Les humains possèdent le bagage génétique pour être venimeux

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| Reptiles4all/Shutterstock

Dans le règne animal, nombreuses sont les espèces à se servir de venin oral comme arme de chasse ou système de défense. Généralement stocké dans des glandes à venin buccales et injecté via des morsures, le venin montre une grande variabilité de composition et d’effets, généralement relatifs au mode de vie et à l’environnement de l’animal. Une nouvelle étude a récemment montré que les humains possèdent tout le bagage génétique nécessaire à la production de venin salivaire. Bien qu’il soit extrêmement peu probable que nous devenions un jour venimeux, cette découverte offre des pistes de recherche d’intérêt pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires derrière des pathologies comme le cancer.

La nouvelle recherche révèle que les humains possèdent les outils génétiques pour produire du venin — en réalité, tous les reptiles et mammifères l’ont. Cette collection de gènes flexibles, particulièrement associés aux glandes salivaires chez l’Homme, explique comment le venin a évolué indépendamment des ancêtres non venimeux plus de 100 fois dans le règne animal.

« Essentiellement, nous avons tous les éléments de base en place. Maintenant, c’est à l’évolution de nous y emmener (ou non) », indique Agneesh Barua, chercheur en génétique de l’évolution à l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa. Le venin oral est commun dans tout le règne animal, présent chez des créatures aussi diverses que les araignées, les serpents et les loris lents, la seule espèce venimeuse connue de primate. Les biologistes savaient que les glandes à venin buccales sont des glandes salivaires modifiées, mais la nouvelle recherche révèle la mécanique moléculaire derrière le changement.

Le venin est l’exemple ultime de la flexibilité de la nature. De nombreuses toxines présentes dans le venin sont communes à des animaux très différents ; certains composants du venin de mille-pattes, par exemple, se trouvent également dans le venin de serpent, explique Ronald Jenner, chercheur spécialisé dans le venin au Natural History Museum de Londres.

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Réseau des principaux gènes associés au venin. En jaune, les gènes impliqués directement dans la production de venin. En bleu, les gènes régulateurs. © Agneesh Barua and Alexander S. Mikheyev

La nouvelle étude ne se concentre pas sur les toxines elles-mêmes, car celles-ci évoluent rapidement et sont un mélange complexe de composés. Au lieu de cela, Barua et son collègue Alexander Mikheyev, un biologiste évolutionniste à l’Université nationale australienne, se concentrent sur les gènes « d’entretien », les gènes qui sont associés au venin mais qui ne sont pas responsables de la création des toxines elles-mêmes. Ces gènes régulateurs forment la base de tout le système du venin.

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Des gènes régulateurs communs dans le règne animal

Les chercheurs ont commencé avec le génome du habu de Taiwan (Trimeresurus mucrosquamatus), une vipère brune bien étudiée, en partie parce que c’est une espèce envahissante à Okinawa. « Puisque nous connaissons la fonction de tous les gènes présents chez l’animal, nous pouvions simplement voir à quels gènes les gènes du venin sont associés », déclare Barua.

L’équipe a découvert une constellation de gènes communs dans plusieurs tissus corporels de tous les amniotes (des animaux qui fécondent leurs œufs en interne ou pondent des œufs au sol ; ils comprennent des reptiles, des oiseaux et certains mammifères). Beaucoup de ces gènes sont impliqués dans le repliement des protéines, ce qui est logique, car les animaux venimeux doivent fabriquer une grande quantité de toxines qui sont faites de protéines.

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Graphiques montrant le taux de préservation Z du réseau génétique producteur de venin dans les glandes à venin de cobra (haut), dans la salive des mammifères (centre) et dans les reins des mammifères (bas). Alors que les gènes associés au venin sont hautement préservés chez les cobra (Z > 10), ils ne sont que peu préservés dans la salive des mammifères (Z > 2) et pas du tout dans leurs reins (Z < 2). © Agneesh Barua and Alexander S. Mikheyev 

Sans surprise, les mêmes types de gènes régulateurs se trouvent en abondance dans la glande salivaire humaine, qui produit également un éventail important de protéines — présentes dans la salive — en grande quantité. Cette base génétique est ce qui permet le large catalogue de venins ayant évolué indépendamment à travers le règne animal.

Les kallikréines : enzymes clés des systèmes venimeux

En d’autres termes, chaque mammifère ou reptile possède l’échafaudage génétique sur lequel est construit un système de venin oral. Et les humains (comme les souris) produisent déjà une protéine clé utilisée dans de nombreux systèmes venimeux. Les kallikréines, qui sont des protéines qui digèrent d’autres protéines, sont sécrétées dans la salive ; elles sont également un élément clé de nombreux venins.

C’est parce que les kallikréines sont des protéines très stables et qu’elles n’arrêtent pas simplement de fonctionner lorsqu’elles sont soumises à une mutation. Ainsi, il est facile d’obtenir des mutations bénéfiques des kallikréines qui rendent le venin plus douloureux et plus mortel (un effet des kallikréines est une chute brutale de la pression artérielle).

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« Ce n’est pas un hasard si la kallicréine est le type de composant le plus largement sécrété dans les venins à travers le règne animal, car sous quelque forme que ce soit, c’est une enzyme très active, qui possède des effets relativement dévastateurs », explique Bryan Fry, biochimiste. Les kallikréines sont donc un point de départ naturel pour étudier le potentiel venimeux chez les humains.

Le venin : un outil adapté aux besoins des animaux

Le venin évolue le plus souvent comme une méthode de défense ou comme un moyen de maîtriser les proies. Le type de venin qui évolue dépend en grande partie de la façon dont vit l’animal. Ainsi, à moins que l’humain change radicalement son mode de vie et son rapport à l’environnement, il est extrêmement peu probable qu’il devienne un jour réellement venimeux.

L’évolution peut essentiellement adapter le venin aux besoins d’un animal via la sélection naturelle. Il y a des serpents du désert, par exemple, qui ont un venin différent bien qu’ils soient de la même espèce, juste en raison de l’endroit où ils vivent. Sur le sol du désert, où les serpents chassent principalement des souris, le venin agit principalement sur le système circulatoire, car il n’est pas difficile pour un serpent de suivre une souris mourante sur une courte distance sur un sol plat.

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Le système de gènes associé au venin a évolué chez de très nombreux animaux, avec une évolution bien plus rapide pour la branche conduisant aux serpents venimeux (rouge). © Agneesh Barua and Alexander S. Mikheyev

Dans les montagnes rocheuses voisines, où les serpents chassent principalement des lézards, le venin est une neurotoxine puissante, car si la proie n’est pas immédiatement immobilisée, elle peut facilement se faufiler dans une crevasse et disparaître pour de bon.

Chez les mammifères, quelques-uns ont du venin. Les chauves-souris vampires, qui ont une salive toxique qui empêche la formation de caillots sanguins, utilisent leur arme chimique pour se nourrir plus efficacement via les blessures de leurs proies.

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Les musaraignes venimeuses et les solénodons ressemblant à des musaraignes (petits mammifères fouisseurs) peuvent dépasser leur catégorie de poids en utilisant leur venin pour maîtriser des proies plus grosses qu’elles ne pourraient autrement tuer. Les musaraignes utilisent aussi parfois leur venin pour paralyser leurs proies (généralement des insectes et autres invertébrés) pour les stocker et les manger plus tard.

Mieux comprendre les mécanismes moléculaires derrière certaines pathologies

Les ornithorynques, qui n’ont pas de morsure venimeuse mais qui ont un éperon venimeux sur leurs pattes postérieures, utilisent principalement leur venin dans des combats avec d’autres ornithorynques pour des partenaires ou un territoire. Les humains, bien sûr, ont inventé des outils, des armes et des structures sociales qui réalisent la plupart de ces tâches sans avoir besoin de crocs venimeux.

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Et le venin est également coûteux. Construire et plier toutes ces protéines nécessite de l’énergie. Pour cette raison, le venin se perd facilement lorsqu’il n’est pas utilisé. Il existe des espèces de serpents de mer qui ont des glandes à venin résiduelles mais qui ne sont plus venimeuses, car elles sont passées de l’alimentation de poisson à celle d’œufs de poisson, qui ne nécessitent pas de morsure toxique.

Cette nouvelle recherche ne suscite peut-être pas beaucoup « d’espoir » pour l’apparition d’humains mutants, mais la compréhension de la génétique derrière le contrôle du venin pourrait être essentielle pour la médecine. Si le cerveau, par exemple, d’un cobra commençait à exprimer les gènes exprimés par ses glandes à venin, le serpent mourrait immédiatement d’auto-toxicité.

Apprendre comment les gènes contrôlent l’expression dans différents tissus pourrait être utile pour comprendre des maladies telles que le cancer, qui provoque la maladie et la mort en grande partie parce que les tissus commencent à se développer de manière incontrôlable et à sécréter des substances dans des endroits critiques du corps.

Sources : PNAS

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