Comment Darwin et la théorie de l'évolution changent la médecine

À l'âge de 20 ans, Randolph Nesse s'est demandé pourquoi nous vieillissons. Il ne comprenait pas pourquoi la sélection naturelle n'avait pas éliminé complètement le vieillissement. Cette question a jeté les bases d'une toute nouvelle façon d'envisager la médecine.

Des années plus tard, des amis d'un musée local d'histoire naturelle ont attiré l'attention de Nesse sur la théorie selon laquelle le vieillissement n'est qu'un effet secondaire de la pression évolutive qui sélectionne certains gènes plutôt que d'autres. Si une maladie ne se manifeste qu'après qu'un organisme a dépassé son pic de reproduction, il n'y aura pas de pression sélective pour empêcher sa transmission.

En tant que médecin, Nesse s'est rendu compte que s'il comprenait comment ces forces pouvaient façonner les espèces, il n'avait aucune idée de la manière dont la sélection naturelle fonctionnait dans le corps humain.

"Personne n'avait jamais parlé de l'importance de la biologie évolutive (en médecine). J'ai immédiatement commencé à me demander s'il existait des explications similaires pour les gènes à l'origine des maladies".

Nesse est aujourd'hui considéré comme le père fondateur de la médecine évolutionniste, parfois également connue sous le nom de médecine darwinienne, une discipline relativement nouvelle et en plein essor qui applique la théorie de l'évolution aux questions relatives à la santé et à la maladie chez l'homme.

Alors que la plupart des recherches médicales modernes se concentrent sur les causes physiques et moléculaires des maladies, la médecine évolutionniste cherche à comprendre pourquoi nous avons évolué pour devenir sensibles aux maladies et comment nous pouvons utiliser l'évolution pour les combattre.

"Il s'agit ici d'une science fondamentale entièrement nouvelle qui n'a jamais été appliquée à la médecine", explique M. Nesse.

C'est une entreprise de très grande envergure que de changer complètement notre conception du corps humain et de son fonctionnement. Ses travaux commencent déjà à modifier notre compréhension du développement des cancers et des maladies auto-immunes.

Ils révèlent également de nouvelles stratégies pour s'attaquer aux problèmes pernicieux liés aux soins de santé, tels que la résistance aux antimicrobiens.

"J'ai été surpris qu'il y ait eu autant d'implications pratiques en si peu de temps", déclare M. Nesse.

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Une nouvelle compréhension du cancer

Les cancers sont eux-mêmes une démonstration du processus d'évolution dans un microcosme. Il s'agit d'amas de cellules qui rivalisent et coopèrent continuellement les unes avec les autres de manière à favoriser la croissance et l'épanouissement de la tumeur.

Une étude récente a mis en évidence la capacité presque "infinie" des cellules cancéreuses à évoluer et à survivre.

Lorsqu'un patient reçoit un traitement médicamenteux, par exemple, une nouvelle pression sélective est introduite qui élimine les cellules les plus vulnérables au traitement. Celles qui sont moins vulnérables, voire immunisées contre les effets du traitement, survivent et transmettent leurs caractéristiques génétiques aux cellules qui les suivent.

C'est la raison pour laquelle même les thérapies anticancéreuses efficaces finissent par cesser de fonctionner pour de nombreux patients : les cellules cancéreuses développent une résistance au traitement et se développent alors de manière incontrôlée.

"Nous pourrions justifier que ce soit la cause immédiate de la mort de la plupart des patients", déclare Robert Gatenby, codirecteur du centre d'excellence pour la thérapie évolutive du Moffitt Cancer Center, en Floride (États-Unis).

À travers le prisme de la pensée évolutionniste, le laboratoire de Gatenby développe deux stratégies différentes pour lutter contre le cancer : la thérapie adaptative et la thérapie d'extinction.

La thérapie adaptative vise à contrôler la propagation du cancer plutôt que d'essayer de l'éliminer complètement.

Depuis 50 ans, le dogme du traitement du cancer veut que le même médicament, ou la même combinaison de médicaments, soit administré par cycles, jusqu'à ce qu'il y ait des preuves évidentes de la progression de la tumeur (lorsque la tumeur commence à se développer de manière incontrôlée) ou d'une toxicité excessive, explique M. Gatenby, ce qui se produit généralement longtemps après qu'une réponse maximale a été obtenue.

C'est "futile", dit-il, car la plupart des cellules restantes sont résistantes au médicament et, en poursuivant le même traitement, l'oncologue leur donne l'occasion de proliférer de manière à ce que leur population soit plus importante et plus diversifiée.

Sa théorie de la thérapie adaptative, en revanche, vise à ajuster la dose de médicaments pour parvenir à une approche personnalisée, en administrant suffisamment de traitement pour maintenir la tumeur aussi petite que possible, sans éliminer complètement la population sensible.

Le traitement est ensuite interrompu. Cela permet aux cellules sensibles au traitement de continuer à se battre pour l'espace au sein de la tumeur, empêchant d'autres cellules résistantes aux médicaments de dominer grâce à un avantage adaptatif.

"Puisque nous ne pouvons pas contrôler les cellules tumorales résistantes au traitement, nous devons recruter des cellules sensibles au traitement pour le faire à notre place", explique M. Gatenby, qui a développé cette idée depuis sa première publication en 1991.

L'espoir, dit-il, est que les médecins puissent maintenir les patients en vie pendant une longue période.

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Son groupe de recherche, qui est sans doute le plus avancé dans ce domaine, a déjà démontré que cette technique fonctionne dans le cadre d'un petit essai pilote portant sur des patients atteints d'un cancer de la prostate. Les patients qui ont bénéficié de la thérapie adaptative ont également eu une survie globale supérieure de 2,26 ans à celle des patients ayant reçu le traitement standard.

Avec l'autre thérapie, la thérapie d'extinction, Gatenby veut aller plus loin et utiliser ce que nous savons sur la façon dont les espèces animales disparaissent pour concevoir des thérapies curatives qui provoquent l'extinction des populations cancéreuses.

L'idée serait de ne pas attendre que la tumeur repousse après que les médecins ont appliqué la thérapie initiale, mais plutôt d'administrer à la tumeur une thérapie complètement différente avant qu'elle ne puisse se rétablir : prendre les cellules tumorales par surprise avec un traitement rapide d'un médicament différent.

Bien qu'il n'existe pour l'instant qu'un modèle mathématique de cette thérapie, l'équipe de Gatenby a proposé des essais cliniques contre le cancer du pancréas et le cancer du sein.

Selon Michael E. Hochberg, directeur de recherche distingué au Centre national de la recherche scientifique de l'université de Montpellier, en France, il reste à savoir comment des recherches de ce type passeront des essais cliniques, en cas de succès, à l'acceptation dans le monde réel.

"Quelle est son utilisation réaliste, en termes d'utilité ?" demande-t-il.

Selon M. Hochberg, la médecine évolutionniste est peut-être la perspective scientifique la plus à même de répondre à des questions aussi importantes que celles-ci, mais les médecins doivent tout de même traiter les patients tous les jours en se basant sur des solutions qu'ils connaissent, sur les meilleures pratiques éprouvées et en laissant peu de place aux hypothèses :

Ils ont le devoir de "ne pas nuire d'abord", dit-il, et à ce stade, ces résultats sont encore trop préliminaires.

Une solution aux bactéries résistantes

La médecine évolutionniste est également appliquée à la recherche d'une solution à l'un des problèmes qui se développent le plus rapidement dans le monde moderne : la résistance aux antibactériens.

L'utilisation généralisée d'antibiotiques a involontairement conduit les bactéries à évoluer et à créer des résistances. En outre, les bactéries développent également une résistance par d'autres moyens, de l'échange de matériel génétique à l'accumulation de mutations aléatoires.

C'est pourquoi les spécialistes de l'évolution tentent plusieurs approches différentes pour briser ces voies.

"Si nous voulons résoudre ce problème, nous devons comprendre l'évolution et nous attaquer aux points faibles", explique Andrew Read, directeur des Huck Institutes for Life Sciences à la Penn State University.

L'équipe d'Andrew Read développe des "médicaments antibiotiques" pour aider à contrôler la propagation de la résistance aux antimicrobiens dans les endroits où les médicaments peuvent faire plus de mal que de bien.

Par exemple, la résistance aux antimicrobiens survient souvent parce que certains des antibiotiques puissants que les patients reçoivent par voie intraveineuse atteignent le système digestif du patient, où ils modifient l'équilibre du microbiote et, par conséquent, créent une résistance aux médicaments.

Les médicaments d'inactivation eux-mêmes n'ont aucune action clinique, mais ils empêchent le médicament d'agir dans l'intestin et pourraient réduire cet effet pernicieux.

Son laboratoire a déjà montré que ce mécanisme fonctionne bien chez la souris pour empêcher la propagation de la superbactérie Enterococcus faecium après un traitement antibiotique.

Mais il s'agit d'une solution générale qui n'inhibe pas la résistance dans les cas où les bactéries et les médicaments se rencontrent.

L'une des raisons pour lesquelles la résistance bactérienne est si difficile à combattre est qu'elle ne se produit pas simplement par le biais d'une évolution aléatoire typique : lorsqu'une mutation aléatoire rend certaines bactéries plus fortes et plus aptes à résister aux médicaments.

Elle se produit également par transfert horizontal de gènes, un phénomène qui se produit à la fois à l'intérieur des espèces de bactéries et entre elles. Ce processus permet aux mutations qui transmettent la résistance aux médicaments de se propager beaucoup plus rapidement.

Le groupe de recherche d'Anne Farewell, de l'université de Göteborg, en Suède, tente d'arrêter l'un des mécanismes utilisés par les bactéries pour partager l'ADN horizontalement, connu sous le nom de "conjugaison", où les cellules entrent en contact direct, souvent par l'intermédiaire d'un tube qui les sépare.

Dans le cadre de leurs recherches, les scientifiques examinent quelles paires d'espèces bactériennes se mélangent et si des conditions environnementales spécifiques, telles que les pesticides ou la contamination par des métaux lourds, facilitent ou entravent ce phénomène.

Ils ont déjà montré qu'Escherichia coli, une bactérie courante qui peut être à l'origine d'intoxications alimentaires et d'un grand nombre d'autres infections, pouvait interrompre la conjugaison lorsqu'elle entrait en contact avec le cuivre, réduisant ainsi sa capacité à se conjuguer de près de 100 fois.

Comprendre quelles molécules perturbent la conjugaison pourrait permettre de mettre au point des "médicaments anti-conjugaison" efficaces, mais les recherches menées ici sont encore préliminaires et il existe encore de nombreuses autres façons dont l'ADN peut être partagé entre les bactéries que cette approche n'affectera pas", admet M. Farewell.

Les bactéries sont incroyablement intelligentes, ajoute-t-il. "Je ne pense pas qu'il y aura une seule solution. Il y aura de nombreuses approches.

Un dilemme entre universitaires et médecins

Si les domaines de la recherche sur le cancer et de la résistance bactérienne sont les plus avancés dans le domaine de la médecine évolutionniste, il reste encore un long chemin à parcourir.

Les critiques affirment que malgré une meilleure compréhension de la théorie de la médecine évolutionniste, il n'est pas clair dans quelle mesure ces nouvelles connaissances peuvent être utilisées dans la pratique.

"J'ai rarement vu des conversations qui se concentraient vraiment sur le problème de la logistique et des avantages du passage du laboratoire à la clinique", déclare Hochberg.

Il existe également des frictions entre les intellectuels et entre ce que pensent les universitaires darwiniens et les cliniciens.

"Le principal défi consiste à combler le fossé entre les universitaires travaillant dans le domaine de la biologie évolutive, la formation des médecins et la mentalité du médecin dans le contexte de l'ensemble de l'establishment pharmaceutique", déclare Bernard Crespi, biologiste évolutionniste à l'université Simon Fraser.

La question de savoir comment la médecine évolutionniste trouvera le moyen de collaborer avec l'industrie pharmaceutique reste également d'actualité.

Mais Nesse - l'homme qui a tout initié - affirme que la médecine évolutionniste a encore le pouvoir d'apporter de nouvelles questions et de nouvelles réponses sur les maladies :

"Il y a un gouffre entre la biologie évolutive et la médecine, et cela nuit à la santé humaine", déclare-t-il. "C'est un processus lent, mais la science gagne toujours.