Un ver de seulement un millimètre démontre que les mécanismes d'apprentissage humains remontent à des centaines de millions d'années. Isabel Beets, de la KU Leuven, a identifié une molécule de signalisation humaine chez ce nématode. Elle est nominée pour la Pipette d'Or d'Eos.
Exactement 302 cellules nerveuses. C'est le nombre chez Caenorhabditis elegans, un nématode modèle en recherche. Ce nombre suffit pourtant pour acquérir des expériences et en tirer des leçons. Mieux encore : ce ver utilise la même classe de molécules de signalisation que les humains. « Notre système d'apprentissage doit donc avoir plus de 700 millions d'années », explique la biochimiste Isabel Beets, qui a soutenu sa thèse en mai au Département de physiologie animale et neurobiologie de la KU Leuven. Ses résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Science.
Notre cerveau forge en permanence des connexions au quotidien, essentielles pour s'adapter à la société. Les événements et stimuli façonnent nos réactions futures dans des situations similaires. « C'est l'apprentissage associatif », précise Beets. « L'exemple classique est le chien de Pavlov, qui associe une sonnerie à de la nourriture. » Cet apprentissage influence nos choix sociaux et émotionnels : relations, décisions... tout en découle.
C. elegans manifeste un apprentissage similaire. Il préfère naturellement un milieu riche en sel. Mais des expériences passées modulent ce choix : associé à la famine, le sel devient répulsif, favorisant un milieu pauvre en sel. Ce ver est ainsi programmé génétiquement pour apprendre et survivre mieux, comme l'humain.
Similitudes avec l'humain
Les processus biochimiques activés dans le "mini-cerveau" de C. elegans rappellent ceux du cerveau humain. « Ce nématode produit environ 250 neuropeptides, messagers neuronaux. Avec des collègues de Rotterdam, nous avons montré que la nématocine est cruciale pour l'apprentissage associatif. Sans son gène, les connexions sont altérées ; sa réinsertion restaure l'apprentissage chez les mutants. »
La nématocine est l'homologue de l'ocytocine humaine, l'"hormone du câlin", qui renforce les liens sociaux (parents-enfants, couples). Les structures sont très proches, suggérant un ancêtre commun vieux d'environ 700 millions d'années. « Dès que les animaux ont bougé, ils ont dû choisir entre nourriture et danger. Apprendre des expériences passées offrait un avantage évolutif majeur. »
Au-delà de l'évolution, C. elegans (1 mm, 302 neurones) est idéal pour étudier les troubles d'apprentissage. « Ses similarités moléculaires en font un modèle parfait pour les neurosciences. Le lien ocytocine-autisme ou schizophrénie est établi ; décoder la nématocine pourrait mener à de nouveaux traitements. »
Un modèle privilégié
C. elegans séduit par sa simplicité : système nerveux cartographié, transparence, reproduction rapide (3 jours), congélation et manipulation génétique faciles. Introduit il y a des décennies, il est incontournable en recherche.
Beets et son équipe explorent les neuropeptides au-delà de l'apprentissage : ils guident les transitions vitales (mue larvaire, puberté). Chez C. elegans, bloquer un gène retarde la reproduction. Ces systèmes sont ancestraux.
L'objectif : élucider la voie de signalisation de la nématocine au niveau moléculaire. « Elle interagit avec sérotonine et dopamine ; nous décodons ces synergies. » Beets a collaboré à Cambridge sur son impact neuronal. Son groupe, Functional Genomics and Proteomics, bénéficie d'une subvention ERC pour un projet ambitieux.
