été « lyophilisé » peu après sa mort. Étant donné que la structure nucléaire des échantillons déshydratés peut être conservée pendant une longue période, cette condition permet à l’ADN d’être préservé dans un état semblable à du verre, évitant ainsi les problèmes de dégradation des anciens échantillons d’ADN du passé et permettant aux gens d’aujourd’hui de voir des détails structurels sans précédent.

"Les chromosomes fossilisés de mammouth sont des millions de fois plus longs que les fragments d'ADN anciens ordinaires et représentent un type de fossile complètement nouveau", a déclaré Ayden.

Ce mammouth attend d'être trouvé. L'équipe est ravie de mieux comprendre comment le génome du mammouth était organisé au sein de ses cellules vivantes et quels gènes étaient actifs dans le tissu cutané à partir duquel l'ADN a été extrait. Cependant, « l’assemblage » reste un problème.

Un puzzle de 3 milliards de pièces à assembler

"Imaginez que vous ayez un puzzle composé de 3 milliards de pièces, mais que vous n'ayez pas le produit fini", explique Martin Renoum, génomiciste structural au Centre national de génétique et de régulation du génome de Barcelone, en Espagne. La technologie Hi-C vous permet d'avoir une image approximative avant d'assembler les pièces du puzzle." Hi-C est une méthode spéciale utilisée par l’équipe pour reconstruire la structure du génome du mammouth. Ils ont extrait l'ADN d'échantillons de peau prélevés derrière les oreilles du mammouth. La technologie Hi-C leur a permis de détecter quelles parties de l’ADN pourraient se trouver à proximité spatiale et interagir les unes avec les autres dans leur état natif dans le noyau cellulaire.

Ils ont ensuite combiné les informations physiques de l'analyse Hi-C avec le séquençage de l'ADN pour identifier les segments d'ADN en interaction et ont créé une carte ordonnée du génome du mammouth, en utilisant le génome des éléphants d'aujourd'hui comme modèle. L'analyse a montré que les mammouths possédaient 28 chromosomes, comme les éléphants d'Asie et d'Afrique d'aujourd'hui.

En examinant la compartimentation des gènes dans le noyau cellulaire, l’équipe a pu identifier les gènes actifs et inactifs dans les cellules de la peau de mammouth, un indicateur de l’épigénétique ou de la transcriptomique. Les cellules de la peau des mammouths ont des modèles d'activation génétique différents de ceux de leurs proches parents, les éléphants d'Asie, qui peuvent inclure des gènes liés à leur pilosité corporelle et à leur tolérance au froid.

Les fossiles de chromosomes offrent des possibilités infinies

La méthode utilisée dans cette étude s’appuie en fait sur un fossile exceptionnellement bien conservé : l’ancienne structure chromosomique préservée par le fossile est précise à l’échelle nanométrique ! Mais l’équipe de recherche est optimiste quant au fait que cette méthode pourra également être utilisée pour étudier d’autres spécimens d’ADN anciens, des mammouths aux momies égyptiennes, en passant par des spécimens de musée.

Les fossiles chromosomiques sont sans aucun doute devenus un nouvel outil puissant pour étudier l’histoire de la vie sur Terre. En effet, les fragments d'ADN anciens typiques dépassent rarement 100 paires de bases, ou 100 « lettres » du code génétique – ce qui est bien plus petit que la séquence d'ADN complète d'un organisme (qui compte souvent des milliards de « lettres »). En revanche, les chromosomes fossilisés peuvent s’étendre sur des centaines de millions de « lettres » génétiques.

"Les chromosomes fossiles changent la donne", a déclaré Olga Dudchenko, professeur adjoint de génétique moléculaire et humaine au Center for Genome Structure du Baylor College of Medicine aux États-Unis, car "en comparant d'anciennes molécules d'ADN avec les séquences d'ADN d'espèces modernes , il est possible de découvrir des changements génétiques dans des « lettres » individuelles dans les mots de passe".

En d’autres termes, en comprenant la forme des chromosomes d’un organisme, les scientifiques peuvent assembler la séquence entière d’ADN d’un organisme éteint, réalisant ainsi des idées auparavant impossibles.

Mais pour l’instant, ressusciter le mammouth n’est qu’un début.

Editeur de rubrique : Qin Hong Editeur de texte : Da Xi Source de l'image du titre : Tu Chong Editeur d'image : Cao Liyuan

Source : Auteur : Quotidien de la science et de la technologie