La révolution des vaccins à ARN
Covid-19, cancers, grippe…
Pour la Science
2021/4 N° 522 - avril
100 pages
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Le rat-taupe nu est un petit rongeur remarquable par son organisation sociale, sa longévité (jusqu’à une trentaine d’années), son insensibilité à certains types de douleurs et la rareté de ses cancers.
© Felix Petermann/MDC
Au début des périodes glaciaires, les icebergs de l’Antarctique auraient fondu plus au nord qu’aujourd’hui. Ils auraient ainsi perturbé les courants marins et précipité l’établissement des périodes glaciaires.
© Yandong Yang/Shutterstock.com
Les dormeurs de l’expérience ont réussi à communiquer avec les chercheurs en bougeant les yeux et en contractant les muscles de leur visage, le tout sans se réveiller.
© C. Mazurek
Ces pierres du sanctuaire néolithique de Stonehenge semblent provenir du cercle de pierres levées de Waun Mawn, au pays de Galles, à environ 280 kilomètres à l’est.
© Shutterstock/Nicholas E Jones
Cette chenille de sphinx du tabac (Manduca sexta) est couverte d’œufs de guêpe parasitoïde.
© Shelly Bychowski Shots/shutterstock.com
Les vers Lumbriculus variegatus s’agglutinent parfois en des sortes de pelotes capables de se déplacer.
© Christopher Moore, Georgia Tech
La conque musicale de la grotte de Marsoulas. On aperçoit des traces d’ocre à l’intérieur du pavillon.
© Didier Descouens
L’orbite circulaire de satellites (en jaune-orange) croise parfois les trajectoires d’électrons très énergétiques (en gris), accélérés par les champs de la ceinture de Van Allen.
© Ingo Michaelis et Yuri Shprits, GFZ
L’effet de refroidissement climatique de l’interaction des aérosols avec les stratocumulus serait surestimé.
© kajeab_pongsiri/Shutterstock
Si Flaubert avait utilisé un logiciel de traitement de texte classique, nous n’aurions jamais connu ses hésitations sur la première page de L’Éducation sentimentale.
© Domaine public ; source : Bibliothèque nationale de France. Département des Manuscrits. NAF 17599
Une particule du virus SARS-CoV-2 (agent du Covid-19), d’environ 100 nanomètres de diamètre, est constituée d’un brin d’ARN qui porte son code génétique, enveloppé dans une capsule constituée de lipides et de protéines, telles que la protéine S, qui l’aide à entrer dans les cellules humaines en s’ancrant à leur membrane. Dans les vaccins à ARN contre ce virus, l’ARN code des fragments de la protéine S afin que le système immunitaire apprenne à les reconnaître et détruise le virus quand il le rencontre.
© Veronica Falconieri Hays ; source : Lorenzo Casalino, Zied Gaieb et Rommie Amaro, U.C. San Diego ( modélisation de la protéine S)
Une stratégie afin de diminuer le nombre de doses nécessaires de vaccin à ARN pour protéger une personne est d’augmenter l’efficacité du vaccin en incorporant, dans le brin d’ARN, la séquence codant une réplicase, une enzyme qui produit de nombreuses copies de l’ARN ciblé (celui du vaccin en l’occurrence). Le nombre d’antigènes produits est ainsi amplifié.
© Pour la Science
Vaccin à ARN
Pour optimiser la réponse immunitaire, on conçoit les vaccins à ARN de telle façon que la cellule les ingère par endocytose, c’est-à-dire par invagination de sa membrane, qui enveloppe le vaccin jusqu’à former une vésicule, un endosome, laquelle l’achemine dans le cytoplasme. En effet, quand un ARN exogène se retrouve dans un endosome, des protéines de ce dernier le détectent et alertent le système immunitaire. Les vecteurs qui permettent cette ingestion sont constitués de lipides stabilisés à l’aide de chaînes de polyéthylène glycol. Une fois libéré dans le cytoplasme, l’ARN est traduit en un antigène qui sera ciblé par le système immunitaire.
© Pour la Science
Vaccin à ADN
Le système de détection des ADN étrangers étant dans le cytoplasme, on conçoit les vaccins à ADN de façon qu’ils entrent directement dans le cytoplasme, afin qu’ils y activent le système immunitaire. Le vecteur est cette fois constitué de polymères amphiphiles (avec une partie hydrophobe et une partie hydrophile). Une fois entré dans la cellule, l’ADN pénètre dans le noyau, puis est transcrit en un ARN qui sera traduit en un antigène.
© Pour la Science
Vue d’artiste d’un protoamas où la production d’étoiles dans les galaxies qui le composent est intense. Ces dernières ont des formes irrégulières du fait des nombreuses collisions et interactions.
© Ron Miller
L’amas de galaxies noté RXC J0032.1 +1808 est l’un des plus massifs connus. Il a été observé dans le cadre du programme Relics par le télescope spatial Hubble. Les astrophysiciens veulent étudier les protoamas qui ont donné naissance à des objets si gros.
© ESA, Hubble, Nasa et Relics
© Ron Miller et Jen Christiansen, d’après Yi-Kuan Chiang et al., Astrophysical Journal Letters, vol. 844, L23, août 2017 ( simulations )
Depuis les années 1990, les batteries au lithium-ion, ou Li-ion, (ici des batteries de type « bouton ») se sont beaucoup répandues, grâce à leur capacité relativement élevée par rapport aux batteries plus anciennes. Elles alimentent notamment les véhicules électriques et des appareils portables tels que téléphones, ordinateurs, casques et écouteurs sans fil, rasoirs, outils de bricolage, etc.
© Nor Gal/shutterstock.com
Une batterie est un assemblage de cellules électrochimiques, chacune comportant une cathode, un électrolyte et une anode. Quand la batterie alimente un appareil électrique (décharge), l’anode fournit des électrons (e-) au circuit externe, tandis que la cathode en reçoit ; simultanément, l’anode fournit des ions positifs au circuit interne, ions qui vont de l’anode à la cathode via l’électrolyte. Ainsi, lors de la décharge d’une batterie Li-ion, l’oxyde lamellaire de la cathode est le siège de réactions de « réduction » avec insertion d’un certain nombre x d’ions de lithium Li+ et d’autant d’électrons, tandis que l’anode est le siège de réactions d’« oxydation » libérant x ions Li+ et x électrons. En situation de charge, les réactions sont inversées.
D’après © sivVector/shutterstock.com
Une batterie est un assemblage de cellules électrochimiques, chacune comportant une cathode, un électrolyte et une anode. Quand la batterie alimente un appareil électrique (décharge), l’anode fournit des électrons (e-) au circuit externe, tandis que la cathode en reçoit ; simultanément, l’anode fournit des ions positifs au circuit interne, ions qui vont de l’anode à la cathode via l’électrolyte. Ainsi, lors de la décharge d’une batterie Li-ion, l’oxyde lamellaire de la cathode est le siège de réactions de « réduction » avec insertion d’un certain nombre x d’ions de lithium Li+ et d’autant d’électrons, tandis que l’anode est le siège de réactions d’« oxydation » libérant x ions Li+ et x électrons. En situation de charge, les réactions sont inversées.
D’après © sivVector/shutterstock.com
Ce graphique compare les différentes technologies de batteries en termes de densité d’énergie en volume et en masse. Ne sont prises en compte ici que les technologies pour lesquelles des prototypes fonctionnels ont été démontrés (d’où l’absence, par exemple, de la technologie Li-air).
© Pour la Science, d’après Gaurav Assat, thèse de doctorat, Sorbonne Université-Collège de France, 14 décembre 2018
Les performances des batteries Li-ion dépendent entre autres du matériau dont est constituée l’électrode positive, la cathode. Les divers matériaux utilisés ou envisagés pour la cathode sont ici comparés en termes de densité d’énergie. Ne sont ici pris en compte que les matériaux d’intercalation, c’est-à-dire des structures où des atomes ou ions de lithium peuvent aisément s’incorporer.
© Pour la Science, d’après Gaurav Assat, thèse de doctorat, Sorbonne Université-Collège de France, 14 décembre 2018
Les batteries Li-ion servent aussi à stocker de l’électricité produite à partir de sources intermittentes comme l’énergie photovoltaïque et l’énergie éolienne. Des batteries au sodium (Na-ion) pourraient bientôt les concurrencer dans ces applications.
© petrmalinak/shutterstock.com
Le marché des voitures électriques est en plein essor, mais les performances des batteries existantes restent insuffisantes pour séduire une majorité d’automobilistes. Le développement de batteries se chargeant en quelques minutes semble aujourd’hui illusoire. En revanche, l’augmentation de l’autonomie, c’est-à-dire de l’énergie stockée en une recharge, est un objectif réaliste.
© BigPixel Photo/shutterstock.com
Un dilophosaure est attiré par la proie abattue par un autre, qui compte défendre sa prise. La paire de crêtes que ces dinosaures avaient sur la tête leur permettait peut-être de s’identifier entre eux.
© Chase Stone
Une jonction osseuse reliait la partie postérieure et la partie antérieure du maxillaire du dilophosaure. Ce trait curieux a d’abord été considéré comme un point de faiblesse, puis de nouveaux fossiles ont démenti cette idée.
© Brian Engh
Imagination et réalité
Le véritable Dilophosaurus était bien plus grand que son homologue de Jurassic Park, puisqu’il mesurait jusqu’à 2,5 mètres de haut et 8 mètres de long. Aucun indice ne suggère qu’il avait une collerette repliable ou qu’il crachait du venin, comme dans le film.
Les fossiles de dilophosaure proviennent tous de deux sites de ce qui est aujourd’hui le nord de l’Arizona. Ils datent du début du Jurassique, peu après que la Pangée a commencé à se disloquer.
Daisy Chung, d’après Christopher R. Scotese (carte paléogéographique de référence)
Les pics himalayens s’élèvent aujourd’hui à plus de 8 000 mètres au-dessus du niveau de la mer, mais au cours des prochains millions d’années, leurs roches seront altérées, transformées en sols qui seront érodés, processus qui fixera lentement du CO2 atmosphérique.
© Shutterstock.com/ Daniel Prudek
Spektrum der Wissenschaft / Emde-Grafik, d’après F. von Blanckenburg et Manuela Dziggel, GFZ Potsdam
Spektrum der Wissenschaft / Emde-Grafik, d’après F. von Blanckenburg et Manuela Dziggel, GFZ Potsdam
Ces images illustrent le cycle géologique du CO2. À gauche, un exemple de source : un volcan dont les émissions contiennent du CO2. En haut à droite, le réacteur qui extrait du CO2 de l’atmosphère : l’altération chimique des roches. On remarque que le sol est déjà largement altéré, même si des blocs de granit en voie d’érosion chimique subsistent. En bas à droite, l’un des puits de carbone océaniques : des récifs coralliens.
Volcan : © Mike Doukas via USGS ; sol : © F. von Blanckenburg, GFZ Potsdam ; coraux : © Shutterstock.com/Sarah_lewis
© Spektrum der Wissenschaft / Emde-Grafik, modifié d’après J. K. Caves Rugenstein et al., Nature, vol. 571, pp. 99-102, 2019, fig. 1
La « réactivité » de la pellicule supérieure terrestre – la zone critique d’altération chimique des roches silicatées – varie. Si le sol contient davantage de minéraux silicatés non altérés, tels que le feldspath ou le mica, il peut réagir chimiquement même avec peu de CO2 dans l’atmosphère (à gauche), tout comme un sol déjà fortement altéré quand il y a beaucoup de CO2 dans l’atmosphère (à droite). Dans les deux situations, on peut donc avoir le même taux d’altération chimique des roches silicatées et donc la même quantité de CO2 retirée de l’atmosphère par intervalle de temps.
© Spektrum der Wissenschaft / Emde-Grafik, nach : F. von Blanckenburg, GFZ Potsdam
Les calculateurs analogiques EAI 8800 étaient assez imposants (ici, l’EAI 8800 est le triptyque de panneaux à droite). La forêt de fils multicolores branchés à la console servait à combiner différentes opérations préprogrammées dans la machine au moyen de circuits électroniques afin d’aboutir au calcul souhaité.
© Bernd Ulmann, analogmuseum.org
L’unité de base du calculateur EAI 231R (la partie devant laquelle un homme est assis) était rarement utilisée seule. Dans les années 1960, pour augmenter leurs capacités de calcul, les ingénieurs non seulement couplaient plusieurs EAI 231R étendus (deux ici), mais aussi leur associaient des dispositifs annexes tels que des générateurs de fonction, des multiplieurs, une imprimante et un système automatique numérique d’entrée et sortie des données muni d’une machine à écrire (à droite).
© Avec l’aimable autorisation du Computer History Museum
Problèmes analogues
Imaginez un mobile de masse m soumis d’une part à une force motrice et, d’autre part, à une force de frottement proportionnelle à sa vitesse et à une force de rappel proportionnelle à son déplacement x (à gauche). L’équation de son mouvement est alors équivalente à celle de la charge électrique q en fonction du temps dans un circuit électrique comportant une résistance, une bobine et un condensateur en série (au centre). Quand le circuit est en parallèle (à droite), une telle équivalence existe aussi à condition d’utiliser comme variable non plus la charge, mais l’intégrale Φ de la tension par rapport au temps.
© Pour la Science ; © L’Onde électrique, août-sept. 1956, avec l’aimable autorisation de la Société de l’électricité, de l’électronique et des technologies de l’information et de la communication
Publicité de l’entreprise Derveaux, spécialisée dans la construction de calculateurs analogiques dans les années 1950, parue dans le magazine L’Onde électrique en 1956.
À l’instar de l’EAI 231R, l’EAI 8800 était couplé à plusieurs modules complémentaires, comme l’indique ici la notice de l’instrument.
© Musée des arts et métiers
© The Metropolitan Museum of Art, Dist. RMN-Grand Palais / image of the MMA ; © Salvador Dali, Fundacio G-S Dali/ ADAGP, Paris
Certaines constructions surprennent, comme la « table impossible », dont le plateau est suspendu par le bas (à l’aide du câble rouge, les câbles verts n’assurant que la stabilité). Cette table et ces chaises évoquent des structures architecturales fondées sur le concept de tenségrité, telles que l’objet posé sur la table et l’arche.
Crocodile marin (Crocodylus porosus) Taille : jusqu’à 7 m (mâle) et 3,5 m (femelle) Poids : jusqu’à 1 200 kg (mâle) et 200 kg (femelle)
Source des taux métaboliques : L. J. Legendre et al., Syst. Biol., vol. 65(6), pp. 989-996, 2016
Crocodile marin (Crocodylus porosus) Taille : jusqu’à 7 m (mâle) et 3,5 m (femelle) Poids : jusqu’à 1 200 kg (mâle) et 200 kg (femelle)
Source des taux métaboliques : L. J. Legendre et al., Syst. Biol., vol. 65(6), pp. 989-996, 2016
© Pour la Science, d’après J. Cubo et N.-E. Jalil, Palaeobiology, vol. 45(2), pp. 317-330, 2019
