Concevoir des protéine nouvelles — une approche "ingénieur" depuis de nouvelles structures jusqu'à des fonctions programmable

En bref

L'intelligence artificielle (IA) entraînée sur de vastes ensembles de données de séquences et de structures de protéines permet désormais de composer - sans partir de protéines trouvées dans la nature (=de novo ) des protéines avec de nouvelles formes et de nouvelles fonctions moléculaires.
De nouvelles structures protéiques et des assemblages (structure quaternaire) peuvent être conçues et vérifiés expérimentalement avec un taux de succès considérable. Et il devient possible d'attaquer des problèmes difficiles nécessitant un contrôle et un réglage des interactions moléculaires. Ces approches émergentes intègrent dès la conception des principes d'ingénierie : la réglabilité, la contrôlabilité et la modularité. Cette approche synthétique à partir de zéro permet d'explorer des fonctions cellulaires, et des voies  de signalisation cellulaire. Mais de nombreux défis restent à résoudre. Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Une nouvelle approche - plus "ingénieur" des sciences de la vie

Les protéines peuvent accélérer de plusieurs ordres de grandeur la vitesse de réactions chimiques, de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique et de réguler des myriades de processus au sein des cellules et des organismes avec la précision permettant la vie. Ces fonctions puissantes des protéines naturelles en ont fait des outils de choix pour l'ingénierie moléculaire. Elles ont permis la compréhension des mécanismes des fonctions moléculaires et cellulaires et des applications pratiques telles que la catalyse, la biotechnologie. Elles ont fourni des outils de précision pour la recherche scientifique et médicale. 

Ce nouveau domaine de la conception de protéines révise maintenant fondamentalement cette approche. Plutôt que de ré-ingéniérer des protéines existantes, il devient possible de construire à partir de zéro des protéines avec des architectures et des fonctions complexes, aussi puissantes que celles présentes dans la nature mais nouvelles et programmables par l'utilisateur. Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Si les méthodes classiques sont si remarquables, pourquoi réinventer ?

En effet, pourquoi construire quelque chose de nouveau si l'on peut emprunter, réutiliser et reprogrammer à partir de protéines naturelles, voire même parvenir à des fonctions n'existant pas dans la nature. En effet, l'approche consistant à faire évoluer ou recombiner des composants protéiques existants pour de nouvelles fonctions a été incroyablement réussie, et la conception de novo a longtemps été en retard en raison de ses limitations apparentes. Les protéines conçues de novo sont souvent moins actives que leurs homologues naturelles et ont nécessité, pour améliorer leur activité de vastes de criblage par évolution dirigée. De plus de nombreuses fonctions souhaitées semblaient hors de portée.

Concevoir des protéines fonctionnelles entièrement de novo, sans les caractéristiques propres aux protéines évoluées,  pourrait présenter plusieurs avantages distincts (Figure 1A).
Le plus évident est de permettre des fonctions qui n'ont pas encore été observées dans la nature (pour lesquelles il n'y a pas de points de départ évidents pour l'évolution dirigée).
Le deuxième avantage est que la conception de novo pourrait permettrait de créer des protéines intégrant des principes fondamentaux d'ingénierie : la réglabilité, la contrôlabilité et la modularité.
Il s'agit donc de concevoir des protéines qui seraient
(1) réglables, de sorte qu'il soit facile de générer des versions aux paramètres biochimiques précisément modifiés,
(2) contrôlables, de sorte que la fonction protéique réponde aux stimuli internes et externes, et 
(3) modulaires, de sorte que nous puissions intégrer facilement différentes fonctions dans des machines moléculaires composites et des ensembles.
Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Fig 1: Figure 1 design de protéines De novo avec l'AI  [img]. Source : Kortemme, T. (2024)
(A) Concevoir des protéines de novo  permet de concevoir des protéines intégrant des principes d'ingénierie : être (1) réglables (tunable) dans leurs propriétés quantitatives (taux, affinités, etc.), (2) contrôlables par des entrées variées, et (3) modulaires de telle sorte que les éléments protéiques puissent être liés pour obtenir des comportements d'entrée/sortie variés.
(B) Des objectifs définis par l'utilisateur (à gauche) et des entrées (au milieu) sont utilisés pour générer des protéines avec de nouvelles structures et fonctions (à droite). Les catégories 1 à 4 représentent des instructions de plus en plus simples conduisant à des résultats de conception de plus en plus complexes. Les boîtes indiquent des objectifs de conception avec des exemples validés expérimentalement. (1) Les méthodes basées sur l'IA pour concevoir de nouvelles structures protéiques peuvent être sans contrainte (générer diverses structures protéiques ; les hélices α sont indiquées en rouge et les brins β en jaune) ou être contraintes pour diversifier une structure particulière. (2) La plupart des méthodes actuelles pour concevoir une fonction spécifient un "motif" avec des positions et des orientations de résidus définies dans un site fonctionnel. Dans une deuxième étape, une protéine est générée de novo entourant et stabilisant la géométrie précise du site fonctionnel. Ce processus est appelé "échafaudage de motif". (3) Des avancées dans les méthodes basées sur l'IA sont en développement et définissent uniquement la cible, la méthode de conception générant un liant prédit. (4) À partir d'une fonction cible (par exemple, convertir le substrat S en produit P), une méthode d'IA pourrait générer une protéine répondant à ces exigences. Actuellement, les modèles linguistiques protéiques formés sur des familles spécifiques de protéines ou de grands ensembles de données expérimentales peuvent générer de nouvelles séquences avec des fonctions similaires à celles de l'ensemble d'entraînement.


Principes de conception de la fonction : Motifs et échafaudages

De manière générale, la conception computationnelle de fonctions (Figure 2) implique deux étapes : la première étape définit les exigences pour la fonction, et la deuxième étape optimise une structure protéique, et une séquence qui correspondent à ces exigences. Avec les progrès de l'apprentissage profond (deep learning) appliqué aux protéines, la manière dont ces étapes sont réalisées évolue rapidement, avec des taux de réussite de plus en plus remarquables. Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
Principes de conception de la fonction : Motifs et échafaudages,De manière générale, la conception computationnelle de la fonction (Figure 3) implique deux étapes : la première étape définit les exigences pour la fonction, et la deuxième étape optimise une structure protéique et une séquence qui correspondent à ces exigences. Avec les progrès de l'apprentissage profond appliqué aux protéines, la manière dont ces étapes sont réalisées évolue rapidement, avec des taux de réussite de plus en plus remarquables.
Fig 2 : Conception De novo de fonctions moléculaires  [img]. Source : Kortemme, T. (2024)

Protéines de novo pour contrôler les fonctions cellulaires

Les systèmes de signalisation synthétiques capables de contrôler les processus biologiques ont déjà de nombreuses applications en biologie fondamentale, en bio-ingénierie et en médecine(les récepteurs d'antigènes chimériques [CAR] en sont un exemple remarquable). Jusqu'à présent, la grande majorité de ces systèmes de signalisation utilisent des composants d'origine naturelle recombinés ou reprogrammés pour de nouvelles fonctions. On peut maintenant, en principe, construire des systèmes de signalisation protéique entièrement à partir de zéro. Contrairement aux protéines naturelles qui ont évolué pour fonctionner dans des contextes spécifiques, les protéines de novo pourraient être conçues avec une fonction indépendante du contexte permettant une ajustabilité et un comportement modulaire (Figure 1). De plus, de nouvelles fonctions encore jamais observées dans la nature pourraient être réalisées : détecter de nouveaux signaux, intégrer des signaux, effectuer des opérations logiques et réguler précisément les comportements biologiques en aval (Figure 3). Pour chacune de ces fonctions, on pourrait générer des composants élémentaires avec des propriétés ajustables (telles que la cinétique de liaison et de détachement, des géométries d'assemblage diverses, etc.), et ces composants pourraient être liés de manière modulaire pour générer divers comportements de signalisation. Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
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Fig 3: Protéines de novo pour contrôler les fonctions cellulaires [img] Source : Kortemme, T. (2024)

Limites

Dans sa conclusion, Kortemme, T. (2024) liste les potentiels immenses de la conception computationnelle de novo  de protéines. (ici). Puis discutes les limites.
De nombreux défis passionnants restent à relever. A l'horizon,  la prédiction du comportement des protéines au-delà de la structure : des paramètres quantitatifs tels que les affinités de liaison, la dynamique conformationnelle et en fin de compte, les fonctions cellulaires. Les progrès dans l'apprentissage profond nécessiteront des données informatives à une échelle suffisante pour permettre une conception précise de ces comportements. Les fonctions avancées des protéines sont souvent composites, couplant les signaux d'entrée à des sorties fonctionnelles diverses ; la conception prédictive devrait donc être capable d'intégrer de multiples objectifs. L'extraction de principes à partir des données est importante pour rendre les propriétés de protéines souhaitées réellement réalisables. De nouvelles opportunités résident dans la construction de fonctions complexes à partir de zéro. Ici, les protéines de novo pourraient être conçues a priori avec les principes d'ingénierie de l'ajustabilité, de la contrôlabilité et de la modularité. Des familles de tels composants de novo, dotés de propriétés ajustables et contrôlables, pourraient être recombinées pour générer des comportements divers. L'interfaçage de ces systèmes de novo avec les processus biologiques pourrait permettre à la fois de déconstruire les fonctions cellulaires et de les contrôler. Le domaine en évolution rapide de la conception de protéines de novo offre un environnement passionnant pour la créativité des scientifiques et ingénieurs pour aborder les nombreux défis non résolus, bien plus nombreux que ceux déjà "résolus", aux interfaces des fonctions biologiques et des fonctions nouvelles à la nature. Traduction adaptée d'après Kortemme, T. (2024) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

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Références:


IA et éducation : menace ou opportunités... quelques réflexions

L'Intelligence Artificielle et l'éducation... une menace sur les activités et l'évaluation ?   

La façon dont la science se fait et se publie est déjà en transformation... Dans la revue Science, Sibel Erduran (2023) ici , titre "L'IA transforme la façon dont la science se fait. L'enseignement des sciences doit refléter ce changement".Elle mentionne un document de l'UNESCO Guidance for generative AI in education and research ici.Elle y discute comment les approches traditionnelles sont les plus menacées par l'IA générative (ChatGPT par exemple). Surtout lorsqu'elles font appel aux objectifs d'apprentissage les plus basiques (mémoriser, reformuler, …).

Un extrait
"Certaines des préoccupations concernant l'impact de l'IA sur l'apprentissage reposent sur des notions dépassées de l'apprentissage humain. L'enseignement scientifique traditionnel a favorisé la transmission de faits et le rappel d'informations en tant qu'indicateurs de l'apprentissage. Par exemple, on attendait traditionnellement des élèves qu'ils mémorisent l'équation chimique de la photosynthèse ou qu'ils soient capables de réciter la loi d'Ohm. Dans cette représentation de l'apprentissage, les informations seraient facilement récupérées grâce à l'IA, ce qui rendrait ambigus les résultats d'apprentissage des étudiants. En revanche, des perspectives plus contemporaines sur l'apprentissage préconisent des compétences telles que la pensée critique comme des résultats importants de l'apprentissage, qui peuvent potentiellement être copiés dans une certaine mesure mais sont difficiles à imiter grâce à l'IA. Les compétences tournées vers l'avenir Future-oriented skills, telles que la réflexion sur des scénarios, la pensée systémique et la gestion de l'incertitude et de la complexité, nécessitent plus que le rappel ou même la gestion de grands ensembles de données. Ils impliquent une créativité et une innovation considérables. Certains psychologues cognitifs  soutiennent que même si l'IA peut aider à résumer et à généraliser les informations existantes, elle n'est pas conçue pour répondre à des compétences humaines plus sophistiquées qui nécessitent de l'innovation, comme la conception de théories. Cependant, la recherche et le développement émergents dans le domaine de l'IA remettent en question ces visions, par exemple en explorant le potentiel des systèmes d'IA pour mettre en évidence les angles morts des hypothèses scientifiques blind spots in scientific hypotheses et contribuer à générer de nouvelles questions." Traduction automatique de Erduran, S. (2023) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine  ici

Les objectifs d'apprentissage les plus menacés par l'IA… 

Stasse, S. (2023) ici s'inspire d'un texte de l'Oregon state University ici pour montrer lesquels des objectifs de Bloom sont lre plus menacés par l'IA générative Cf. Fig. 1 .
On notera que le verbe "comprendre" au sens de Bloom n'a en science pas la même signification : en science on peut considérer qu'un élève a compris s'il peut utiliser les explications d'un phénomène (vivant, physique, chimique) vues en classe pour expliquer une observation ou prédire ce qui se passera dans une situation similaire ou peu différente "Appliquer" dans la  classification de Bloom. De nombreux scientifiques ne se reconnaissent pas bien dans cette classification, et Crowe et al. (2008) ici clarifient en décrivant comment ces objectifs obscurs se traduisent concrètement en classe, pour concevoir des activités, les évaluer, etc. Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine  ici

Bloom revisté  à la lumipère de lAI

Fig 1: Les objectifs d'apprentissage;  ceux que l'IA menace et les compétences spécifiques humaines [img]. Source : Stasse, S. (2023) ici

Plus loin, Sibel Erduran (2023) ici , montre comment des approches pédagogiques de l'IA générative peuvent non seulement innover mais aussi stimuler les élèves et sans doute les enseignantes et enseignants. Surtout lorsqu'elles dépassent l'"appris par coeur" et font appel aux objectifs plus élevés (comprendre ( = appliquer dans le langage de Bloom), évaluer, créer, …) - qui sont d'ailleurs les plus spécifiques de la pensée scientifique. Et correspondent assez aux exigences du Plan d'action en faveur de l'éducation numérique.(DIP). (2019).ici
Elle montre que des exemples existent déjà, dont on peut s'inspirer:

"De nombreux enseignants et étudiants du secondaire utilisent déjà des plateformes telles que ChatGPT. En fait, l'utilisation de ChatGPT peut potentiellement simuler ce que font les scientifiques eux-mêmes lorsqu'ils utilisent de tels outils pour générer des connaissances documentaires pour les manuscrits académiques. Des stratégies pédagogiques telles que le questionnement (par exemple: "Comment savons-nous que ce texte produit par ChatGPT est correct ?") peuvent être envisagées à des fins spécifiques d'apprentissage de ce qu'est la nature de la science (NOS) infusé par l'IA, par exemple pour encourager les étudiants à générer et à appliquer des critères d'évaluation de l'exactitude. De telles approches devront cependant être accompagnées d'une formation des enseignants non seulement pour qu'ils utilisent les outils et les données de l'IA, mais aussi pour comprendre comment la science évolue plus largement à l'ère de l'IA.
Bien que le programme NOS infusé par l'IA dans l'enseignement des sciences soit un défi de taille, certaines interventions éducatives existantes 
(existing educational interventions) peuvent fournir des lignes directrices pour guider les objectifs au sein du système éducatif et mettre en évidence la manière de s'attaquer aux angles morts fréquents dans la réforme éducative. Par exemple, des réseaux scolaires ouverts open schooling networks peuvent être créés pour favoriser les communautés d'apprentissage impliquant un large éventail de partenaires, notamment les étudiants, les enseignants, les formateurs d'enseignants, les scientifiques et les décideurs politiques. Si l'enseignement scientifique secondaire doit former la future génération de scientifiques et les doter de compétences pertinentes et actuelles, il est essentiel qu'il s'adapte aux derniers développements de la recherche scientifique appuyée sur l'IA. Autrement, l'écart entre la science que pratiquent les chercheurs et d'autres scientifiques et la science scolaire risque de se creuser au point  qu'au moment où les élèves du secondaire entreront à l'université, leur compréhension de ce qu'est la science sera déjà dépassée." Traduction automatique de Erduran, S. (2023) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine  ici

L'Intelligence Artificielle et l'éducation : des parallèles troublants… des pistes pour stimuler la réflexion ?

Les résultats de l'IA sont liés notamment à la manière dont on entraîne ces programmes… Depuis une perspective éducative, il est évidemment tentant d'établir des parallèles avec la façon dont on éduque les élèves. 
On n'est pas surpris que les IAmanifestent des mêmes biais que ce que les
  sources qu'on  leur a donné  pour les éduquer (p. ex. Castelvecchi,  2020) ici Autrefois déjà on disait en informatique GIGO (garbage in garbage out).  
Quand on voit discuter les stratégies d'apprentissage des IA - diverses et plus ou moins efficaces (Dennis, et al., 2020) JTS Ici ) ou produisant des apprentissages difficilement prévisibles, voire complètement orientés vers le test comme le discutent des chercheurs avec le prof. C. Lovis de l'UNIGE- HUG (Turbé, et al. 2023) ici, on est tenté
d'évoquer la discussion sur les pédagogies et leur efficacité…
On sait depuis longtemps en éducation que les élèves apprennent ce qui va être évalué, ils le devinent même quand l'enseignante ou l'enseignant dit le contraire (Perrenoud, 2004).

Evidemment tous ces parallèles sont discutable … Et bien discutons-en ! Il n'est pas certain que les chercheurs en IA surfant cette vague de succès voudront de notre réflexion, mais cela peut amener à repenser nos pratiques.

Une IA "se parle" à elle-même; cela lui permet de s'autocorriger, mieux transposer à des situations nouvelles, et visibilise le "raisonnement" ... un peu comme la métacognition en éducation humaine ?

Abstract de de Hu, S. et Clune, J. (2023) ici

"Le langage est souvent considéré comme un aspect clé de la pensée humaine, offrant des capacités exceptionnelles pour généraliser, explorer, planifier, replanifier et s'adapter à de nouvelles situations. Cependant, les agents d'apprentissage par renforcement (RL) n'atteignent - et de loin - des performances de niveau humain dans aucune de ces capacités. Nous émettons l'hypothèse que l'une des raisons de ces déficits cognitifs est qu'ils ne bénéficient pas des avantages de la pensée linguistique et que nous pouvons améliorer les agents d'IA en les entraînant à penser comme le font les humains. Nous introduisons un nouveau cadre d'apprentissage par imitation, le clonage de pensée, dont l'idée est non seulement de cloner des comportements humains, mais également les pensées que les humains ont lorsqu'ils exécutent ces comportements. Alors que nous nous attendons à ce que le clonage de pensée brille vraiment à grande échelle sur des ensembles de données de taille Internet sur des humains pensant à voix haute tout en agissant (par exemple, des vidéos en ligne avec transcriptions), nous menons ici des expériences dans un domaine où les données de réflexion et d'action sont générées de manière synthétique. Les résultats révèlent que le clonage de pensée apprend beaucoup plus rapidement que le clonage comportemental et que son avantage en termes de performances augmente à mesure que les tâches de test sont plus loin des tâches d'apprentissage, soulignant sa capacité à mieux gérer des situations nouvelles. Le clonage de pensée offre également des avantages importants en termes de sécurité et d'interprétabilité de l'IA, et facilite le débogage et l'amélioration de l'IA. Parce que nous pouvons observer les pensées de l'agent, nous pouvons (1) diagnostiquer plus facilement pourquoi les choses ne vont pas, ce qui facilite la résolution du problème, (2) orienter l'agent en corrigeant sa pensée, ou (3) l'empêcher de faire des actes dangereux, parmi les choses qu'il envisage de faire. Dans l'ensemble, en formant les agents à penser et à se comporter, le clonage de pensée crée des agents plus sûrs et plus puissants." Traduction automatique Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

La métacognition dans l'apprentissage …

De nombreuses recherches mettent en évidence l'importance de la métacognition dans l'apprentissage (humain). Cf. p .ex une présentation concise de ce concept, de son efficacité et des moyens de l'utiliser en classe par Kimberly Tanner (2010) ici.
Pour vous donner envie de lire son texte JTS en a extrait quelques définitions :
  • La métacognition fait référence à la connaissance de ses propres processus cognitifs ou de tout ce qui s'y rapporte, par exemple les propriétés des informations ou des données pertinentes pour l'apprentissage. Par exemple, je m'engage dans la métacognition si je remarque que j'ai plus de difficulté à apprendre A que B ; s'il me semble que je devrais vérifier C avant de l'accepter comme un fait. (Flavel, 1976)
  • Métacognition : conscience ou analyse de ses propres processus d'apprentissage ou de réflexion. (Merriam-Webster, 2012)
  • La métacognition comprend également l'autorégulation – la capacité d'orchestrer son apprentissage : planifier, surveiller les réussites et corriger les erreurs le cas échéant – tout cela est nécessaire pour un apprentissage intentionnel efficace… La métacognition fait également référence à la capacité de réfléchir sur sa propre performance. (Conseil national de recherches, 2000)
  • Les élèves apprennent à suivre et à diriger leurs propres progrès, en posant des questions telles que « Qu'est-ce que je fais maintenant ? », « Est-ce que cela me mène quelque part ? », « Que pourrais-je faire d'autre à la place ? » Ce niveau métacognitif général aide les élèves à éviter de persévérer dans des démarches improductives… (Perkins et Salomon, 1989)
Tanner y discute dans la table 1 des exemples d'auto-questions pour promouvoir la métacognition des élèves sur leur apprentissage
• De quoi parlait la séance de cours d'aujourd'hui ? • Qu'ai-je entendu aujourd'hui qui est en conflit avec ma compréhension antérieure ? • Quel est le lien entre les idées de la séance de cours d'aujourd'hui et les cours précédents ? • Que dois-je faire activement maintenant pour obtenir des réponses à mes questions et clarifier mes confusions ? • Qu'est-ce que j'ai trouvé le plus intéressant dans le cours d'aujourd'hui ?
Dans quelle mesure ai-je réussi à atteindre les objectifs de la tâche ? • Dans quelle mesure ai-je utilisé les ressources à ma disposition ? • Si j'étais l'instructeur, qu'est-ce que j'identifierais comme points forts et défauts de mon travail ? • Lorsque je refais un devoir ou une tâche comme celle-ci, qu'est-ce que je veux me rappeler de faire différemment ? Qu'est-ce qui a bien fonctionné pour moi et que je devrais utiliser la prochaine fois ?
• Qu'est-ce qui dans ma préparation à l'examen a bien fonctionné et que devrais-je penser à faire la prochaine fois ?
• Qu'est-ce qui n'a pas si bien fonctionné que je ne devrais pas faire la prochaine fois ou que je devrais changer ? • À quelles questions n'ai-je pas répondu correctement ? Pourquoi? Comment ma réponse peut-elle être comparée à la bonne réponse suggérée ? • À quelles questions n'ai-je pas répondu correctement ? Pourquoi? Quelles confusions ai-je et dois-je encore clarifier ?
• De quoi me souviendrai-je encore dans 5 ans de ce que j'ai appris dans ce cours ?
• Quels conseils pourrais-je donner à un ami sur la façon d'apprendre le mieux possible dans ce cours ? • Si je devais enseigner ce cours, comment le modifierais-je ? • Qu'ai-je appris sur la façon dont j'apprends dans ce cours et que je pourrais utiliser dans mes futurs cours de biologie/sciences ? Dans ma carrière ?

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Souvent les enseignants s'irritent d'élèves qui ne semblent pas comprendre ce qui est attendu d'eux : Bromme et al. (2010) montrent ici que c'est la façon dont l'étudiant-e imagine ce qui est attendu qui détermine la façon dont il-elle oriente son apprentissage 

Commentaire de Christian Lovis,

C. Lovis est -entre autres - responsable du Service des sciences de l'information médicale des HUG et professeur à la faculté de médecine de l'UNIGE, c'est  un spécialiste de l'IA. 
"Il est l'un des principaux experts suisses dans le domaine de la gestion des données, de l'interopérabilité, de la sémantique et de l'analyse des données appliqués à la santé ainsi qu'aux contextes cliniques".Cf. ici

"La capacité à juger de ce qui est contrefactuel, de ce qui est insuffisant, ou redondant, dépend de ses propres connaissances ou d'un gros travail de recherche.

Les LLM ont d'immenses « connaissances », et une compétence objective, by design, de génération, d'où leur nom de modèles génératifs. Ce sont des créateurs !

Ils n'ont en revanche pas de compétences cognitives, ou alors éventuellement comme propriétés émergentes, mais c'est débattu et plus un objet de croyance que de science à l'heure actuelle. Il faut reconnaître qu'il est plus simple de montrer leur incompétence cognitive que de démontrer la naissance d'une propriété émergente cognitive.

Ce que cela signifie pour moi par rapport à la pédagogie ne me semble pas changer beaucoup de ce que la pédagogie dit depuis Montaigne. Une tête bien faite – une tête bien pleine.  Une personne qui sait tout, peut aussi être le sommet de la bêtise, et malgré tout aura des avantages compétitifs dans une société qui mise beaucoup sur le savoir.

Mais  doit-on véritablement se mettre dans ces extrêmes, et ne pas considérer l'IA comme une nouvelle intelligence qui s'ajoute à toute celles qu'on a déjà ? Et apprendre à l'utiliser ?"

Avec l'IA générative, on a toujours affaire à un travail de groupe !

Considérer l'IA comme une nouvelle intelligence qui intervient dans l'éducation, c'est aussi ce que propose David Wiley dans son Blog : avec les IA génératives, l'activité des élèves doit être vue et évaluée comme un travail de groupe, une collaboration des intelligences "All work is group work now : Collaborative learning as a pedagogical and assessment framework for learning with generative AI"
Il propose un cadre pour penser l'éducation et l'évaluation. " L'idée centrale est de ne plus de considérer l'IA générative comme un outil mais de la considérer comme un collaborateur légitime. Ce changement de cadre vous permet de commencer à voir comment la recherche, la théorie et la pratique existantes en matière d'apprentissage collaboratif – et d'apprentissage social plus largement – pourraient être adaptées pour nous aider à comprendre comment utiliser l'IA générative pour soutenir efficacement l'apprentissage."
S'inspirant de toute la recherche sur l'apprentissage collaboratif, Wiley propose
  • "Introduire le travail avec l'IA générative au début du semestre pour définir clairement les attentes envers les étudiants.
  • Établir des règles de base pour la participation et les contributions.
  • Planifier chaque étape de la collaboration avec l'IA générative.
  • Expliquer soigneusement à vos étudiants comment fonctionnera la collaboration avec l'IA générative et comment les étudiants seront notés.
  • Aider les élèves à développer les compétences dont ils ont besoin pour réussir, […] notamment les techniques de métacognition.
  • Penser à formaliser les responsabilités par des contrats écrits.
  • Intégrer l'auto-évaluation et l'évaluation par les pairs pour que les apprenants puissent évaluer leurs propres contributions et celles de l'IA générative." Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

L'irruption d'autres intelligences dans le triangle didactique (ou pédagogique) peut être discutée comme un Tétraèdre avec l'IA comme 4ème pôle (Lombard, F., 2007)Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici


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Références:

  • Bromme, R., Pieschl, S., & Stahl, E. (2010). Epistemological beliefs are standards for adaptive learning : A functional theory about epistemological beliefs and metacognition. Metacognition and Learning, 5(1), 7‑26. https://doi.org/10.1007/s11409-009-9053-5
  • Castelvecchi, D. (2020). Is facial recognition too biased to be let loose? Nature, 587(7834), 347‑349. https://doi.org/10.1038/d41586-020-03186-4
  • Crowe, A., Dirks, C., & Wenderoth, M. P. (2008). Biology in bloom : Implementing Bloom's taxonomy to enhance student learning in biology. Life Sciences Education, 7(4), 368. https://doi.org/10.1187/cbe.08-05-0024.
  • Département de l'instruction publique, de la formation et de la jeunesse (DIP). (2019). Plan d'action en faveur de l'éducation numérique. https://edu.ge.ch/enseignement/education-numerique/actualites/plan-daction-en-faveur-de-leducation-numerique-2768
  • Erduran, S. (2023). AI is transforming how science is done. Science education must reflect this change. Science, 382(6677), eadm9788. https://doi.org/10.1126/science.adm9788
  • Dennis, M., Jaques, N., Vinitsky, E., Bayen, A., Russell, S., Critch, A., & Levine, S. (2020). Emergent Complexity and Zero-shot Transfer via Unsupervised Environment Design. NeurIPS, 12.
  • Hu, S., & Clune, J. (2023, juin 1). Thought Cloning : Learning to Think while Acting by Imitating Human Thinking. arXiv.Org. https://arxiv.org/abs/2306.00323v2
  • Lombard, F. (2007). Du triangle de Houssaye au Tétraèdre des TIC : Comment l'analyse des productions TIC permet d'approcher une compréhension des interactions entre les savoirs d'expérience et de recherche . In B. Charlier & D. Peraya (Eds.), Les technologies éducatives : une opportunité d'articuler les savoirs d'expérience et ceux issus de la recherche ? Bruxelles : De Boeck.
    pdf)
  • Oregon state University. (s. d.). Advancing Meaningful Learning in the Age of AI – Artificial Intelligence Tools – Faculty Support | Oregon State Ecampus | OSU Degrees Online. Artificial Intelligence Tools Advancing meaningful learning in the age of AI. Consulté 16 janvier 2024, à l'adresse https://ecampus.oregonstate.edu/faculty/artificial-intelligence-tools/meaningful-learning/
  • Perrenoud, P. (2004). Métier d'élève et sens du travail scolaire (4ème édition). E.S.F.
  • Stasse, S. (2023, septembre 14). Bloom revisité à la sauce IA. CADRE21. https://www.cadre21.org/pedagogie/bloom-revisite-a-la-sauce-ia
  • Tanner, K. D. (2012). Promoting Student Metacognition. Cell Biology Education, 11(2), 113‑120. https://doi.org/10.1187/cbe.12-03-0033
  • Turbé, H., Bjelogrlic, M., Lovis, C., & Mengaldo, G. (2023). Evaluation of post-hoc interpretability methods in time-series classification. Nature Machine Intelligence, 5(3), 250‑260. https://doi.org/10.1038/s42256-023-00620-w
  • UNESCO pour l’éducation, la science et la culture, Miao, F., & Holmes, W. (2023). Guidance for generative AI in education and research. pdf
  • Wiley, D. (). All work is group work now : Collaborative learning as a pedagogical and assessment framework for learning with generative AI. Improving Learning  Eclectic, Pragmatic, Enthusiastic. Consulté 23 janvier 2024, à l'adresse https://opencontent.org/blog/archives/7324

Remerciements

Merci à Christian Lovis pour son commentaire et à Laura Weiss pour une relecture et des commentaires constructifs

Révision  le 24.01.2024 à 12:53  pour ajouter la référence au document de l'UNESCO


    Le renouveau de la thérapie génique : des applications thérapeutiques - conférences

    Soigner par les gènes, de la recherche au traitement

    Conférences scientifiques Culture & Rencontre au collège de Saussure
    en collaboration avec l'Université de Genève.

    Comme chaque année lors de ces conférences,  des chercheur-e-s éclairent une facette de leurs travaux qui interpelle les citoyens, et les présentent à un large public.
    Cette année, c
    inq chercheuses et chercheurs de l'Université de Genève nous aideront à comprendre -dans un langage accessible- en quoi consiste la thérapie génique, comment peut-elle être utilisée dans les domaines de l'oncologie et de l'ophtalmologie, et quels problèmes éthiques elle soulève ?
    Les conférences, d'une durée d'environ une heure, sont suivies d'une discussion avec le public.

    « Soigner par les gènes, de la recherche au traitement  »



    Depuis ses débuts assez décevants - entre autres parce qu'on avait pensé dans le cadre théorique de la génétique de Mendel (la présence d'un allèle dominant suffirait à obtenir le phénotype correspondant). Ce modèle est simpliste, et à éviter diront certains (Kampourakis, K.,2021) ici , d'autres le verront comme une étape importante - un concept-seuil difficile à franchir mais nécessaire pour une compréhension plus large (Meyer,Land& Baillie, 2010), puisqu'il aide notamment à distinguer génotype et phénotype. Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici
    Cependant ce modèle ne distingue pas la localisation d'un gène et de nombreux essais d'introduire le gène-medicament (on disait comme ça à l'époque), sans contrôler il s'insérait ont eu des effets imprévisibles et parfois néfastes.
    Depuis quelques années, une meilleure compréhension de la structure du  génome avec le projet génome humain, des techniques de séquençage massivement améliorées et de nouvelles techniques pour modifier de manière précise la modification d'un ADN (CRISPR-Cas9 notamment) ont changé la donne Cf. p. ex. une news dans Nature de Naldini, L. (2015) "Gene therapy returns to centre stage"  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

    JTS vous a sélectionné quelques exemples plus récents  :

    L'anémie falciforme (drépanocytose) soignée par CRISPR,  et la bêta-thalassémie par ARN-interférant

    Pour Kaiser, J. (2021a), dans une news de Science deux étapes ont été franchies : des guérisons sont possibles pour de nombreuses personnes nées avec la drépanocytose et la bêta-thalassémie (une autre maladie sanguine grave), et une première thérapie génique réussie avec édition du génome par CRISPR, un puissant outil créé il y a à peine 8 ans.  Et les deux traitements font partie d'une vague de stratégies génétiques sur le point d'élargir considérablement le nombre de personnes pouvant être libérées des deux maladies. Le seul remède actuel, une greffe de moelle osseuse, est risqué et les donneurs compatibles sont souvent rares. Traduction automatique modifiée de Kaiser, J. (2021a)Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici

    Une thérapie génique pour lutter contre le "mauvais" cholestérol

    Kaiser, J. (2023a), dans une récente news de Science, décrit une recherche où CRISPR a permis une thérapie génique in-vivo pour lutter contre le mauvais cholestérol "Une technique permettant de réécrire avec précision le code génétique directement dans le corps a réduit les niveaux de « mauvais » cholestérol – peut-être à vie – chez trois personnes sujettes à des niveaux dangereusement élevés de graisse obstruant les artères. L'exploit reposait sur une infusion sanguine de ce qu'on appelle un  éditeur de base, [dérivé de CRISPR, mais plus précis cf. Cohen, J. (2017) ici] conçu pour désactiver une protéine hépatique, PCSK9, qui régule le cholestérol." Traduction automatique modifiée de Kaiser, J. (2023a )Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine ici

    Une thérapie génique introduisant un gène d'algue permet à un aveugle de "voir" - un peu

    Kaiser, J. (2021b) présentait dans Science  "Un aveugle qui a reçu un gène pour une protéine algale sensible à la lumière peut désormais voir et toucher des objets à l'aide de lunettes spéciales, rapportent aujourd'hui des chercheurs.
    Ses gains de vision sont modestes : il ne peut pas voir les couleurs ni discerner les visages ou les lettres, mais il a été capable de saisir un calepin sur une table. […] C'est la première publication de l'utilisation d'une technologie relativement nouvelle appelée optogénétique pour traiter une maladie chez l'homme."  Traduction automatique modifiée de Kaiser, J. (2021b )Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine ici

    La dystrophie de Duchenne soignée par thérapie génique ... quels risques ?

    Selon une autre news de Kaiser, J. (2023b) dans Science  "Une thérapie génique contre la dystrophie musculaire est sur le point d'être approuvée, mais des problèmes de sécurité persistent
    L'utilisation de virus présente des risques importants et, pour l'instant, empêche un retraitement si les bénéfices s'estompent "  Traduction automatique modifiée de Kaiser, J. (2023b )Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine ici

    Ces exemples vous donneront peut-être envie d'en savoir plus sur ces progrès, leurs applications médicales à l'UNIGE et les HUG, mais aussi une discussion des enjeux
    Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser encourage le lecteur à venir écouter ces conférences : 

    Soigner par les gènes, de la recherche au traitement

    Soigner par les gènes, de la recherche au traitement

    Soigner par les gènes est aujourd'hui devenu une réalité.
    Mais en quoi consiste la thérapie génique, comment peut-elle être utilisée dans les domaines de l'oncologie et de l'ophtalmologie, et quels problèmes éthiques soulève-t-elle ?
    Cinq chercheuses et chercheurs de l'Université de Genève viendront aborder ce sujet très actuel dans un langage accessible.
    Les conférences, d'une durée d'environ une heure, sont suivies d'une discussion avec le public.  Elles ont lieu à l'aula du collège de Saussure, Vieux-ch-Onex 9, 1213 Petit Lancy à 20h

    N'hésitez pas à diffuser le Flyer joint - prêt à imprimer rectoverso


    – Mercredi 17 janvier 2024 20h

    GÉNÉTIQUE, HÉRÉDITÉ ET CIBLES THÉRAPEUTIQUES
    Prof. Marc Abramowicz, Département de médecine génétique et développement, UNIGE et HUG

    Certaines variations génétiques (mutations) peuvent altérer le fonctionnement de l'organisme. Ces altérations peuvent être transmises à la descendance si elles sont présentes dans les ovules ou les spermatozoïdes. En misant sur la correction de ces modifications génétiques, la médecine peut rétablir le bon fonctionnement. C'est le principe de la thérapie génique.


    – Mercredi 24 janvier 2024 20h

    LES MÉTHODES DE THÉRAPIE GÉNIQUE : DÉFIS ET PERSPECTIVES
    Dre Maude Rolland, Département de pathologie et d'immunologie, UNIGE

    En quelques décennies, la thérapie génique est passée du stade de promesse à celui de réalité salvatrice. La thérapie génique permet de traiter une maladie génétique à son niveau le plus fondamental : modifier de manière permanente le gène responsable de la maladie. Retour sur les différents outils et méthodes permettant la modification de l'ADN d'un individu, l'évolution de leur utilisation et leurs limites.


    – Mercredi 31 janvier 2024 20h

    CIBLER L'ŒIL POUR LA THÉRAPIE GÉNIQUE NON-VIRALE
    Prof. Gabriele Thumann, cheffe du Service d'ophtalmologie, HUG et UNIGE

    Cette conférence présentera les thérapies géniques non-virales utilisées en ophtalmologie : quelles maladies peuvent être traitées aujourd'hui, quelles approches sont en évaluation clinique et quels sont les derniers développements scientifiques. Plus important, la prof. Gabriele Thumann abordera les approches de thérapie génique personnalisées pour traiter les différentes formes et stades de dégénérescence maculaire liée à l'âge qu'elle développe actuellement à Genève avec son groupe de recherche.


    – Mercredi 7 février 2024 20h

    PLACE DE LA THÉRAPIE CELLULAIRE ET GÉNIQUE DANS LE TRAITEMENT DES CANCERS
    Prof. Denis Migliorini, responsable de l'unité de neuro-oncologie, HUG et UNIGE

    Des avancées sans précédent ont eu lieu ces dernières années grâce à l'immunothérapie du cancer. Les thérapies cellulaires dites CAR-T cells se basent sur une technologie utilisant l'ingénierie des lymphocytes - cellules tueuses du système immunitaire. Cette présentation décrira comment nous pouvons reprogrammer ces lymphocytes en les dotant de récepteurs qui leur permettront de patrouiller le corps à la recherche de cellules cancéreuses, et d'exercer une veille immunitaire des années durant. Ces traitements ont permis une révolution thérapeutique en oncologie.


    – Mercredi 14 février 2024 20h

    LES ENJEUX ÉTHIQUES DES THÉRAPIES GÉNIQUES
    Dre Céline Moret, Institut Ethique Histoire Humanités, UNIGE

    Les thérapies géniques suscitent de grands espoirs dans le traitement des maladies génétiques mais soulèvent également des questions éthiques. Certaines d'entre elles sont communes à d'autres approches médicales, tels le consentement des patients et l'accès équitable au traitement. D'autres en revanche s'avèrent inédites, comme la possibilité de modifier l'ADN des cellules germinales d'une personne et de rendre ainsi cette modification transmissible à ses descendants. Cette présentation a pour objectif de faire un tour d'horizon des différents enjeux éthiques des thérapies géniques


    Voir aussi

    • l' émission de la RTS : La médecine du futur dans l'ADN sur le .play de la RTS

    Références

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    La biologie digitale ou la biologie de terrain ? faut-il les opposer ? -> des scénarios testés en classe

    Humanités digitales et biologie numérique …

    C'est une exigence fédérale (CIIP, 2018), les implications éducatives et sociétales de ces changements doivent être intégrées. A Genève on parle d'humanités digitales  (DIP, 2018, DIP, 2020). La question de la place du numérique dans les enseignements ne peut plus être écartée : on voit bien que le changement va se produire et il vaut peut-être mieux y participer que le subir ?

    La biologie change … faut-il changer son enseignement ?

    Dans tous les domaines de la biologie, les ordinateurs et les réseaux changent la façon dont on travaille, on produit et on valide les données : la digitalisation. Ce terme fait référence aux profondes transformations de la manière dont les savoirs sont produits, communiqués et transformés dans chaque discipline.

    L'école peut-elle ignorer cette transformation de ce qu'est la Biologie ? 
    Faut-il lui opposer la biologie de terrain, naturaliste ou sont-elles intégrées ?
    On oppose souvent le digital à la biologie de terrain, descriptive, loupe ou jumelles en main ...
    mais les biologistes de terrain passent aussi beaucoup de leur temps (plus de la moitié dans un petit sondage informel auprès d'amis biologistes) à gérer leurs relevés, à les intégrer et les comparer à des banques de données écologiques et à produire des données cartographiques (géoréférencées) .

    Est-ce que cette façon récente pourrait aider à donner du sens aux activités de terrain  ?

    Un exemple pour aider les élèves à comprendre concrètement l'influence des facteurs abiotiques sur la répartition et la forme des plantes : Peut-on prédire la répartition des espèces végétales à partir de mesures physicochimiques et des valeurs écologiques Landolt ? (et réciproquement ?)
    C'est un des 25 scénarios proposé  dans un projet qui les offre librement dans un Wiki - vous pouvez y contribuer, les compléter, les améliorer. Ou simplement vous en inspirer pour des activités en fonction de vos pédagogies ou votre public. 
    Il y a aussi des expériences pour que les élèves puissent vérifier eux-mêmes l'efficacité des modèles explicatifs de l'évolution. Déterminer la forme de protéines ( Spike, insuline, anticorps, Histone etc. et l'imprimer ou l'apporter au geek de votre école pour qu'il l'imprime 

    Des formations continues…

    Pas encore assez sûr.e de vous pour vous lancer avec une classe ... ? alors venez le 28 février 2024 à la formation PO-425
    Une formation continue est organisées avec Marie-Claude Blatter du SIB, sur les usages possibles en classe, sur les preuves de l'évolution, sur la diversité humaine, sur la médecine personnalisée, sur la prédiction de médicament et les rôles des protéines, sur les modèles 3D de structure authentique de protéines à imprimer.
    Un projet du DIP rassemble large sélection de scénarios - testés en classe La biologie numérique : quelles opportunités pour mieux enseigner ?

    Cette formation continue permettra à chacun de les découvrir et de se familiariser avec une sélection adaptée à son enseignement le 28 février 2024 -> il reste quelques places s'inscrire avant le 24 janvier 2024 ici.

    COURS PO-425 - La biologie numérique : des opportunités pour faciliter les apprentissages

    Marie-Claude Blatter du SIB Institut Suisse de Bioinformatique y présentera aussi plusieurs activités !

    Nécessaire pour former des citoyens capables de comprendre et décider

    Beaucoup de ces recherches de grande envergure sont vulgarisés et relayés dans les médias. On sait que les aspects les plus sensationnalistes voire des ​fake news​ sont les plus souvent relayées et qu'en conséquence les élèves et le public sont confrontés à des informations qui ont souvent perdu leur caractère scientifique.
    Comprendre ce que ces recherches signifient et comment les mettre en perspective nécessite de comprendre les grandes lignes des méthodes numériques pour pouvoir en juger la portée et les limites. Ces savoirs et compétences devraient déjà être inclus dans les programmes. Ces formations vous y aident.

    De la biologie virtuelle...? Non, mais au coeur de la recherche expérimentale !

    Soulignons qu'il ne s'agit d'opposer du virtuel au réel ou à l'expérimental : l'expérimentation reste centrale dans la recherche, mais change de méthodes et d'outils. Les projets de recherche en biologie consistent toujours à poser les bonnes questions, à imaginer des expériences, puis à réaliser ces expériences. Les expériences génèrent aujourd'hui de très grandes quantités de données (le séquençage par exemple). Le traitement de ces données constitue souvent la plus-value centrale d'une publication scientifique.

    Et il y a aussi une Formation entièrement en-ligne


    Références:

    • CIIP. (2018). Plan d'action en faveur de l'éducation numérique. Conférence intercantonale de l'instruction publique de la Suisse Romande et du Tessin.
    • Département de l'Instruction Publique, de la formation et de la jeunesse (DIP). (2018). L'école au service de la citoyenneté numérique Une vision pour l'instruction publique et le système de formation (Geneva, Switzerland). https://www.ge.ch/document/12518/telecharger
    • Département de l'instruction publique, de la formation et de la jeunesse (DIP). (2019). Éducation numérique Référentiel de compétences et de culture numériques à l'EO et l'ESII. https://edu.ge.ch/sem/system/files/telecharger-actu/dip_referentiel_edu_numeriquev5_1.pdf
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    les réactions chimiques sont un déplacement d'électrons … peut-on les activer par un champ électrique ?

    Influencer les déplacements d'électrons dans ou entre les molécules pour contrôler les réactions chimiques …

    La possibilité de contrôler les charges migrant lors de réactions avec des champs électriques externes fascine depuis longtemps les chimistes : elle promet de contrôler la catalyse de n'importe quelle réaction, de découvrir des propriétés émergentes et des dispositifs programmables. Deux équipes, à l'UNIGE avec le Prof Matile, et à l'université de Cardiff réalisent cette idée pour la première fois. Dans les conditions établies par leur petit réacteur, la vitesse de réaction dépend linéairement de la tension appliquée (aux tensions positives) et est négligeable aux tensions négatives.

    Cette publication JTS vous propose 3 sources : du plus vulgarisé à l'original … et  vous suggère d'aller voir l'original bien sûr, parce que vous savez mieux que quiconque comment simplifier pour vos élèves et l'intégrer à vos pédagogies. Parce que les lecteurs JTS ont un master en sciences et  apprécient qu'on les aide Jump-To-Science  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser
    • A) L'émission CQFD à la RTS ici
    • B) Le communiqué de presse de l'UniGE présentant cette recherche. ici
    • C) L'abstract de l'article original dans Science Advances  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  Gutiérrez López,…& Matile, 2023) ici

    A) l'émission CQFD à la RTS

    Dans CQFD à la RTS prof. Stefan Matile  de la section de chimie organique à l'UniGE (Gutiérrez López,…& Matile, 2023) ici s'enthousiasme : cet eldorado était théorique mais pour le moment pas réalisé et là c'est un rêve qui se réalise. Puisque toute réaction chimique est le fait d'électrons qui se déplacent à l'intérieur ou entre molécules la théorie nous dit qu'il devrait être possible en appliquant un champ électrique de de déplacer, d'accélérer d'orienter les mouvements de ces électrons et donc de contrôler quelle réaction chimique se fait. Leur recherche (Gutiérrez López,…& Matile, 2023) ici est la première fois qu'on y parvient.


      B) Dossier de presse UNIGE "Un interrupteur électrique pour contrôler les réactions chimiques

      Une équipe de l'UNIGE a conçu un dispositif électrique permettant d'activer facilement et de manière plus «verte» des réactions chimiques.

      image-20231006101157-1.jpeg

      Fig. 1 : Le dispositif se présente sous la forme d'un petit boîtier (au centre) au sein duquel le milieu réactionnel circule entre deux électrodes produisant le champ électrique. [img] © Stefan Matile


      "Nouveaux médicaments, carburants plus durables, matériaux plastiques biodégradables: pour répondre aux besoins de notre société en constante évolution, les chimistes doivent mettre au point de nouvelles méthodes de synthèse, afin d'obtenir des produits et substances qui n'existent pas naturellement. Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'Université de Cardiff, a découvert comment utiliser un champ électrique externe, à la manière d'un «interrupteur», afin de contrôler et accélérer une réaction chimique. Ces travaux, à découvrir dans Science Advances, pourraient avoir un impact considérable sur la fabrication de nouvelles molécules en permettant des synthèses plus respectueuses de l'environnement, mais également un contrôle externe très simple d'une réaction chimique.


      En chimie, on appelle «synthèse organique» le processus de création de composés chimiques organiques complexes à partir de réactifs plus simples. Par réactions successives, les chimistes assemblent des petites molécules afin d'aboutir à la formation des produits désirés. La synthèse organique est ainsi essentielle pour la fabrication de médicaments, de polymères, de produits agrochimiques, de pigments ou de parfums. Ces étapes successives sont extrêmement fines et délicates à contrôler. De plus, le rendement de chaque étape de la réaction doit être optimal afin de limiter les ressources nécessaires. Parvenir à mieux contrôler ces réactions, mais aussi les simplifier, est un enjeu de recherche important.
      «N'importe quelle transformation moléculaire est le résultat du déplacement d'électrons, particules élémentaires chargées négativement, d'une molécule vers une autre», explique Stefan Matile, professeur ordinaire au Département de chimie organique de la Faculté des sciences de l'UNIGE et au sein du Pôle de recherche national Molecular Systems Engineering, qui a dirigé cette étude. Les électrons peuvent être influencés par un champ électrique extérieur. Ainsi, il est en théorie possible de contrôler électriquement des réactions chimiques. Bien que simple sur le principe et prometteuse sur l'impact, cette approche s'est heurtée à de nombreuses limites et ses rares concrétisations sont restées peu performantes dans la pratique.

      Une avancée très attendue

      Avec leurs équipes, Stefan Matile et son homologue de l'Université de Cardiff, le professeur Thomas Wirth, ont réussi à activer une réaction chimique organique avec un simple champ électrique. Pour ce faire, ils ont conçu un réacteur microfluidique électrochimique. Leurs résultats montrent clairement la dépendance entre l'état d'avancement de la réaction chimique et l'intensité du champ électrique appliqué. Ce dispositif permet ainsi d'activer une réaction chimique simplement en appuyant sur un interrupteur.
      «Ce type de réacteur se présente comme une petite boîte dans laquelle peut circuler le milieu réactionnel entre deux électrodes produisant le champ électrique. Les électrodes sont des plaques carrées de 5 cm sur 5 cm placées le plus près possible l'une de l'autre. Elles sont séparées par une feuille d'un quart de millimètre d'épaisseur. Cette feuille contient le canal d'écoulement pour faire circuler les molécules entre les électrodes», explique Ángeles Gutiérrez López, doctorante dans le groupe de Stefan Matile et première auteure de l'article.
      Les électrodes sont recouvertes de nanotubes de carbone. En circulant à travers le réacteur, les réactifs interagissent de manière faible avec les nanotubes de carbone, ce qui les expose au champ électrique. Ce dernier induit une polarisation électronique dans la molécule activant ainsi la transformation chimique.

      Vers une activation plus écologique des réactions chimiques?

      Afin de créer les liaisons chimiques voulues, avec un bon rendement, les chimistes doivent mettre en place des stratégies complexes, en plusieurs étapes, faisant appel à de nombreux intermédiaires. Ces stratégies utilisent en général beaucoup de ressources et d'énergie. Le nouveau dispositif électrique proposé par les professeurs Matile et Wirth pourrait simplifier ces stratégies et ainsi réduire l'impact carbone des synthèses chimiques.
      Ce dispositif présente également l'avantage d'être facilement contrôlable. «Notre ''réacteur'' est en quelque sorte à l'image de l'accélérateur de particules du CERN à Genève, mais au lieu d'accélérer des particules subatomiques, il accélère des électrons et des réactions chimiques», explique Stefan Matile. Des avancées fondamentales sont encore nécessaires pour libérer tout le potentiel du dispositif. Cette méthode pourrait toutefois être généralisée en chimie organique, à plus ou moins court terme, et ainsi rendre plus verte et davantage contrôlable la production de médicaments, de nouveaux carburants ou de nouvelles matières plastiques."  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici


      C) L'article d'origine

      • Gutiérrez López, M. Á., Ali, R., Tan, M.-L., Sakai, N., Wirth, T., & Matile, S. (2023). Electric field–assisted anion-π catalysis on carbon nanotubes in electrochemical microfluidic devices. Science Advances, 9(41), eadj5502. https://doi.org/10.1126/sciadv.adj5502

        ABSTRACT (traduit)

        "La vision consistant à contrôler les charges migrant lors de réactions avec des champs électriques externes est fascinante : elle apporte la promesse d'une catalyse générale, de propriétés émergentes et de dispositifs programmables. Ici, nous explorons cette idée avec la catalyse anion-π, c'est-à-dire la stabilisation des états de transition anioniques sur les surfaces aromatiques. L'activation du catalyseur par polarisation du système aromatique est la plus efficace. Cette polarisation est induite par des champs électriques. L'utilisation de réacteurs microfluidiques électrochimiques pour polariser les nanotubes de carbone à parois multiples en tant que catalyseurs anion-π apparaît essentielle. Ces réacteurs donnent accès à des champs élevés à une tension suffisamment basse pour empêcher le transfert d'électrons, offrir des rapports catalyseur/substrat efficaces et significatifs et éviter les interférences d'électrolytes supplémentaires. Dans ces conditions, le taux de cyclisations d'éther d'ouverture d'époxyde interfacé par le pyrène dépend linéairement de la tension aux tensions positives et négligeable aux tensions négatives. Bien que l'électromicrofluidique ait été conçue pour la chimie redox, nos résultats indiquent que leur utilisation pour l'organocatalyse supramoléculaire a le potentiel d'électrifier de manière non covalente la synthèse organique au sens le plus large." (Gutiérrez López,…& Matile, 2023) Traduction automatique retouchée Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici


        Electric field–assisted anion-π catalysis on carbon nanotubes in electrochemical microfluidic devices,Fig. 2
        Figure 2 Electric field–assisted anion-π catalysis on carbon nanotubes in electrochemical microfluidic devices  [img]

        Si il est probablement impossible de réaliser (pour le moment) ces expériences en classe, en fonction des élèves et de ses pédagogies, certains trouveront peut-être intéressant de discuter avec les élèves de la perspective qu'elles ouvrent, dans un futur que les élèves connaîtront, ou p. ex. la nature électrique des changements moléculaire ?

        Sources



        Le système nerveux peut influencer la santé, l'auto-immunité, le choc anaphylactique, la douleur et l'efficacité d'une chirurgie !

        Peut-on distinguer maladie et traitements "psychologiques" et "biologiques" ?

        Pour les dualistes - thèse chère à Descartes - le corps et l'âme sont distincts. Or cette distinction entre "psychologique" et "biologique"  est fréquemment remise en cause par des résultats issus des neurosciences ou de la biologie fondamentale. Si le débat n'est pas clos, c'est une intéressante façon de discuter les positions monistes ou dualistes avec les élèves.

        Le système nerveux pourrait être impliqué dans l'auto-immunité, le choc anaphylactique, et au coeur de l'effet placebo ?

        Que les effets biologiques ou physiologiques puissent influencer le mental semble évident (Une douleur peut influencer l'humeur…). Mais dans le sens inverse, que le cerveau puisse influencer une maladie auto-immune (où des macrophages produisent une molécule, TNF-α) n'est pas facilement accepté, surtout en l'absence d'un mécanisme bien établi. Que le choc anaphylactique implique le système nerveux, et que l'effet placebo puisse être mesuré par l'activité de certaines zones du cerveau et même avoir autant d'effet qu'une chirurgie du cerveau a de quoi surprendre dans la vision dualiste.

        A) L'auto-immunité (polyarthrite rhumatoïde) sous contrôle du système nerveux  ?

        Dans une news feature de Nature, Fox, D. (2017). ici relatait une recherche Wang, H.,…& Tracey, K. J. (2003) ici où en stimulant électriquement ( 1mA) le nerf vague et ils réduisent la progression de la  polyarthrite rhumatoïde.

        Dans cette thérapie expérimentale  les effets inflammatoires sont réduits en stimulant le nerf vague (un nerf du système parasympatique qui relie le tronc cérébral à de nombreux organes interne), Tracey, K. J. (2003) montrent comment cela conduit à ce que des macrophages réduisent la production de TNF-α qui produit l'inflammation)...  dans le cas de la polyarthrite rhumatoïde (une maladie auto-immune).  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici



        Fig 1: Mécanisme d'actino proposé par Tracey [img]. Source :(Fox, D. (2017)
        Le domaine pourrait fortement se développer selon Fox, si on en juge par son titre  " Shock tactics set to shake up immunology " Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
        Fox cite un exemple des effets de cette thérapie :

        "Katrin, une coach de fitness de 70 ans à Amsterdam, l'utilise pour contrôler la polyarthrite rhumatoïde, une maladie auto-immune qui entraîne la destruction du cartilage autour des articulations et d'autres tissus." "Six fois par jour, Katrin interrompt ce qu'elle fait, sort un petit aimant de sa poche et le pose sur une zone de peau surélevée juste en dessous de sa clavicule. Pendant 60 secondes, elle sent une douce vibration dans sa gorge. Sa voix vacille si elle parle. Ensuite, la sensation s'atténue. L'aimant active un dispositif implanté qui émet une série d'impulsions électriques, chacune d'environ un milliampère, semblable au courant consommé par une aide auditive typique. Ces impulsions stimulent son nerf vague un faisceau de fibres qui descend le long du cou depuis le tronc cérébral jusqu'à plusieurs organes, dont le cœur et l'intestin." Traduction. 
        Selon (Fox, 2017), ces impulsions réduisent la progression de la  polyarthrite rhumatoïde.


        B) Le système nerveux impliqué dans le choc anaphylactique (une grave réaction allergique )

        Dans une news de Science, Lopez Lloreda (2023) ici évoque le rôle du système immunitaire dans le choc anaphylactique. Chez certaines personnes, les cacahuètes par exemple peuvent provoquer une réaction allergique dangereuse, parfois mortelle, marquée par une forte baisse de la température corporelle et de la tension artérielle, ainsi que des difficultés respiratoires. Ces symptomessont généralement imputés à une surréaction du système immunitaire. Mais une nouvelle étude chez la souris suggère que le système nerveux serait (aussi) responsable de cette réaction.
        Ces résultats,« concordent avec ce que les gens pensaient mais que personne n'a réellement pu démontrer », explique Sébastien Talbot, neuroimmunologue à l'Université Queen's qui n'a pas participé à l'étude. Selon lui, ces travaux (Bao,& al., 2023) ici pourraient ouvrir la voie à de nouvelles cibles pour traiter les réactions allergiques graves chez l'homme.
        Outre les arachides, les piqûres d'abeilles et certains médicaments sont des déclencheurs courants. Ces allergènes conduisent les mastocytes du système immunitaire à libérer un flot d'histamine et d'autres molécules qui se propagent dans tout le corps, dilatant les vaisseaux sanguins et rétrécissant les voies respiratoires. La température corporelle peut également baisser, provoquant une sensation de froid et de moiteur, même si la raison pour laquelle cela se produit est plus difficile à identifier. Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

        Les souris souffrent également d'anaphylaxie. Lorsqu'elles sont exposées à un allergène, elles s'allongent sur le ventre et s'étirent. Ces comportements sont contrôlés par le système nerveux central, ce qui a amené les chercheurs à soupçonner que les nerfs pourraient également jouer un rôle dans les réactions allergiques graves. En suscitant chez les souris l'anaphylaxie avec de l'ovalbumine ils ont mesuré l'activité neuronale. Comme chez les humains, la température corporelle des rongeurs a chuté d'environ 10°C. Mais le cerveau des souris n'a pas enregistré cela comme un refroidissement soudain ; au lieu de cela, les zones du cerveau qui réagissent normalement à la chaleur étaient plus actives. Ce qui explique que les animaux s'étirent comme s'ils avaient trop chaud alors même que leur température corporelle baisse.

        Pour savoir comment ces zones sont suractivées, l'équipe a identifié certains neurones dans la moelle épinière et montré qu'en les bloquant, les animaux ne se sont pas refroidis pendant l'anaphylaxie, mais que l'activation de ces neurones, créait les symptômes de l'anaphylaxie même sans exposition à un allergène.
        Parallèlement l'équipe a découvert qu'en plus des histamines, les mastocytes libèrent un composé appelé chymase, qui interagit avec ces neurones connectés aux zones du cerveau qui régulent la température corporelle. Lorsque l'équipe a bloqué la libération de chymase, les animaux n'ont plus abaissé leur température corporelle en réponse à un allergène. Traduction d'après Lopez Lloreda (2023) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

        Les immunologistes ont longtemps pensé que l'histamine était le principal acteur de l'anaphylaxie, et plusieurs immunologistes ont  été surpris que la chymase – et le système nerveux – semblent également jouer un rôle majeur. L'étude pourrait fournir de nouvelles cibles pour traiter l'anaphylaxie chez l'homme. Traduction d'après Lopez Lloreda (2023).  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine ici


        l'article d e C. TourbeC) Les mécanismes de l'effet placebo, le psychologique mis en évidence dans le cerveau ?

        Dans Science et Vie, avril 2004, Caroline Tourbe rapporte une étude sur les mécanismes de l'effet placebo. Elle décrit l'étude comme confirmant que "l'effet placebo n'a pas qu'une simple action psychologique, il diminue réellement la douleur par le cerveau". Le texte est accompagné d'une illustration avec des zones colorées visibles dans une coupe du cerveau ( cf ci-contre)  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

        Pourtant la publication originale à laquelle se réfère C. Tourbe ( par Tor WAGER ici et non WAG N ER comme inscrit dans l'articlede de S&V) ne discute pas la réalité de l'effet placebo, ni s'il serait "seulement psychologique".  Cette vision (dualiste) du psychologique qui serait séparé du cerveau fonde le propos de  C. Tourbe. Or ce n'est pas du tout celle des chercheurs menés par Tor Wager ici: ils cherchent à déterminer si cet effet placebo, bien établi, fonctionne a) grâce à une diminution de la douleur qui parvient par les fibres nerveuses aux aires sensorielles de la douleur (pain matrix en anglais), b) par une gestion de l'affect de la douleur qui en réduirait la sensation, ou c) si simplement les sujets disent moins souffrir car ils pensent que l'expérimentateur attend cela d'eux (compliance).
        "The experience of pain arises from both physiological and psychological factors, including one's beliefs and expectations. Thus, placebo treatments that have no intrinsic pharmacological effects may produce analgesia by altering expectations. However controversy exists regarding whether placebos alter sensory pain transmission, pain affect, or simply produce compliance with the suggestions of investigators. " Wager et al. (2004) p. 1162
        Ils cherchent d'abord  à déterminer dans quelles zones on peut observer par IRMf une activité accrue ou réduite lorsque cet effet placebo se manifeste.  
        Pour cela ils ont développé des méthodes subtiles permettant de distinguer deux conditions (deux situations) avec ou sans l'effet placebo en appliquant une crème annoncée comme efficace ou une crème annoncée comme inefficace comme "témoin" - mais c'est la même crème inefficace qui est appliquée dans tous les cas.  Bien sûr l'expérience est bien randomisée - l'ordre des deux conditions, le lieu d'application etc sont alternés pour neutraliser les effets de séquence, de sensibilité différente etc.). Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

        Ainsi la différence de réaction mesurée par IRMf donne des indications sur les zones activées qui permettent d'inférer les mécanismes de l'effet placebo. Wager et al. indiquent que certaines zones du cerveau sont connues pour refléter les effets psychologiques comme la gestion de la douleur (notamment le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal). 
        Deux autres expériences permettent d'écarter l'hypothèse de compliance, et en discutent les mécanismes.
        On voit l'imbrication entre les influx venant de la périphérie et les zones de l'affect qui modulent la perception et régulent la montée du stimulus (fibres afférentes).

        "Although our results are consistent with the hypotheses that at least a part of the placebo effect is mediated by afferent pain fiber inhibition, a major portion of the placebo effect may be mediated centrally by changes in specific pain regions. This account acknowledges that pain is a psychologically constructed experience that includes cognitive evaluation of the potential for harm and affect as well as sensory components)." Wager et al. (2004) p. 1166

        "Bien que nos résultats soient cohérents avec les hypothèses selon lesquelles au moins une partie de l'effet placebo est médiée par l'inhibition des fibres afférentes de la douleur, une partie majeure de l'effet placebo peut être médiée de manière centrale par des modifications dans des régions  spécifiques de la douleur. Cela reconnaît que la douleur est une expérience psychologiquement construite qui comprend une évaluation cognitive du potentiel de préjudice et d'affect ainsi que des composantes sensorielles)." Traduction automatique retouchée de Wager et al. (2004) p. 1166 Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici


        D) Un placebo aussi efficace que la chirurgie cérébrale ?

        Pour améliorer la qualité de vie des Parkisoniens, on introduit des cellules souche embryonnaires dans une zone précise du cerveau.  Pour vérifier que l'amélioration constatée est bien le résultat de la chirurgie et pas seulement un effet placebo, Freed & al. (2001) ici ont comparé l'efficacité d'une greffe cérébrale à une opération simulée  (sham surgery): pour la moitié des sujets toute l'opération s'est déroulée comme normalement (ils ont trépané (ouvert le crane), mais n'ont pas introduit de cellules). Ni le patient, ni les médecins qui ont fait le suivi ne savaient si l'opération était complète ou sham. Ils ont trouvé que lles bienfaits de l'oération ne résultaient pas seulement de l'effet placebo. Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

        Pour comparer l'ampleur de l'effet de la chirugie et celui de l'effet placebo, une équipe menée par la chercheure Cynthia McRae (2004) ici a interrogé un an plus tard ces patients et leur équipe de suivi sur leur qualité de vie ( avec un questionnaire standard MDS-UDPRS ) et s'ils pensaient avoir reçu la chirurgie complète ou le traitement placebo, la sham surgery. 
        On voit dans la figure 3 de McRae (2004), en comparant la différence que produit le fait de croire avoir reçu l'opération complète dans les deux groupe (différence entre la barre noire et la gris clair) on peut interpréter que l'effet placebo produit une amélioration de 5-6 points - avec opération complète (transplant) ou non. On voit que l'opération complète (différence des 2 barres noires  et des 2 barres blanches) produit un effet de même ampleur (~5 points).

        Fig 3 ci-contre  . (Sham surgery = chirurgie simulée Transplant = patients transplantés) UDPRS exprime l'amélioration de l'état du patient (score UDPRS)  Source: McRae et al. (2004).

        Les résultats suggèrent que l'effet placebo est de même ampleur que l'effet de la réelle transplantation chirurgicale.
        On peut noter que chez les patient sham surgery  mais pensant avoir reçu la transplantation (barre gris clair à gauche), les scores s'améliorent quasiment autant que chez ceux qui - à l'inverse - pensaient avoir reçu sham surgery mais avaient reçu l'opération complète (transplant) (barre noire à droite).
        On sait par ailleurs que plus le patient pense que le traitement est cher, le comprimé volumineux, l'opération complexe, plus l'effet placebo est important. Cf. par exemple:
      • (R.I.), (2015) L'effet placebo : plus il est cher plus il est efficace. Science et Vie IV15 intranet.pdf

        Ces résultats sont plutôt compatibles avaec la vision moniste : les phénomènes psychologiques - ici l'effet placebo - ne peuvent guère être dissociés des effets biologiques. Le fonctionnement de l'organisme serait plutôt un tout intégrant des effets du mental sur le corps et du corps sur le mental.


      • Des exemples pour discuter la dualité corps/esprit que les neurosciences challengent

        Ce qui est intéressant dans ces exemples C et D est qu'ils peuvent -être utilisés en classe pour discuter la pensée dualiste (le psychologique serait distinct du physiologique qu'on mesure par IRMf, il y a des douleurs psychologiques qui seraient "fausses" ou "moins vraies") vs.  la pensée moniste de ces chercheurs pour lesquels les mécanismes (psychologiques aussi) de la douleur se produisent dans le cerveau et que les mesures d'activité IRMf constituent des données importantes pour mieux comprendre notre esprit. Wager et al. disent p. ex que la douleur est autant une élaboration mentale qu'une simple transmission de stimuli depuis la peau. On voit dans l'exemple D que l'effet placebo peut être aussi important que le traitement lui-même. 

        De belles discussions avec les élèves... et pour illustrer leur fonctionnement quand on parle des nerfs, , de la douleur, des structures cérébrales et du fonctinnement du système nerveux en général.

        Pour approfondir …

        Références:

        • Bao, C., Chen, O., Sheng, H., Zhang, J., Luo, Y., Hayes, B. W., Liang, H., Liedtke, W., Ji, R.-R., & Abraham, S. N. (2023). A mast cell–thermoregulatory neuron circuit axis regulates hypothermia in anaphylaxis. Science Immunology, 8(81), eadc9417. https://doi.org/10.1126/sciimmunol.adc9417
        • Fox, D. (2017, mai 5). Nervous system may play role in severe allergic reactions | Nature News Nature. https://doi.org/10.1038/545020a
        • Freed, C. R., Greene, P. E., Breeze, R. E., Tsai, W.-Y., DuMouchel, W., Kao, R., Dillon, S., Winfield, H., Culver, S., Trojanowski, J. Q., Eidelberg, D., & Fahn, S. (2001). Transplantation of Embryonic Dopamine Neurons for Severe Parkinson's Disease. New England Journal of Medicine, 344(10), 710‑719. https://doi.org/10.1056/NEJM200103083441002
        • Lopez Lloreda, C. (2023, mars 17). Nervous system may play role in severe allergic reactions. Science. https://doi.org/10.1126/science.adh8504
        • McRae, C., Cherin, E., Yamazaki, T. G., Diem, G., Vo, A. H., Russell, D., Ellgring, J. H., Fahn, S., Greene, P., Dillon, S., Winfield, H., Bjugstad, K. B., & Freed, C. R. (2004). Effects of Perceived Treatment on Quality of Life and Medical Outcomes in a Double-blind Placebo Surgery Trial. Archives of General Psychiatry, 61(4), 412–420. https://doi.org/10.1001/archpsyc.61.4.412
        • Tourbe, C. (2004) L'effet placebo diminue bien la douleur , Science et Vie avril 2004 p. 26 ( intranet.jpg )
        • Wager, T. D., Rilling, J. K., Smith, E. E., Sokolik, A., Casey, K. L., Davidson, R. J., Kosslyn, S. M., Rose, R. M., & Cohen, J. D. (2004). Placebo-Induced Changes in fMRI in the Anticipation and Experience of Pain. Science, 303(5661), 1162‑1167. https://doi.org/10.1126/science.1093065
        • Wang, H., Yu, M., Ochani, M., Amella, C. A., Tanovic, M., Susarla, S., Li, J. H., Wang, H., Yang, H., Ulloa, L., Al-Abed, Y., Czura, C. J., & Tracey, K. J. (2003). Nicotinic acetylcholine receptor α7 subunit is an essential regulator of inflammation. Nature, 421(6921), Article 6921. https://doi.org/10.1038/nature01339

        Remerciements

        Merci à Laura Weiss pour une relecture et des commentaires constructifs sur une version préalable de ce texte qui l'ont amélioré.

        --

        "je ne crois pas à la science" …que faire en classe !? :une formation avec Lecointre


        "Toutes les opinions se valent... je ne crois pas à la science" …que faire en classe de science !?

        Savoirs, opinions, croyances,,Une réponse laïque et didactique aux contestations de la science en classe,,    Guillaume Lecointre (Auteur)Aujourd'hui, en classe de biologie de physique de chimie ou même de philosophie ou d'histoire, les enseignants peuvent se trouver confrontés à une contestation du savoir scientifique lorsque des questions vives (évolution, nucléaire, pandémie, vaccins, esprit critique, etc.  Cette contestation atteint parfois une intensité extrême et des violences graves.

        Que répondre par exemple à  "Chacun croit ce qu'il veut... on est en démocratie!".

        Comment distinguer les objectifs d'apprentissage (p. ex  savoir utiliser la théorie de l'évolution pour prédire ou expliquer ) et la croyance religieuse, sur la création du monde, dans cet exemple. 

        Guillaume Lecointre, professeur au Muséum national d'Histoire naturelle en France et auteur de Savoirs, opinions, croyances : Une réponse laïque et didactique aux contestations de la science en classe, animera une formation continue  organisée par Philippe Lavorel et Cyril Obadia

        CO-01500 pour donner aux enseignants les moyens d'y répondre clairement, sans polémique, et de manière laïque.

        Objectifs

        - Permettre aux enseignantes et aux enseignants de distinguer, dans un cadre didactique, les savoirs, les opinions et les croyances.
        - Identifier les enjeux scolaires et questions socialement vives en lien avec la contestation de la science en classe
        - Envisager des outils didactiques pour répondre aux contestations de la science en classe.

        JTS a compilé quelques extraits de Lecointre (2018) pour vous donner envie de lire cet ouvrage, ou d'assister à cette formation pour une belle opportunité d'entendre cet auteur remarquable, discuter avec lui et les collègues, pour mieux comprendre comment gérer en classe cette question délicate.
        JTS propose aussi plus bas un éclairage convergent de Keit Taber dans "Masterclass in science education". Un paragraphe titré de manière provocante : "il ne faut pas croire en l'évolution". 

        Différences entre savoirs, opinions, et croyances

        Pour cela, Lecointre détaille les différences entre savoirs, opinions, et croyances (religieuses ou non). Il explique comment la science produit des connaissances. Il rappelle que le cours de sciences est un espace collectif dédié au savoir, sans que cela soit incompatible avec la liberté individuelle de croire ou la liberté d'opinion. Il détaille l'articulation de ces notions dans la démocratie républicaine française (d'où la référence fréquente à la laïcité qui est une valeur très explicite dans ce pays).

        Lecointre distingue une opinion personnelle, une croyance (religieuse ou non) et un savoir, notamment sur la base de la manière dont une affirmation est assumée et légitimée.  Cf. Table 1 (Lecointre 2018).


        Affirmation
        Assumée…
        Légitimée par…
        Savoir
        Collectivement
        Justification rationnelle ;
        Ouverture à la réfutation
        Croyance
        Individuellement
        Autorité / confiance ;
        Indifférence à la réfutation
        Croyance religieuse
        Collectivement
        Autorité / confiance ;
        Fermeture à la réfutation
        Opinion
        Individuellement
        Divers

        Table 1 d'après  (Lecointre 2018).

        Lecointre développe ce qui fait qu'un savoir est scientifique. Notamment le type de preuve reconnue dans la discipline.
        Pour éviter la mécompréhension entre Physique, chimie, biologie, philosophie,il argument que deux régimes de preuves distincts se valent : la preuve expérimentale ou preuve «hypothético-déductive» et la preuve historique souvent utilisée en paléontologie. Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Lecointre p. 69

        Rien qu'une théorie ?

        "Une théorie scientifique est un cadre conceptuel qui permet de relier entre eux des faits variés, des lois, des
        règles de al manière al plus cohérente possible, et d'émettre des hypothèses, des conjectures et des prédictions. Plus une théorie est cohérente et complète, plus ses prédictions ont de chances d'être vérifiées. Une théorie est réfutable par la communauté des chercheurs, selon un processus complexe qui peut parfois être assez long. " []"Le «que» suggère une dépréciation des théories par rapport aux faits." […] [il est donc ] "urgent d'enseigner qu'en sciences il n'y a pas de faits possibles sans théorie pour l'appréhender. " Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Lecointre p. 70

        La science est collective et non l'œuvre de héros solitaires

        Il relève aussi que la science est forcément collective (les recherches sont discutées dans des colloques et conférences, le débat se fait à travers les publications) , et le consensus y émerge. Pour un temps, puisque les progrès viennent régulièrement remettre en question, affiner, préciser les modèles scientifiques.

        Les héroïnes et héros de la science peuvent susciter des vocations ?

        Pourtant "l'héroïsation des chercheurs et/ou une vision mythique de la science, s'ils ont des conséquences négatives, suscitent malgré tout des fascinations, tout au moins des réactions positives et des vocations vers le métier de chercheur ou chercheuse et d'autres métiers qui sont en lien avec la science". Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Lecointre p. 73

        Faut-il croire ? Peut-on éviter de croire au moins temporairement ? 

        Pour Lecointre " croire peut être d'abord [compris] comme l'expression d'un manque temporaire de données, et souvent, un pis-aller devant la complexité des phénomènes que nous tentons d'appréhender.[…]Mais dans tous les cas, nous ne faisons rien d'autre que de croire, avec une tendance à choisir - sans doute inconsciemment - dans l'accumulation des témoignages, tous partiels et parfois contradictoires, ceux qui confortent notre propre vision des choses. " Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Lecointre pp. 93-94


        Pour un autre éclairage de cette question, en particulier comment enseigner la science et exiger de l'appliquer à des exercices et des examens ne doit pas être en contradiction avec les croyances des élèves  voir aussi Taber, K. (2019). Ch 11  ( le lecteur saura utiliser un des traducteurs automatiques disponibles sur internet si nécessaire)

        " Most importantly, the reflective approach does not ask students to change what they believe. In the science classroom, we do not champion or question anyone's religion. What we do ask in science is that students understand the scientific theory and they appreciate why this idea has become the current consensus understanding in science. If they can do that, they can answer examination questions in science. Perhaps a better understanding of the theory and the evidence may lead them to question a faith-based rejection of evolution, but that should not be the aim of teaching. […] Perhaps a better understanding of the scientific account will allow them to engage with arguments against the science from a position of securer knowledge of what it is that is actually being criticised. If we are confident of the science, then that is not something we should be concerned about. What is important though is that science is taught in a way that does not directly seek to challenge anyone's beliefs, and that the science itself is not compromised. Presenting natural selection as theoretical and the best current naturalistic account (rather than as a proven, absolutely true account) is true to the science, and to the nature of science. It is against the nature of science to ever teach it (or any other model or theory) as a dogma."  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Taber pp 173-174 ch 11,

        "You should not believe in evolution!
        "Given that teaching the theory of natural selection to students who have no principled reason to object to it is challenging enough (see Chapter 11), having the additional complication of teaching students who object to it on religious grounds (or who have been informed by the new atheists that it is in competition with their religious views) adds a major additional complication. The approach that is recommended here is unlikely to completely avoid some degree of conflict for some students, but it should help in most cases. It is not the teacher's job to ask students to believe in a scientific theory such as natural selection. Indeed, if teachers are doing their job well in teaching the theory, the students will not believe in it. Science is not about belief, and the role of the science teacher is not to persuade students that a scientific account is true. The science teacher is charged with helping students understand (and so be able to apply) the scientific models and theories. It is part of science teaching to help students see why scientists have come to currently adopt a particular idea, but they do not have to be convinced about it themselves. Indeed, we would hope that scientists remain open-minded - open to new evidence that challenges current ideas, or to a new way of thinking that actually makes better sense of the available evidence. A scientist should be convinced that the ideas they apply offer the best currently available basis for understanding the existing evidence, but not that they represent an absolute and fïnal account of nature  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles                plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Taber p. 160 ch. 6

        Références

        • Lecointre, G. (2018). Savoirs, opinions, croyances : Une réponse laïque et didactique aux contestations de la science en classe. Belin éducation.
        • Taber, K. (2019). MasterClass in science education : Transforming teaching and learning. 

        l'IA pour prédire quelles variantes d'un gène produisent des protéines pathogènes

        Prédire quelles mutations missense produisent des protéines pathogènes

        Un algorithme d'apprentissage automatique utilise la prédiction de structure pour repérer les mutations pathogènes

        Dans un commentaire sur l'article original, Marsh & Teichmann(2023) ici écrivent "La plupart des mutations génétiques à l'origine de maladies chez l'homme se produisent dans des régions codant pour des protéines. Même si la capacité à séquencer l'ADN et à identifier ces variants a considérablement augmenté, la capacité à interpréter leurs effets reste limitée. Ce problème est particulièrement aigu pour les variants faux-sens, qui impliquent la substitution d'un seul acide aminé et constituent l'écrasante majorité des « variants de signification incertaine » (VUS), telles que classées par les cliniciens. Les auteurs évoquent les approches expérimentales récentes (MAVE) pour caractériser les effets des variants -notamment dans le projet Atlas of Variant Effects (Fowler,& al.,.2023))ici, mais indiquent qu'à l'heure actuelle, les cartes d'effets des variants produites expérimentalement ne sont disponibles que pour une infime fraction du génome humain.
        Ainsi, l'utilisation de Variant Effects Predictor (VEP) informatiques pour générer des cartes d'effets variants in silico reste essentielle. Cheng et al. (2023)(ici) présentent AlphaMissense, un algorithme d'apprentissage automatique, VEP qui s'appuie sur AlphaFold pour prédire les structures protéiques à partir de séquences de gènes.
        Les auteurs montrent qu'AlphaMissense a des performances supérieures sur plusieurs critères de référence par rapport par rapport aux autres VEP actuellement disponibles.
        Il est donc susceptible d'améliorer l'interprétation des données de séquençage et de faire progresser le rôle des prédictions informatiques dans le diagnostic des maladies génétiques." Traduction Google modifiée Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans le commentaire d'origine :  ici

        Résumé structuré de Cheng et al. (2023) (traduit).

        "INTRODUCTION
        Le séquençage du génome a révélé d'importantes variations génétiques dans les populations humaines. Les variants faux-sens (missense) sont des variants génétiques qui modifient la séquence d'acides aminés des protéines. Les variants faux-sens pathogènes perturbent la fonction des protéines et réduisent la condition physique de l'organisme, tandis que les variants faux-sens bénignes ont un effet limité.
        Rationale (justification de ce que leur recherche apporte de nouveau)
        La classification de ces variants constitue un défi important et permanent en génétique humaine. Sur plus de 4 millions de variants faux-sens observées, seulement 2 % environ ont été cliniquement classées comme pathogènes ou bénignes, tandis que la grande majorité d'entre elles ont une signification clinique inconnue. Cela limite le diagnostic des maladies rares, ainsi que le développement ou l'application de traitements cliniques ciblant la cause génétique sous-jacente. Les approches d'apprentissage automatique pourraient combler le fossé dans l'interprétation des variants en exploitant les modèles des données biologiques pour prédire le pouvoir pathogène des variants non annotées. Plus précisément, AlphaFold, qui prédit avec précision la structure des protéines à partir de la séquence protéique, peut être utilisé comme base pour prédire le pouvoir pathogène des variants des protéines.Traduction Google adaptée  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
        Acknowledgments, References and Notes, eLetters                    (0),, Information & Authors, Metrics &                    Citations, View Options, References, Media,,                    Share,,Related Research Article,Accurate proteome-wide                    missense variant effect prediction with                    AlphaMissense,By Jun Cheng, Guido Novati, Joshua Pan,                    et al.,AlphaMissense predicts the effects of variants                    by building on the AlphaFold algorithm that predicts                    protein structures from gene sequences.,GRAPHIC: C.                    BICKEL/SCIENCE
        Fig 1 : AlphaMissense prédit les effets des variants en s'appuyant sur l'algorithme AlphaFold qui prédit les structures protéiques à partir des séquences génétiques. GRAPHIQUE : [img] C. BICKEL/SCIENCE
        RÉSULTATS
        Nous avons développé AlphaMissense pour tirer parti des avancées sur plusieurs fronts : (i) modélisation non supervisée du langage protéique pour apprendre les distributions d'acides aminés conditionnées par le contexte de la séquence ; (ii) incorporer un contexte structurel en utilisant un système dérivé d'AlphaFold ; et (iii) affiner les signaux faibles à partir des données de fréquence de population, évitant ainsi les biais liés aux annotations organisées par l'homme. AlphaMissense réalise des prédictions de pathogénicité faux-sens de pointe dans l'annotation clinique, les variants de novo de la maladie et les tests expérimentaux sans formation explicite sur ces données. En tant que ressource pour la communauté, nous fournissons une base de données de prédictions pour toutes les substitutions possibles d'un seul acide aminé dans le protéome humain.
        Nous classons 32 % de toutes les variants faux-sens comme probablement pathogènes et 57 % comme probablement bénignes en utilisant un seuil donnant une précision de 90 % sur l'ensemble de données ClinVar, fournissant ainsi une prédiction fiable pour la plupart des variants faux-sens humaines.
        cf. fig 2 Nous montrons comment cette ressource peut être utilisée pour accélérer la recherche dans plusieurs domaines. Les biologistes moléculaires pourraient utiliser la base de données comme point de départ pour concevoir et interpréter des expériences visant à sonder les substitutions saturantes d'acides aminés à travers le protéome humain. Les généticiens humains pourraient combiner les prédictions AlphaMissense au niveau des gènes avec des approches basées sur des cohortes de population pour quantifier la signification fonctionnelle des gènes, en particulier pour les gènes humains plus courts pour lesquels les approches basées sur des cohortes manquent de puissance statistique. Enfin, les cliniciens pourraient bénéficier d'une couverture accrue des variants pathogènes classées avec confiance lorsqu'ils donnent la priorité aux variants de novo pour le diagnostic des maladies rares, et les prédictions d'AlphaMissense pourraient éclairer les études sur la génétique des traits complexes qui utilisent des annotations de variants rares et probablement délétères.
        Traduction Google adaptée  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
        CONCLUSION
        Les prédictions d'AlphaMissense peuvent éclairer les effets moléculaires des variants sur la fonction des protéines, contribuer à l'identification de mutations faux-sens pathogènes et de gènes pathogènes jusqu'alors inconnus, et augmenter le rendement diagnostique des maladies génétiques rares. AlphaMissense favorisera également le développement de prédicteurs spécialisés d'effets de variants protéiques à partir de modèles de prédiction de structure." Traduction Google adaptée  Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux articles              plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
        Les méthodes en résumé

        Comme nous l'avons vu -cf. AlphaFold dans JTS - un programme d'IA est capable de prédire (plutôt bien) la structure d'une protéine à partir de la séquence du  gène. Cheng et al. ont alors examiné les variants de gènes (ils se sont limités aux mutations d'une base de type missense (faux-sens) ) et ont examiné si la protéine prédite par AlphaFold2 différerait. Ils ont combiné i)la prédiction de la structure avec d'autres stratégies qui se sont révélées efficaces dans la prédiction des effets variables, en particulier ii) la modélisation du langage protéique (Frazer et al. (2021) résument ici leur approche: "En modélisant la distribution des variations de séquences entre de nombreux organismes pour chaque protéine, ils révèlent les contraintes évolutives sur les séquences protéiques qui maintiennent leur fitness adaptative") et iii) l'ajustement précis des fréquences alléliques dans les populations de primates humains et non humains. AlphaFold a été affiné sur les données de fréquence des populations de variantes humaines et de primates et calibré pour la confiance sur les variantes de maladies connues.
        Les résultats d'AlphaMissense sont des scores de pathogénicité, qui reflètent la probabilité que les mutations provoquent une maladie, plutôt que seulement les changements prévus dans les structures protéiques.(
        cf. fig 2) Jump-To-Science : donner envie d'accéder aux                  articles plutot que vulgariser encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici


        AlphaMissense pathogenicity prediction.,AlphaMissense              takes as input a missense variant and predicts its              pathogenicity. We fine-tuned AlphaFold on human and primate              variant population frequency data and calibrated the              confidence on known disease variants. AlphaMissense predicts              the probability of a missense variant being pathogenic and              classifies it as either likely benign, likely pathogenic, or              uncertain. We provide predictions for all possible human              missense variants as a resource for the community.
        Fig 2: Prédiction de la pathogénicité par AlphaMissense. Ce logiciel prend en entrée une variante faux-sens et prédit sa pathogénicité. les résultats d'AlphaFold ont été affinés sur les données de fréquence des populations de variantes humaines et de primates et calibré pour la confiance sur les variantes de maladies connues. AlphaMissense prédit la probabilité qu'une variante faux-sens soit pathogène et la classe comme probablement bénigne, probablement pathogène ou incertaine. Il fournit des prédictions pour toutes les variantes possibles du faux-sens humain en tant que ressource pour la communauté scientifique. [img]. Source :Cheng et al., (2023)

        Une mise en perspective: ne pas extrapoler trop vite …

        En discutant avec un expert de l'IA et de l'informatique médicale de cet article, nous en sommes venus à nous demander combien d'entre nous seraient là si cet algorithme avait éliminé toutes les mutations pathogènes de la nature ?
        Peut-on vraiment définir la notion de pathogène de manière objective ?
        Quelques exemples; Darwin était intolérant au lactose, Stephen Hawking atteint d'une maladie neurodégénérative peut-être génétique, l'anémie falciforme est souvent vue comme une maladie génétique... mais elle aussi une protection précieuse contre la malaria, certaines formes de surdité congénitales donnent une cicatrisation exceptionnellement efficace, les personnes atteintes du syndrome de Down (trisomie du 21) n'ont quasiment jamais de cancer…  cf. JTS :L'idée qu'un gène soit bon ou mauvais est ... inadaptée ?

        Qu'est-ce que le "normal" ?

        Compte tenu de notre regard biaisé sur l'évolution et notre compréhension limitée des mécanismes en jeu, ne serait-ce pas téméraire d'extrapoler à partir des résultats fascinants de Cheng et al., (2023) des décisions précipitées de prévention, de classement des différences, menant à la stigmatisation plutôt qu'à l'intégration… ne sommes-nous pas tous différents.

        Références:

        • Cheng, J., Novati, G., Pan, J., Bycroft, C., Žemgulytė, A., Applebaum, T., Pritzel, A., Wong, L. H., Zielinski, M., Sargeant, T., Schneider, R. G., Senior, A. W., Jumper, J., Hassabis, D., Kohli, P., & Avsec, Ž. (2023). Accurate proteome-wide missense variant effect prediction with AlphaMissense. Science, 381(6664), eadg7492. https://doi.org/10.1126/science.adg7492
        • Fowler, D. M., Adams, D. J., Gloyn, A. L., Hahn, W. C., Marks, D. S., Muffley, L. A., Neal, J. T., Roth, F. P., Rubin, A. F., Starita, L. M., & Hurles, M. E. (2023). An Atlas of Variant Effects to understand the genome at nucleotide resolution. Genome Biology, 24(1), 147. https://doi.org/10.1186/s13059-023-02986-x
        • Frazer, J., Notin, P., Dias, M., Gomez, A., Min, J. K., Brock, K., Gal, Y., & Marks, D. S. (2021). Disease variant prediction with deep generative models of evolutionary data. Nature, 599(7883), Article 7883. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04043-8
        • Marsh, J. A., & Teichmann, S. A. (2023). Predicting pathogenic protein variants. Science, 381(6664), 1284‑1285. https://doi.org/10.1126/science.adj8672

         

        Un nouveau Lifescope !

        Un nouveau Lifescope  !

        L'uni vous offre désormais aussi un LifeScope à SciencesII, 30 quai Ansermet 1205 Genève - complémentaire et collaborant avec le Bioscope et BiOutils.

        • Le Bioscope aborde le rapport à soi et à son propre corps, ainsi que le lien aux autres et à l'environnement, sous l'angle de 3 champs des sciences de la vies et biomédicales: santé à l'adolescence, neurosciences et comportements, biodiversité et interdépendances.
        • BiOutils propose des kits pour réaliser des expériences dans vos classes : ils permettent de pratiquer les gestes d'une biologie définie à partir de la manipulation expérimentale.
        • Jump-To-Science rapproche les enseignants des publications où la recherche se fait et met en valeur ce qui pourrait être pertinent pour enseigner. Ne vulgarise pas (ça les enseignants savent le faire pour leurs élèves mieux que personne) mais donne envie d'aller lire Nature, Science, etc.
        • https://scienscope.unige.ch/

          Le Lifescope propose d'aborder des thématiques plus axées biologie expérimentale et diversité du vivant à toutes les échelles. Les classes auront la chance de pouvoir profiter d'outils innovants tels que la réalité virtuelle pour aborder des notions théoriques de biologie.
        Et bien sûr le Chimiscope, le Physiscope et tout l'éventail du ScienceScope  !
        Rappel : Le Bioscope est désormais à la Maison de l'enfance et de l'adolescence (MEA) des Hôpitaux universitaires de Genève, 26 boulevard de la Cluse.

        Catalogue des ateliers disponibles au Lifescope pour l'année 2023-2024->réservez



        Cellule 15-19ans Durée : 1h30

        Découvrir la cellule et son fonctionnement grâce à des outils de réalité virtuelle
        De quoi sommes-nous composés ? Comment est-ce que la cellule fonctionne ? Comment
        communique-t-elle avec l'extérieur ? Pourquoi chaque organite qui la compose est essentiel ?
        Grâce à la réalité virtuelle, plongeons ensemble au cœur de la cellule et découvrons tous les
        composants nécessaires à son bon fonctionnement. Nous découvrirons comment chaque
        cellule fonctionne de manière autonome telle une petite usine grâce à ses différents
        organites et comment elle est capable de produire des protéines indispensables à
        l'organisme.
        Bienvenue dans la plus petite unité de vie, bienvenue dans la cellule !

        Python en famille 12-18 ans Durée : 1h30

        Savez-vous que 10 à 100 millions d'espèces peuplent notre planète et que nous sommes tous cousins à des degrés divers ?
        À l'époque de Darwin, les espèces étaient comparées sur la base de leur morphologie (taille et forme des os par exemple).
        Aujourd'hui, il est possible d'étudier les liens de parenté entre les espèces en comparant leurs protéines avec l'aide de l'informatique. Au cours de cet atelier et selon le niveau de la classe (allant du secondaire I au secondaire II),
        nous vous ferons découvrir les démarches et les programmes informatiques (Python) utilisés pour construire ces fameux arbres phylogénétiques...
        Et oui, nous avons des choses en commun avec le chimpanzé et la banane !

        PigmentsPIGMENTS 7-12 ans Durée : 1h

        Qu'est ce qui donne leurs couleurs aux végétaux ? Pourquoi les feuilles des arbres changent- elles de couleurs à l'automne ?
        Les élèves endosseront leurs vestes d'enquêteurs pour mettre en lumière la nature et le rôle des différents pigments végétaux en suivant la démarche expérimentale.
        Après avoir émis des hypothèses, ils procéderont à une expérience de séparation des pigments végétaux par chromatographie et découvriront pourquoi les feuilles changent de couleur en automne !
        Du questionnement à l'observation puis l'interprétation des résultats de l'expérience, les élèves pourront manipuler et se familiariser avec la démarche scientifique.

        Microscopik ! Durée :1h

        Venez découvrir avec vos élèves le monde de l'infiniment petit à travers cet atelier de découverte de la microscopie ! Au cours d'une vaste enquête sur des objets mystères, vous découvrirez les différentes techniques d'observation du monde qui nous entoure et de l'intérêt de ces outils dans la recherche en biologie !

        https://scienscope.unige.ch/lifescope/ 


        Cellule

        Découvrir la cellule et son fonctionnement grâce à des outils de réalité virtuelle

        De quoi sommes-nous composés ? Comment est-ce que la cellule fonctionne ? Comment communique-t-elle avec l'extérieur ? Pourquoi chaque organite qui la compose est essentiel ?

        Grâce à la réalité virtuelle, plongeons ensemble au cœur de la cellule et découvrons tous les composants nécessaires à son bon fonctionnement. Nous découvrirons comment chaque cellule fonctionne de manière autonome telle une petite usine grâce à ses différents organites et comment elle est capable de produire des protéines indispensables à l'organisme. Bienvenue dans la plus petite unité de vie, bienvenue dans la cellule !




        Découverte de la 100e espèce de mammifères sauvages de Suisse - tout est dans les méthodes !


        Comment on définit une espèce et les méthodes qui permettent de distinguer 2 espèces de muscardin très semblables.  

        Autrefois c'était par des critères morphologiques qu'on distinguait les espèces. Faute d'accès aux séquences d'ADN, on était un peu obligé de supposer qu'elle reflétait la phylogénie (des lignages différents ont souvent une morphologie qui reflète les différence de leur parcours évolutif). 
        Actuellement on utilise en général des séquences spécifiques pour différencier les espèces (surnommées "code-barre" (Pampanon et Shehzad, 2016)ici) Toutefois, les chercheurs des muséums (musea?) de Genève et St-Gall montrent  les limites de cette méthode dans un cas spécifique de muscardin. Ils ont ainsi découvert la 100e espèces de mammifères sauvages en Suisse. 

        On voit une fois de plus combien la compréhension des méthodes détermine la portée des conclusions en sciences. Pour JTS, on peut considérer qu'une connaissance est scientifique dans la mesure où l'on sait comment elle a été construite (Lombard, 2012 ). Sinon c'est du Trivial pursuit catégorie biologie ou physique ou chimie.
        Est-ce qu'on fonde la portée des savoirs présentés en classe sur les méthodes...
        Ce très bel exemple local (P. ex. Campbell illustre cela avec des exemples américains) et très récent peut-il être adapté à vos élèves lors de la définition en classe de l'espèce ?

        Texte diffusé par le Museum de Genève :
        La 100e espèce de mammifère se cachait derrière des          noisettes,En 2021, le nouvel atlas des mammifères de Suisse          recensait 99 espèces sauvages. Eh bien, elles sont désormais 100          !

        Découverte de la 100e espèce de mammifères sauvages de Suisse !

        Le muscardin, un minuscule rongeur aux grands yeux noirs, est une espèce peu commune mais largement répandue. Les biologistes savaient qu'il existait deux lignées divergentes en Europe, mais ignoraient que c'était également le cas à plus petite échelle, en Suisse. Une remise en perspective des méthodes leur a permis de conclure que le muscardin ne représente pas une, mais deux espèces1 indépendantes.

        En recensant la variabilité génétique de tous les petits mammifères de Suisse, des chercheurs du Muséum d'histoire naturelle de la Ville de Genève et de celui de Saint-Gall, ont percé le secret de ce petit rongeur. Ils ont constaté que les muscardins de Suisse orientale (St-Gall) et ceux de Suisse romande (échantillonnés à Genève et dans le canton de Vaud) avaient génétiquement 10 fois plus de différences que la moyenne habituelle qui caractérise une espèce sauvage (distance génétique intraspécifique 0 à 1.5% contre 11% pour les muscardins). Une étude précédente suggérait l'existence de deux lignées très divergentes en Europe, mais il a fallu démontrer à une échelle bien plus précise que celles-ci n'échangeaient plus de gènes depuis des millions d'années et représentaient donc deux espèces cryptiques2.

        1.        Qu'est-ce qui définit une espèce ?
        Lorsque deux individus diffèrent génétiquement, il peut s'agir de variabilité génétique individuelle ou, si ces différences dépassent un certain seuil, trahir l'existence de plusieurs espèces distinctes. Pour trancher, il est nécessaire d'analyser de multiples marqueurs ADN ou d'autres critères biologiques comme la morphologie, l'écologie ou le comportement. Cet ensemble de données indépendantes permet généralement de déterminer si les individus divergents peuvent se reproduire entre eux, critère essentiel de la définition d'une espèce biologique.

        2.        Qu'est-ce qu'une espèce cryptique ?
        La plupart des espèces qui nous entourent se différencient par leur morphologie externe ou par des chants ou des comportements distincts. Elles sont reproductivement isolées les unes des autres. Il existe cependant des espèces qui diffèrent très peu extérieurement, mais dont d'autres critères biologiques les empêchent de se reproduire en elles. On parle alors d'espèces cryptiques, car elles sont difficiles à reconnaître. Les méthodes moléculaires ou l'examen des chromosomes viennent alors à la rescousse pour les différencier, et c'est souvent grâce à ces techniques modernes que l'on se rend compte de leur existence, comme c'est le cas pour les deux muscardins européens.  

        On ignore encore beaucoup de choses sur leur mode de vie

        Les muscardins sont des animaux discrets fréquentant les lisières des forêts bien denses, peuplées de ronciers et de noisetiers qui leur fournissent gîte et couvert. Ils élèvent leurs petits dans un nid soigneusement tressé avec des herbes sèches. Bien que très semblables morphologiquement, la nouvelle étude montre qu'il existe en Europe deux espèces indépendantes de muscardins : le Muscardin occidental (nom scientifique : Muscardinus speciosus) et le Muscardin oriental (Muscardinus avellanarius), dont les aires de répartition ne se chevauchent pratiquement pas (voir carte de répartition ci-dessous). Il faudra cependant des études plus approfondies pour trouver des caractères externes qui les différencient facilement, afin d'étudier leurs répartitions ou leurs mœurs plus précisément. Il s'agira également d'observer les interactions entre les deux espèces dans les zones de contact présumées, zones qui traversent vraisemblablement le centre de la Suisse.

        Carte de répartition du Muscardin occidental              Muscardinus speciosus et du Muscardin oriental Muscardinus              avellanarius, d'après Mouton et al. (2017). La ligne qui              sépare l'occurrence de ces deux espèces jumelles est encore              très approximative. © Florence Marteau, Muséum Genève.
        Carte de répartition des deux espèces européennes de muscardins.                                                  ©Florence Marteau

        Une découverte importante pour la conservation

        L'espèce nouvelle de muscardin occidental est en quelque sorte une redécouverte, puisque des naturalistes du siècle passé avaient déjà soupçonné son existence mais sans pouvoir le confirmer avec les moyens de l'époque, ce que l'ADN a permis en 2023 ! Puisque désormais il représente deux espèces distinctes, cela remet en question le statut global de protection du muscardin que l'on croyait répandu sur une bonne partie de l'Europe. À l'heure de la conservation de la biodiversité, cette découverte démontre que nos connaissances sur les espèces sauvages de nos régions sont encore bien lacunaires. Il est donc impératif de lutter contre l'érosion génétique qui menace nos écosystèmes et qui pourrait faire disparaître des éléments encore inconnus de notre faune.

        Comment nommer une espèce nouvelle ?
        Lorsqu'une nouvelle espèce est découverte, comme c'est le cas ici avec l'une des deux lignées génétiques de muscardins, il s'agit de la nommer correctement. Les systématiciens (dont c'est le métier) procèdent alors à un minutieux examen de la littérature pour déterminer si un nom avait déjà été attribué anciennement à une forme de muscardin.
        Carl von Linné a été le premier à décrire l'espèce officiellement, en 1758, sous le nom de « Mus avellanarius », aujourd'hui connu sous le nom de Muscardinus avallanarius. Comme ce muscardin provenait de Suède, c'est la lignée orientale qui hérite de ce nom original. Une dizaine d'autres formes de muscardins ont ensuite été décrites en Europe, notamment en Italie. Dans le cas de la lignée occidentale, une forme distincte avait été reconnue dès 1855 par le naturaliste allemand A. Dehne. Il l'a nommée « Myoxus speciosus », en référence à son pelage plus brillant (d'où speciosus en latin). Comme la lignée occidentale de muscardins occupe toute l'Italie, et en vertu des règles de priorité, la nouvelle espèce doit donc prendre le nom scientifique de Muscardinus speciosus (Dehne, 1855). Si aucune forme de muscardin n'avait été décrite dans la région occupée par cette lignée, alors il aurait fallu inventer un nouveau nom et en publier une description formelle.

        Pour en savoir plus :

        Publication (EN) : http://www.italian-journal-of-mammalogy.it/Shortcomings-of-DNA-barcodes-a-perspective-from-the-mammal-fauna-of-Switzerland,169342,0,2.html

        Blog Muséumlab (FR) :     

        Iconographie : https://photos.app.goo.gl/yXb42aEmBBSrV4Pf9
        Merci de mentionner le crédit de ces images lors de leur utilisation, que vous trouverez dans les infos Google photo de chaque image.

        Références: