Université du Temps Libre
Arpajon espace Concorde,
18 Bd Abel Comaton, amphi Degas
Jeudi 5 Janvier 2012 16:30
EVOLUTION BIOLOGIQUE ET MEDECINE
Bernard Swynghedauw
Docteur en Médecine, AIHP, Docteur és-sciences
Directeur de Recherches à l’INSERM
Hôpital Lariboisière, Paris
Bernard.Swynghedauw@inserm.fr
Références personnelles:
B Swynghedauw. Abrégé de biologie et de génétique moléculaire. Dunod ed. 2008
B Swynghedauw. Quand le gène est en conflit avec son environnement. Une introduction à la médecine évolutionniste.
De Boeck ed. 2009
C. Frelin et B Swynghedauw: Biologie de l’évolution et médecine. Lavoisier ed. 2011
« On se prend souvent pour quelqu’un,
alors qu’au fond, on est plusieurs. »
Raymond Devos
(mort à St-Rémy-lès-Chevreuse en 2006)
Acide Desoxyribonucléique, ADN
Gènes
Cette réaction est
irréversible
Protéine
NH2
COOH
LE
PARADIGME
CENTRAL
DE LA
VIE*
Plusieurs protéines,
des cellules
Fonctions
*Principe de la causalité ascendante. Denis Noble. La musique de la vie. Page 23 Seuil. 2007
Médecine et évolution biologique
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification
Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
– la coagulation
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les
facultés de médecine,
– rationaliser la politique de santé
Médecine et évolution biologique
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification dite Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
– la coagulation
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
EVOLUTION BIOLOGIQUE
« Rien n’est vrai en biologie (et en médecine) excepté à la lumière de
l’évolution »
Un postulat majeur: la diversité précède la sélection.
- La diversité est d’origine génétique et elle est due au seul hasard
- La sélection (puis la spéciation) est à la fois nécessité
Darwinienne, et hasard des dérives génétiques
[Parmi les 4-5 Traités sur l’Evolution, le meilleur:
Strickberger’s Evolution (2008). Hall BK et al. Bartlett pub. Sudbury MA US]
1. Aspects verticaux
Une incroyable échelle de temps
Transferts dits
horizontaux surtout
Bactéries vers Eucaryotes
LUCA: the Last
Unique Common
Ancestor
Plusieurs
extinctions
massives ont
supprimé 75% 90% des espèces
3.6
0.250
Temps en milliard d’années
0.065
.
DELFN: O Omfalos
La véritable origine de la Vie
Le nombril de Delphes,
LAURASIE
Amérique
du
Nord
Eurasie
Isthme de
Panama
2-10Ma
Isthme de
Suez
23 Ma
Mer Téthys
L’hypothèse de Wegener
Est amplement confirmée
Australie
Antarctique
GONDWANA
La tectonique des plaques, c’est-à-dire l’histoire de la Terre est
déterminante en matière d’évolution biologique
Carbonifère - 304 à - 300Ma. Forêt marécageuse du site de Montceau-les-Mines
Localisation actuelle du site
Sysciophlebia (blattoptère)
Acanthodes (Acanthodien)
Dolichosoma (Amphibien)
Palaeocaris (Arthropodes)
Position des continents au Carbonifère
Arthropleura
(Myriapode géant)
Allobuthus
(Scorpion géant)
Last Universal Common Ancestor
LUCA
Procaryotes
Bactéries
Eucaryotes
Archées
Une seule cellule
Transfert latéraux:
mitochondries
chloroplastes
Une seule cellule
Plusieurs cellules
Plusieurs cellules
Plusieurs cellules
Plusieurs cellules
Une seule cellule
3. LA DIVERSITÉ, le hasard
Le polymorphisme de l’ADN est naturel (meiose des cellules
germinales et réparations après duplication, rarement
l’environnement)
Chromatide paternel
Un mélange du
au seul au hasard
2n
Chromatide maternel
Meiose
Recombinaison
Les enfants: gamètes finaux
(Cellules 1n)
4. LA SELECTION
d’un seul caractère
puis de plusieurs
c’est-à-dire l’apparition de nouvelles espèces
= SPECIATION
Il y a deux espèces différentes quand il y a
isolement reproductif
4a. Sélection par pression sélective
La génétique des purs-sangs [Gu et al. 2009]
La diversité génétique
des Chevaux
HIF1A
TNC
MTFR1
COX4I1
Gènes métaboliques, gènes
augmentant la masse
musculaire, processus
oxidatif…
PIK3R1
ADHFE1
BMP7
PDK4
PDK3
COX7B2
PCYT1B
Gènes sélectionnés
Purs-sangs sélectionnés pour leurs
performances, la nécessité
Les descendants deviennent des
purs-sangs performants eux-mêmes
4b. Sélection par hasard
La dérive génétique
Le patrimoine
génétique des
Chevaux
La dérive génétique va sélectionner un gène
pigmentaire qui va créer une tâche noire par
hasard
HIF1A
TNC
MTFR1
COX4I1
Gène
pigmentaire
Gène
pigmentaire
Chevaux avec
une tâche noire
La descendance aura une tâche noire
PIK3R1
ADHFE1
BMP7
PDK4
PDK3
COX7B2
PCYT1B
L’évolution, un « bricolage » (François Jacob*).
Hasard et nécessité
les doigts d’une même main
et les deux éléments qui rendent compte de
la complexité du phénomène vivant
(ce qui rend toutes les explications simplistes ou
holistiques de la vie sans aucun intérêt)
*[Jacob F. Evolution and thinkering. Science 1977, 196, 1161]
Quelle est la place de la complexité dans ce
débat?
• D’après la loi de l’évolution dite « the zero
force load evolutionnary law », en l’absence
de force d’intervention type sélection
naturelle ou sexuelle, l’évolution spontanée
se fait vers la complexité, ces interventions
réduisent la complexité [McSheah DW and Brandon RN.
Biology’s first law. The University of Chicago Press. 2010]
• On peut étudier la complexité en établissant
des réseaux, c’est la biologie modulaire
Complexité, complexité…
mais aussi unité
Peinture
de Stephane Clouet
(Choisel)
Le réseau des interactions protéines-protéines
chez la levure [LA Barabasi Nature Rev Genetics 2004]
La complexité est inhérente à la nature même de la vie et existe même dans les
eucaryotes unicellulaires les plus primitifs. L’outil utilisé ici pour la mettre en
évidence est l’analyse en réseau (comme le Web!)
Les réseaux utilisés pour délimiter des cibles thérapeutiques.
[Keiser MJ et al. Predicting new molecular targets for known drugs. Nature 2009, 462, 175]
Réseaux d’interaction entre les gènes impliqués dans l’athérogenèse.
Représentation schématique des interactions entre 16 voies
métaboliques, chacune contenant un minimum de 3 gènes
[Ghazalpour 2004]
Une notion essentielle, la FONCTION
L’exemple de la vision et l’histoire de l’oeil
Pour Darwin, l’œil doué de si nombreuses propriétés
complexes était un vrai défit. L’œil est en fait la plus brillante
démonstration de la sélection naturelle.
Dans le règne animal, la vision a évolué de façon très
diverse sous la pression du besoin de survivre et sous celle de la
lumière.
Il y a des yeux pour la couleur, des yeux pour le mouvement,
des yeux pour l’acuité. Les yeux ont des origines très diverses.
L’œil humain provient, en partie, du cortex frontal, l’œil de la seiche
provient d’invaginations de la peau, l’œil de la libellule est un
incroyable bricolage fait de séquences péchées un peu partout.
Mais dans tous les cas, les yeux assurent une même fonction,
la VISION
[Nature. Gallery feature. Darwin 200. 2008, 456, 304]
Les « taches » formées
de simples récepteurs
Une structure de plus
en plus élaborée
L’apparition du cristallin
transforme la lumière en
image probablement floue
Finalement l’œil devient
un globe capable de
focaliser la lumière
Evolution de la vision. Comment les petites taches constituées par des récepteurs
de la vision ont évolué vers l’œil avec son cristallin et sa capacité de focaliser une image.
La séquence des événements est incomplète mais elle existe [Zimmer 2010]
La complexité des yeux est le résultat de la sélection naturelle de plusieurs gènes.
Chaque sorte d’œil contient différentes formes d’opsines pour capturer la lumière
et des cristallines pour focaliser la lumière en une image [d’après Zimmer 2010]
Œil de seiche
Ce sont des invaginations de la peau, l’oeil de seiche « voit » comme celui de l’homme mais utilise
des récepteurs et une configuration différents
Œil d’araignée.
L’œil principal est aussi gros que celui de petits rongeurs.
Les yeux secondaires servent à détecter les mouvements périphériques
L’œil humain provient en partie du cerveau frontal.
Médecine et évolution biologique
• Définitions: médecine évolutionniste, médecine darwinienne
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
– la coagulation
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
MEDECINE EVOLUTIONNISTE OU
DARWINIENNE
1.
Notre génome est relativement fixe, il faut énormément de temps
pour le changer alors que notre environnement est mobile et a
changé récemment de façon très rapide
2.
Une nouvelle physiologie médicale est née, elle est basée sur 3
paradigmes:
1. la durée moyenne de la vie a considérablement augmenté, la
majeure partie de l’activité médicale s’exerce dans un
contexte gériatrique
2. le contact avec les infections de tout type, y compris
parasitaires est diminué
3. notre bilan énergétique a été complètement modifié: plus
d’entrées, moins de sorties
De ce fait, dans nos pays, le paysage médical a changé:
1. les deux causes majeures de mortalité sont maintenant le
cancer et les maladies cardiovasculaires
2. il y a augmentation spectaculaire de l’incidence des maladies
autoimmunes et allergiques, et des maladies métaboliques,
les infections pathogènes ne sont pas une priorité
3.
[B Swynghedauw. Quand le gène entre en conflit avec son environnement. Introduction à la médecine
derwinienne. De Boeck pub. Bruxelles 2009, en librairie]
Médecine et évolution biologique
• Définitions: médecine évolutionniste, médecine darwinienne
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
– la coagulation
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
LES FONDEMENTS DE LA MÉDECINE:
LE CONFLIT GÉNOME ENVIRONNEMENT
100% génétique
0% environnement
100%
50% génétique
50% environnement
100% environnement
0% génétique
0%
50%
Héritabilité
Environnement (Mobile)
Génétique (Fixe)
Drépanocytose
Athérosclérose
Cancers
Obésité
Hypertension
Diabète
Infections
Traumas
NORME DE RÉACTION
La réponse génétique aux variations de l’environnement
Environnement:
Ce qui est hors de nous:
la température externe, la
pluie, l’agression
bactérienne, l’accident
de voiture,le tabac,
l’alcool,
l’alimentation…
Génotype:
Ce qui n’est qu’à nous seuls.
Certains ont des versions
alternatives de gènes ou
des mutations qui favorisent
l’appétit, les réactions
inflammatoires, la taille, les
maladies génétiques rares…
Phénotype ou maladie:
C’est le résultat, la
maladie dont on souffre, le
signe clinique, le trait…
LA MALADIE,
UN SEUIL SUR UNE NORME DE REACTION
Seuil de morbidité
PHENOTYPE
(longueur des ailes des mouches,
degré d’obésité…)
Le génotype rouge est plastique
Le génotype vert est peu plastique
ENVIRONNEMENT
(température externe, disponibilité alimentaire…)
Le génotype est ce que tout un chacun utilise
pour réagir à son environnement
Médecine et évolution biologique
• Définitions: médecine évolutionniste, médecine darwinienne
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
– la coagulation
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
La nouvelle infectiologie
• Depuis toujours et même récemment, la chasse au bactéries
pathogènes constitue l’essentiel de l’infectiologie, l’histoire du
virus H1N1 en est une des illustrations
Il n’est certes pas question de baisser la garde et la
survenue d’une mutation ou d’une invasion pathogène reste
toujours un risque élevé
• Mais on peut se demander non pas s’il y a trop de bactéries
mais au contraire s’il n’y en a pas assez ou si elles sont mal
réparties
– La flore intestinale commensale, intestinale surtout, joue un rôle
considérable à la fois comme complément métabolique et dans la
création du système immunitaire
– L’incidence de l’asthme et des maladies autoimmunes augmentent
et cette augmentation semble inversement proportionnelle à
l’incidence des maladies infectieuses (théorie hygiéniste)
Le microbiome, un modèle de coévolution
Peau:
1012 cellules bactériennes
Cavité buccale:
1010 cellules bactériennes
GÉNOME HUMAIN:
1013 cellules
2,85 milliard de bp
Flore intestinale:
1014 cellules bactériennes
100x3 milliards de bp
Chez l’homme comme chez tout être vivant: microbiome et metagénome,
compléments métaboliques et responsables majeurs du système
immunitaire indispensables et méconnus du génome
Rhumatisme articulaire
aigu (dit rh. cardiaque)
Crohn
Hépatite A
SEP
Incidence des
maladies
infectieuses
Tuberculose
Rougeole
Oreillons
Incidence des
maladies
autoimmunes
et allergiques
Diabète
type 1
Asthme
INCIDENCE DES MALADIES INFECTIEUSES ET DES MALADIES
AUTO-IMMUNES ET ALLERGIQUES CES 50 DERNIÈRES ANNÉES
[Bach N Engl J Med 2002]
Médecine et évolution biologique
• Définitions: médecine évolutionniste, médecine darwinienne
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
OBESITE, SEDENTARITE, SEL
Obesité et HT: l’hypothèse des gènes économes
Cholesterol,
Glycemie,
Pli tricipital
Big
famines
La Gabelle
Disponibilté en
aliments
et en sel
Paleolithique  Temps présent
Eléments du régime et
indicateurs de risque
En % de l’énergie globale fournie
Protéines
Glucides
Lipides
AG polyinsaturés / saturés*
Fibres, g
Sodium, g
Acide ascorbique, mg
Consommation d’O2 max mL/kg/min
Pli cutané tricipital, en mm
Prévalence du diabète, en %
Cholestérolémie, en g/L
Activité physique quotidienne
Régime
« paléolithique »
Régime Américain
moyen
34
45
21
12
46
42
1,41
45
0,690
392
0,44
19
2,300-6,900
87
47-67
5,2
1,1
1,07-1,80
++++
38
10,1
3-10
2,20
+
*Le gibier est 5 X plus riche en AG insaturés que la viande provenant de l’élevage
SURNUTRITION, l’effet MacDonald.
L’alimentation « paleolithique »donne-t’elle des indications sur l’alimentation idéale?
[Eaton SB. Paleolithic nutrition. N Engl J Med 1985; Eaton SBl. Stone agers in the last lane. Am J Med 1988]
La coagulation
F : facteurs de coagulation
(protéases)
VOIE INTRINSÈQUE
Dommage de la surface externe
FXII
VOIE EXTRINSÈQUE
Hémorragie interne
FXIIa
FXI
FXIa
FIX
FVIIa
Facteur tissulaire
FIXa
FX
FVII
FXa
FX
FVa
Prothrombine
FIBRINOGENE
Thrombine
FIBRINE
CAILLOT
Histoire d’un polymorphisme fonctionnel,
celui des protéases de la coagulation (F).
Chez l’homme, cette cascade permet la formation rapide du caillot.
VOIE INTRINSÈQUE
Dommage de la surface externe
FXII
VOIE EXTRINSÈQUE
Hémorragie interne
FXIIa
FXI
FXIa
FVIIa
Antivitamines K
FIX
FVII
Facteur tissulaire
FIXa
Héparine
FX
Rivaroxaban
Apixaban
FXa
FX
FVa
Thrombine
Prothrombine
FIBRINOGENE
Crosslinked fibrin clot
Dabigatran
FIBRINE
CAILLOT
XII
Les anticoagulants agissent à un ou plusieurs niveaux de cette cascade
VOIE INTRINSÈQUE
Dommage de la surface externe
FXII
FV et VIIIa
VOIE EXTRINSÈQUE
Hémorragie interne
FXIIa
FXI
FVFXIa
et VIIIa
FVIIa
FVIIa
VIIaI
FIX
FIXa
FIX et X
FX
FVII
F VII
Facteur tissulaire
FIX et Xa
FXa
Facteur Tissulaire
FX
FVa
Thrombine
Prothrombine
FIBRINOGENE
FIBRINE
CAILLOT
Cette cascade a été le fruit d’une pression sélective
forte au cours de l’évolution
Ici la coagulation chez la lamproie (325 Ma);
(chez qui l’inflammation et le complément sont aussi plus simples)
[RF Doolittle et al. J Mol Evol 2008, 66, 185]
Homme
Rat, Lapin….
Manque 2 des
Facteurs
de la coagulation
Marsupiaux
Mammifères
220Ma
Il manque un des
Facteurs
de coagulation
FXI
Ornythorrhynque
Sauriens, Oiseaux,Tortues
Tétrapodes
Coelacanthe
Les poissons
Pas de facteurs de contact
Chondrichthyens
Requins, Raies
Actinoptérygiens
Les poissons du marché
Coagulation Lamproie 325Ma
Simplifiée Sans machoires
= une étape
Explosion Cambrienne 542Ma
Sarcoptérygiens
Avec mâchoires
Vertébrés
Chordés
Protochordée Coagulation
Ascidie
=0
BILATÉRIENS
>542 Ma
VOIE INTRINSÈQUE
Dommage de la surface externe
FXII
VOIE EXTRINSÈQUE
Hémorragie interne
FXIIa
FXI
FXIa
FIX
FVIIa
Facteur tissulaire
FIXa
FX
FVII
FXa
FX
FVa
Prothrombine
FIBRINOGENE
Thrombine
FIBRINE
CAILLOT
L’histoire de la coagulation.
Chez les langoustes il n’existe que la fibrine et la prothrombine. Chez l’homme, il y a
toute une cascade de « facteurs de coagulation », autant de cibles pharmacologiques,
chacun de ces facteurs est une protéase et a été acquit au cours de l’évolution. Cette
cascade a un avantage sélectif certain puisqu’elle accélère la coagulation [Doolittle 1993]
Médecine et évolution biologique
• Définitions: médecine évolutionniste, médecine darwinienne
• L’évolution biologique: l’essentiel en quatre points
– Aspects verticaux: l’histoire de la vie
– Aspects horizontaux: la classification Hennigienne
– Le hasard: la diversité précède la sélection
– La nécessité: la sélection, puis la spéciation
– La complexité, l’exemple de l’oeil
• Médecine évolutionniste
– la maladie seuil sur une norme de réaction
– la nouvelle infectiologie
– les nouvelles maladies métaboliques
• Pour conclure
– enseigner la biologie de l’évolution dans les facultés de
médecine,
– rationaliser la politique de santé
Pourquoi le milieu médical (français en particulier)
est-il résistant à la biologie de l’évolution?
L’enseignement de la biologie d’évolution est inexistant dans les
facs de médecine, alors qu’il simplifierait l’enseignement de la
biologie
• La biologie de l’évolution est une science populationnelle, par
nature le médecin a, dans un 1ER temps une approche
individuelle, plus que populationnelle
• Par nature le médecin est anthropomorphique
• La nouvelle génétique des maladies multigéniques (GWA)
n’arrange pas les choses
• L’échelle de temps dépasse la durée de vie…du praticien
• A cela s’ajoute un indiscutable chauvinisme des fondateurs
anglo-saxons
L’évolution biologique, base scientifique d’une
politique de santé
• Situer le vieillissement qui est une situation unique dans
l’histoire, au cœur de la démarche de santé
• Mieux comprendre les évolutions actuelles du climat, de la
pollution pour mieux prévoir l’émergence de nouvelles
maladies qui ne sont pas que virales
• Les conséquences dramatiques de la vague de chaleur de
2003 ont souligné notre impréparation
• La campagne contre la sédentarité et la surnutrition
• Le cancer, forme accélérée de l’évolution [Stratton Nature
2009]
• L’insuffisance cardiaque est depuis 50 ans un syndrome
radicalement différent de ce qu’il était au début du XXéme
siécle
• Maladies émergentes: trop d’infections ou pas assez?
Le message
• Notre environnement a changé, brutalement à l’échelle de
l’évolution. Ces changements sont dus à l’activité humaine
dans ses aspects positifs ( durée de vie,  nutrition, 
infections) ou négatifs (effet de serre,  biodiversité)
• Par contre notre génome ne peut pas changer aussi rapidement
et il a été façonné par ~3,8 milliards d’années d’un
environnement radicalement différent. Une grande partie de la
pathologie courante résulte de ce conflit
• Les maîtres mots: hasard, nécessité, complexité; la constante
de temps majeure
• Considérer la médecine dans ce cadre peut fournir les bases
scientifiques d’une médecine préventive et d’une véritable
politique de santé
26 euros
2009
2011
39 euros
Préfaces de Michel Morange et de JL Dumas
Préface de JF Bach
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