Club Des Éleveurs De Races Belges Ronquières

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La fécondation
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La 18 eme exposition de petit élevage aura lieu les 6 et 7 octobre 2012 en la salle des Ets Lieds à Ronquières.

Plus d’informations sur ces deux organisations  dans les prochaines semaines.
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Par ses modalités remarquablement uniformes dans le règne animal tout entier, par son caractère très général chez l’ensemble des êtres vivants, animaux et plantes, la fécondation se présente comme un phénomène biologique élémentaire.

C’est pourquoi il paraît aisé de le définir comme le mécanisme par lequel deux cellules reproductrices sexuelles (gamètes), l’une mâle, l’autre femelle, vont s’unir pour constituer la cellule-œuf (zygote), autrement dit la cellule originelle d’où un nouvel individu va prendre vie.

En réalité, cette définition ne rend pas assez compte de la complexité du phénomène et des problèmes biologiques qu’il pose, problèmes dont les données se regroupent sous trois thèmes majeurs : l’hérédité des caractères biologiques, les rythmes vitaux de l’organisme, les régimes métaboliques au niveau cellulaire.

On considère volontiers, et non sans logique, le rôle de la fécondation dans la transmission des caractères héréditaires comme primordial, car la fonction génétique de la fécondation est concrétisée par le fait, expérimentalement démontré, que la cellule-œuf (et l’individu qui en provient) a reçu des deux gamètes de sexe opposé qui l’ont constitué une hérédité biparentale .

Dans la mesure où les parents n’étaient pas identiques, ils ont produit, lors de la formation de leurs cellules sexuelles, des gamètes dissemblables, ce qui confère à la reproduction sexuée une fonction de réassortiment du patrimoine génétique. Cet effet se trouve accru – considérablement – par le mécanisme de réduction chromatique qui est associé à la formation des gamètes (méïose). À la suite de cette réduction, chaque gamète ne renferme qu’un lot de chromosomes (état haploïde, avec un exemplaire de chaque chromosome) tandis que les cellules souches des gamètes possédaient deux lots homologues (état diploïde, avec deux exemplaires, souvent non identiques, de chacun des chromosomes).

Il s’ensuit que la cellule-œuf a reçu, par l’intermédiaire des chromosomes, une garniture de gènes (génotype), qui se trouve littéralement tirée au sort selon une manière de « loterie de l’hérédité ». Cela implique la singularité de l’individu issu de l’œuf auquel est échu un assortiment de gènes nécessairement original. De la sorte, la vie se présente comme faculté d’innovation. L’abandon d’un « avantage génétique » aussi patent stabilise les nombreuses espèces hermaphrodites se reproduisant par autofécondation : cet acte n’aboutit ici qu’à la conservation intégrale du type parental, et la fécondation assure, à l’inverse de son rôle habituel, un isolement reproductif complet. La persistance du mécanisme, malgré l’inanité de sa fonction, met en cause non seulement la finalité mais aussi la nécessité du phénomène.

Que nous apprennent à cet égard les cycles vitaux  ? La parthénogenèse, où l’individu nouveau prend naissance d’un gamète femelle non fécondé, apparaît comme une sorte d’aberration biologique, si l’on se réfère au rôle génétique de la fécondation. Cette impression est confortée par le fait que, dans le règne animal au moins, les espèces chez lesquelles existent un ou plusieurs stades parthénogénétiques, bouclent toujours leur cycle vital grâce à la reproduction sexuée avec fécondation authentique. Il ressort, tout aussi clairement, de l’étude des cycles vitaux dans le règne végétal que la fécondation y trouve obligatoirement place dans le cadre de l’alternance des phases haploïdes et diploïdes qui se succèdent en relation avec les mécanismes sexuels. Mais il convient, là encore, de remarquer que le déroulement du cyle vital et le changement de garniture chromosomique ne sont pas forcément associés. Cela pose le problème de l’indépendance relative du déterminisme morphogénétique. Le mécanisme et la fonction paraissent là encore dissociables.

Cependant, ce qui démontre que la fécondation n’est pas nécessaire à la perpétuation de l’espèce, c’est le fait que chez beaucoup de végétaux et nombre d’animaux inférieurs des cellules ordinaires sans différenciation  notoire, quoique totipotentes, sont capables d’engendrer des individus nouveaux (il est vrai, strictement conformes à leur progéniteur) en l’absence de tout mécanisme de fécondation.

Cela impose une évidence souvent méconnue : la particularité la plus remarquable des gamètes femelles des animaux et végétaux supérieurs est leur différenciation souvent considérable : ces cellules ont, malgré une morphologie assez anodine, une grande complexité structurale et un régime métabolique très particulier. Une fois différenciées, ces cellules vont témoigner d’une extraordinaire inaptitude à poursuivre leur développement : elles entrent dans un état d’inertie physiologique tel qu’elles sont vouées à mourir si elles ne sont pas activées. C’est alors que se révèle la nécessité de la fécondation : le gamète mâle assumera la fonction activatrice  naturelle. Cette « vertu » séminale a été reconnue depuis la plus haute antiquité. Les textes sumériens, entre autres, en témoignent sans ambiguïté. Et pourtant, la puissance vitalisante de la semence mâle – ou du pollen – reste encore mal expliquée, alors qu’elle joue un rôle-clé dans la reproduction sexuée. La fécondation extracorporelle (dite in vitro ) a permis d’en mieux mesurer toute l’importance. Cette technique, qui n’est révolutionnaire qu’en apparence, n’en est pas moins en passe de permettre, dans l’avenir, les plus angoissantes manipulations du germe humain à travers une exploration sans cesse affinée des conditions et des mécanismes de la fécondation.


1. Origines du phénomène


Trois critères biologiques sont utilisables pour identifier la fécondation : confluence cellulaire, transfert génétique, activation physiologique et ontogénétique. Pris isolément, ces phénomènes sont d’une telle banalité chez le vivant que toute tentative phylogénétique serait – en l’absence, d’ailleurs, de références paléontologiques valables – tout simplement téméraire.

Nous nous bornerons donc à repérer ici quelques-unes des pistes que fait apparaître la cytophysiologie comparée, afin de retracer une histoire naturelle de la fécondation aussi prudente qu’il se pourra.

La confluence cellulaire  est considérée par de nombreux auteurs comme le mécanisme par lequel les systèmes vivants les plus élémentaires sont arrivés à se complexifier (cf. ORIGINES DE LA VIE). En ce phénomène s’exprime la faculté d’assemblage qui est une qualité fondamentale des constituants ultrastructuraux des cellules. L’édification d’une barrière membranaire autour de l’entité cellulaire a restreint la possibilité d’agrégation entre cellules contiguës, en faisant intervenir des sites de reconnaissance intercellulaire au niveau desquels jouent les phénomènes d’adhésion ou de répulsion.

Mais cette barrière une fois rompue, rien ne s’oppose vraiment à la mise en commun des contenus cellulaires, comme le démontrent les expériences dites d’hybridation ou mieux, de fusion cellulaire . Elles ont permis de faire confluer, au sein de cultures sur milieu nutritif stérile, des cellules animales (de même espèce ou d’espèces différentes) ou des cellules végétales et même des protoplastes bactériens. Ainsi se vérifie l’universalité d’un processus qui fut initialement observé lors de la reproduction des champignons, et baptisé dans ce cas somatogamie.

On l’a considéré d’abord comme une régression de la sexualité : des cellules végétatives mycéliennes « copulent », c’est-à-dire mettent d’abord en commun leur cytoplasme (plasmogamie) pour constituer de ce fait des unités munies de deux noyaux (dicaryons), lesquels, finalement, s’unissent en un seul noyau (caryogamie).

L’union des noyaux est éphémère. Son rôle paraît exclusivement génétique car la caryogamie n’est autre que le début de la méïose au cours de laquelle la ségrégation des caractères héréditaires va coïncider avec la sporulation.

Remarquons à ce sujet que cette ségrégation ne peut, en l’occurrence, authentiquement innover en matière d’hérédité et que l’importance biologique de la sporulation réside davantage dans la dissémination des semences qu’elle assure.

La différence entre la biologie des champignons et la cytohybridation expérimentale se caractérise aussi par la différence du comportement des cellules à l’endroit de leur équipement chromosomique : une cellule hybride peut se diviser, transmettre ses chromosomes à sa descendance, mais la conservation de l’un des deux génomes qu’elle recèle va devenir aléatoire par élimination progressive des chromosomes. Cela est foncièrement différent du partage méïotique strict intervenant au sein d’un patrimoine de chromosomes apparemment compatibles qui se produit lors de la sporulation des champignons. Aussi bien la pseudofécondation que constitue la cytohybridation reste-t-elle, tant que le problème de compatibilité chromosomique n’est pas résolu, sans avenir biologique réel, même si son intérêt technique est immense. D’autres simulacres de fécondation ont, en revanche, une portée biologique considérable en raison de leur retentissement sur les systèmes génétiques des partenaires.

Étudions tout d’abord le cas de l’infection d’une bactérie par un virus bactériophage (= phage).

Les phages ont une morphologie qui leur confère deux des qualités d’un gamète mâle :

– présence, à leur surface, de molécules de reconnaissance, grâce auxquelles ils peuvent s’adapter à leur partenaire ;

– présence d’un dispositif d’injection du génome viral.

Après pénétration de celui-ci, le métabolisme bactérien va être asservi à la production de virus : il s’agit d’une véritable subversion de l’identité de l’hôte, ce qui distingue bien ce type de parasitisme intracellulaire de la fécondation.

Néanmoins, si le phage s’intègre au génome bactérien, s’il s’y réplique et se transmet sans dommages ni perturbations à la descendance de la bactérie, la différence avec une fécondation devient plus subtile. Il faut en effet, ici, que des mécanismes « inducteurs » interviennent pour que la fonction nocive du phage se trouve révélée (lysogénie).

Par ailleurs, de tels avatars ne sont nullement nécessaires à la transmission de facteurs génétiques par mécanisme parasexuel : la conjugaison bactérienne, et l’implantation génétique qui la suit, ou encore l’incorporation de plasmides, rappellent des mécanismes de fécondation car leur effet est similaire. N’est-ce pas, en effet, soit un réassortiment génétique, soit une innovation génotypique qui se produisent ainsi ?

On sait l’exploitation que le génie génétique a su faire de tels phénomènes et quelles immenses perspectives il a ouvert à cette pseudofécondation.

L’expérimentation a même pu être étendue aux animaux supérieurs, mais chez ceux-ci le transfert génétique a lieu non plus dans une cellule en activité mais chez une cellule inerte. Dans ce cas, il faudra une intervention activatrice  pour permettre la réussite du phénomène de fécondation. Depuis longtemps, les expériences de parthénogénèse expérimentale  ont tenté, avec des succès relativement minces, il faut bien le reconnaître, de déclencher la division du gamète femelle vierge et d’obtenir le développement embryonnaire. Mais elles ont permis de vérifier (comme on l’a déjà indiqué) que l’acquisition d’un nombre chromosomique correct n’était pas la condition sine qua non  du démarrage du développement.

L’inertie fonctionnelle dans laquelle se trouve la cellule femelle vierge a des causes incomplètement connues. Toutefois, on ne peut qu’être frappé de la similitude de cette inertie avec l’état de dormance  dans lequel se trouvent – en général – les graines (mais aussi les tubercules et les bulbes, autrement dit la majorité des semences des végétaux supérieurs).

Chez ces dernières, la levée du blocage physiologique se réalise souvent de façon non spécifique sous l’influence des facteurs physico-chimiques intervenant de l’extérieur. On a réussi, par des techniques semblables, à obtenir des activations parthénogénétiques expérimentales de l’ovule animal. Mais les échecs ont été nombreux.

Il semble que la difficulté principale réside dans le gamète lui-même. Puisqu’il dispose d’un équipement génétique complet, c’est à ce niveau que les mécanismes régulateurs de l’expression des gènes ont mis en veilleuse les facteurs ayant un rôle incitateur dans la division cellulaire. (cf. DIVISION CELLULAIRE). Ce sont eux que l’activation a pour effet de mettre en action, et il semble certain que cette mise en action est spécifique.

Il semble donc, au terme de cette investigation « autour de la fécondation », qu’il s’agisse bien d’un phénomène qui intègre diverses tendances, apparemment non corrélées à l’origine. La part du hasard et/ou de la nécessité dans l’ajustement réciproque de tous les tâtonnements grâce auxquels la fécondation s’est trouvée mise au point ne peut être évaluée. Cependant, ce sont ces tâtonnements mêmes qui permettent d’éclairer la signification de la fécondation, à défaut d’en préciser l’histoire. C’est pourquoi le contrôle de la fécondation nécessite l’exploration de tous les jalons biologiques que l’évolution a laissé subsister.


2. La fécondation chez les Mammifères


Rencontre des gamètes


Chez les Mammifères (même marins), la fécondation est précédée de l’accouplement, qui permet l’insémination, c’est-à-dire la pénétration des spermatozoïdes dans le tractus génital femelle. Le spermatozoïde doit remonter les conduits génitaux jusqu’aux trompes de Fallope, où il pourra rencontrer l’ovule produit par l’ovaire, ce qui permettra la fusion des deux cellules reproductrices.

Les spermatozoïdes se déplacent plus ou moins rapidement selon les espèces : ils arrivent à destination en 15 minutes chez la rate, en 10 heures chez la brebis. Leur déplacement est dû non seulement à leurs mouvements propres, mais aussi à une onde de déplacement provoquée par les contractions de la paroi de l’utérus et à un effet de succion. Cependant, un nombre considérable de spermatozoïdes, introduits au moment de l’accouplement, meurent avant d’atteindre l’ovule ; par exemple, le lapin, au cours d’une éjaculation, dépose 200 millions de spermatozoïdes, mais, 28 heures après l’accouplement, de 200 à 500 seulement ont remonté le tractus génital et sont arrivés au lieu de rencontre avec l’ovocyte. Les autres sont phagocytés dans la lumière de l’utérus.

Les spermatozoïdes ont acquis leur motilité sous l’influence des sécrétions du tractus génital mâle. Mais, au moment de la copulation, ils ne sont pas fécondants. Pour le devenir, ils doivent séjourner un certain temps dans le tractus génital femelle (de 4 à 6 heures chez la lapine) ; c’est la capacitation  des spermatozoïdes qui résulterait de la disparition de leur couche protectrice. Ils perdent, semble-t-il, ce pouvoir fécondant lorsqu’ils sont remis au contact du liquide séminal.

La pénétration du spermatozoïde dans l’œuf n’est possible que si ce dernier est fécondable ; il l’est, à la suite de la ponte, pendant une période plus ou moins longue suivant les espèces animales : de 6 à 9 heures pour la lapine, 12 heures pour la souris, de 5 à 6 jours pour la chienne. D’autre part, les spermatozoïdes ne survivent que peu de temps dans le tractus génital femelle (au maximum de 2 à 3 jours chez la femme). La fécondation ne réussit donc que si la copulation se produit dans une période proche de la ponte ovulaire. Le synchronisme de ces deux événements est assuré chez certaines espèces, comme la lapine, où l’ovulation est provoquée directement par l’accouplement.

Enfin, on a pu mettre en évidence, dans certains cas, l’émission par l’œuf de substances répulsives pour les spermatozoïdes. Mais ces substances sont continuellement éliminées et neutralisées par des sécrétions de la paroi du tractus génital.


Fusion des gamètes


Au moment de la fécondation, l’ovocyte est entouré d’une membrane pellucide épaisse et, chez certaines espèces (carnivores, lapin, souris), d’une enveloppe supplémentaire, la corona radiata . Pour pénétrer dans l’ovocyte, le spermatozoïde doit traverser ces deux membranes : il utilise vraisemblablement, d’une part, une sécrétion de l’acrosome, la hyaluronidase, enzyme permettant la désintégration de la corona radiata, et, d’autre part, des enzymes sécrétés par la membrane nucléaire épaissie ou perforateur du spermatozoïde, qui l’aident à franchir la membrane pellucide.

En général, un seul spermatozoïde pénètre dans l’œuf, déclenchant un mécanisme de blocage, qui se produit, chez les Mammifères, au niveau de la zone pellucide et de la surface du vitellus, à partir du point d’entrée du spermatozoïde. Cette réaction corticale se transmet rapidement à toute la surface de l’œuf et aboutit à l’élargissement de l’espace périvitellin. Toutefois, dans certains cas, plusieurs spermatozoïdes traversent la membrane pellucide et se retrouvent dans l’espace périvitellin.

Au contact de l’ovule, le spermatozoïde perd sa mobilité. Il pénètre passivement dans la cellule en entraînant son flagelle, et les mitochondries se répandent dans le cytoplasme ovulaire. La tête spermatique contenant le noyau subit une rotation de 1800 et forme le spermaster.

L’entrée du spermatozoïde provoque dans l’ovocyte de profonds changements, qui seront étudiés plus loin. L’ensemble de ces modifications est groupé sous le terme d’activation .

Au moment de la fécondation, l’ovocyte est bloqué en métaphase de la deuxième division de maturation. Après la pénétration du spermatozoïde, le deuxième globule polaire est émis, en l’espace de deux heures chez la lapine. Puis le noyau femelle, ou pronucleus femelle, devient visible avec sa membrane nucléaire et de nombreux petits nucléoles.

La tête spermatique se gonfle par hydratation. Le perforateur se détache et le noyau mâle, ou pronucleus mâle, s’entoure d’une nouvelle membrane qui se différencie à partir de l’ergastoplasme de l’ovule. Des nucléoles apparaissent, augmentent de taille et fusionnent. Les deux pronuclei continuent à augmenter de volume, puis s’acheminent l’un vers l’autre vers le centre de l’ovule. Quand les deux pronuclei sont en contact, les membranes nucléaires deviennent irrégulières et disparaissent. La fusion des noyaux, ou amphimixie, a lieu. Puis le fuseau de division apparaît à la suite du dédoublement du spermaster, qui institue dans l’œuf un état dicentrique  à la faveur duquel les chromosomes s’individualisent ; l’œuf fécondé se divise alors en deux cellules, ou blastomères. Le développement embryonnaire commence.


3. Notion de fécondité


La reproduction devient possible à partir du moment où l’organisme animal est arrivé à sa maturité sexuelle, c’est-à-dire à la puberté. Celle-ci est caractérisée par le plein développement de l’appareil génital, l’éveil de l’instinct sexuel et la maturation des produits génitaux mâles et femelles. Cette période est atteinte plus ou moins tôt après la naissance ; 2 ans en moyenne chez les Poissons, de 2 à 4 ans chez la grenouille, 6 mois ou plus chez les Oiseaux. Chez les Mammifères, la précocité de la maturité sexuelle dépend de l’espèce envisagée : 5 semaines chez la souris, 15 ans chez l’éléphant, 9 ans chez le chimpanzé, de 12 à 15 ans dans l’espèce humaine.

Chez beaucoup d’animaux, il n’y a qu’une seule période de fécondité par an. C’est très souvent le cas des Mammifères sauvages (ruminants, carnivores, etc.), chez lesquels la fécondation a donc lieu à une période déterminée de l’année : la période du rut ou période des « chaleurs ». Pour les Mammifères à durée de gestation courte, la fécondation a lieu au printemps ; pour les animaux à durée de gestation longue, elle a lieu de telle sorte que la naissance se produise en été. Chez certaines chauves-souris, l’insémination se fait en octobre, mais la fécondation se produit en avril, le sperme restant emmagasiné dans le vagin. On sait que les spermatozoïdes peuvent conserver leur vitalité très longtemps s’ils sont conservés à basse température, ce qui permet de pratiquer l’insémination artificielle .

D’autres Mammifères ont deux (hérisson) ou plusieurs périodes de fécondité, ou même restent féconds pendant toute l’année (lièvre, rat et singe).

La domestication a une nette influence sur les rythmes de fécondité des animaux : la lapine domestique peut être fécondée toute l’année, et les ruminants domestiques ont plusieurs périodes de fécondité soit limitées à une saison déterminée (renne), soit à n’importe quelle saison (vache, certaines races de brebis), alors que leurs homologues sauvages n’ont qu’une seule période de reproduction par an.

La captivité peut avoir une grande influence sur les rythmes de fécondité. Certaines espèces deviennent stériles par suite d’un effet de dépression dû au mode de vie ou à une nourriture mal adaptée ; pour d’autres espèces, comme le cerf wapiti, la période de chaleur peut s’étendre sur toute l’année.

En général, on peut dire que la saison de reproduction est conditionnée à la fois par le rythme interne des gonades et par les facteurs d’environnement. Ainsi les rythmes de fécondité sont-ils influencés par les changements de température, la nourriture, la longueur du jour, et aussi des facteurs psychologiques. Chez le furet, par exemple, la femelle entre normalement en chaleur en mars-avril. Si on augmente la durée de l’éclairement à partir d’octobre, la période de rut est avancée de trois mois. Inversement, si on la réduit beaucoup, l’entrée en chaleur est retardée. La lumière agit par son intensité et par sa longueur d’onde. Le stimulus capté par l’œil est transmis au cerveau par le nerf optique au niveau de l’hypothalamus. Celui-ci sécrète une neurohormone qui provoque une sécrétion du lobe antérieur de l’hypophyse : les gonadostimulines ainsi libérées sont responsables des modifications observées. Ce même mécanisme a été mis en évidence chez de nombreux Mammifères ainsi que chez les Oiseaux.


4. Physiologie comparée


Attraction des gamètes


Les spermatozoïdes libérés dans l’eau ou les conduits génitaux progressent vers l’œuf grâce à leur flagelle. Dans certains cas, la rencontre des deux cellules est due seulement au hasard, avec une forte probabilité par suite du très grand nombre de spermatozoïdes émis. Dans d’autres cas où la fécondation s’effectue en milieu aqueux, on a montré que les spermatozoïdes sont attirés par des sécrétions du gamète femelle ; ils se déplacent par chimiotaxie. Cette attraction a lieu, dans la majorité des groupes zoologiques, avant  que la maturation ovulaire soit terminée, si bien que le spermatozoïde rencontre en fait un ovocyte , chez lequel l’émission des globules polaires va alors se produire (Ascaris, Nereis) ou se terminer (Mollusques, Vertébrés).

En étudiant la fécondation des œufs d’oursin et de vers annélides Nereis, Lillie avait constaté que l’« eau ovulaire » (c’est-à-dire l’eau de mer ayant contenu des ovules mûrs) attirait les spermatozoïdes de la même espèce et stimulait leur mouvement, puis les agglutinait par paquets. La substance diffusée qui se formerait dans la couche corticale de l’ovule a été appelée fertilisine . La couche superficielle des spermatozoïdes contiendrait l’antifertilisine , réagissant spécifiquement avec la fertilisine ovulaire. L’interaction des deux substances détermine l’attachement du spermatozoïde à l’œuf et la spécificité du phénomène réduit les chances d’une fécondation par des spermatozoïdes d’une autre espèce.

Chez les Mammifères, notamment la lapine, on a également mis en évidence des phénomènes analogues.

Fécondation et patrimoine génétique

Toute perturbation, naturelle ou expérimentale, dans le fonctionnement des différents mécanismes de la fécondation conduit à des anomalies.

En général, l’œuf possède un mécanisme de blocage situé au niveau de la zone corticale, qui empêche la polyspermie . Toutefois, pour les œufs riches en vitellus (Insectes, Mollusques, Reptiles, Oiseaux), la polyspermie physiologique est régulière ; mais un seul noyau mâle s’unit au noyau femelle, les autres dégénèrent dans le cytoplasme ovulaire. Dans certains cas, les mécanismes de blocage ne sont pas toujours efficaces. Il en résulte alors une polyspermie pathologique, relativement rare dans la nature : 1,4 p. 100 chez la truie, 2,6 p. 100 chez la vache ; sa fréquence augmente pour les œufs immatures et les œufs trop âgés (10 p. 100 chez la truie). Dans le cas le plus simple, deux noyaux mâles s’unissent au noyau femelle pour former un noyau de fécondation triploïde (3 N). En général, les embryons qui se développent ne sont pas viables ; chez la rate, ils meurent entre le treizième et le quinzième jour de gestation.

Dans la digynie , l’œuf n’achève pas sa maturation. Le deuxième globule polaire n’est pas émis et se transforme en un deuxième pronucleus femelle. Le noyau de fécondation, dû à la fusion des deux pronuclei femelles et du pronucleus mâle, est encore triploïde. Les embryons meurent dans les premiers jours du développement, ce qui serait une des causes de l’avortement précoce dans la race humaine. La digynie peut résulter du vieillissement de l’œuf ou du spermatozoïde.

Parfois, enfin, la fécondation se déroule normalement, mais les pronuclei comportent des nombres chromosomiques aberrants résultant de disjonctions anormales à la méiose.

Activation ovulaire

L’activation est caractérisée par des changements dans le métabolisme et par des transformations morphologiques provoqués par la pénétration du spermatozoïde dans l’œuf vierge.

Elle déclenche, tout d’abord, une reprise de la méiose : elle achèvera la réduction chromatique du noyau de l’ovocyte qui se trouvait bloqué, suivant les espèces, à des stades variables de la maturation, et le transformera en gamète femelle ou ovule. Elle peut entraîner une variation du taux de consommation d’oxygène : ce taux augmente brusquement chez l’œuf d’oursin, reste inchangé chez celui des Poissons et diminue chez celui de la grenouille ; en général, il tend vers un niveau comparable à celui de l’œuf vierge dans l’ovaire. Dans l’œuf d’oursin, cette augmentation correspond à la formation d’acides.

L’activation se manifeste encore par une augmentation de la perméabilité de la membrane, un échange accru de phosphates, de sels de sodium et de calcium entre l’œuf et le milieu, et une activité plus grande des enzymes protéolytiques, qui libèrent des acides aminés utilisés par la synthèse des protéines, qui reprend.

Les modifications morphologiques, très importantes pour le développement futur de l’œuf, concernent l’aspect extérieur (les œufs d’Invertébrés, souvent de forme elliptique, deviennent sphériques) et surtout la cytologie. Le cytoplasme de l’œuf fécondé se contracte (par exemple de 17 p. 100 pour l’œuf de rate) ; la couche périphérique, le cortex, se décolle de ses membranes, et un espace périvitellin, rempli de liquide et de substances de déchet, apparaît entre les deux. L’œuf libéré peut alors s’orienter sous l’influence de la pesanteur. Dans certains cas (oursin, Poissons, Batraciens), le décollement s’accompagne de modifications infrastructurales : chez l’oursin, par exemple, le cortex contient des granules de mucopolysaccharides qui, à la fécondation, explosent et s’intègrent à la membrane vitelline ; celle-ci se soulève et se transforme en membrane de fécondation. Ces changements dans les couches corticales de l’œuf sont très importants, car, en leur absence, le développement embryonnaire est impossible.

Ces déplacements de constituants cytoplasmiques, comme les pigments corticaux ou le vitellus, accompagnent aussi la fécondation. Dans l’œuf de batracien, un pigment mélanique cortical recouvre tout l’œuf, à l’exception du pôle végétatif. La pénétration du spermatozoïde est immédiatement suivie d’une rétraction passagère du cytoplasme pigmenté vers le pôle animal, puis, un peu plus tard, d’une rotation du cortex par rapport au cytoplasme interne ; ce qui entraîne un déplacement du pigment vers le pôle animal d’un certain gradient. Il en résulte la formation d’une zone corticale en forme de croissant, pauvre en pigment, le croissant gris ; celui-ci concrétise le plan de symétrie et définit le côté dorsal du futur embryon. Ces mouvements matérialisent ainsi la mise en place des futures structures embryonnaires.

Fécondation humaine in vitro avec transfert d’embryon

La fécondation in vitro a été proposée comme moyen efficace pour traiter des stérilités humaines résultant d’une obstruction définitive des trompes de Fallope. L’histoire de la fécondation in vitro est marquée par la personnalité de R. G. Edwards, physiologiste de Cambridge. Il s’est attaché à réussir chez la femme une opération que les transferts d’embryons animaux réalisés dès 1959-1960 par des équipes scientifiques de haut niveau rendaient possible. Le premier succès est survenu en juillet 1978 lorsque Louise Brown est né à Oldham, dans l’hôpital où elle avait été conçue in vitro. L’année suivante, des travaux similaires d’un groupe australien de la Monash University conduisirent à la naissance de Candice Reed. En France, l’équipe de l’hôpital Antoine-Béclère et le travail de Jacques Testart et de René Frydman permirent la naissance d’Amandine ; des milliers d’enfants sont nés après conception in vitro, et de nombreuses équipes travaillent à améliorer les techniques et à augmenter les pourcentages de succès.

Les indications

Si par suite d’une infection, d’une grossesse extra-utérine ou d’une intervention chirurgicale, les deux trompes de Fallope sont obstruées ou absentes, la rencontre des spermatozoïdes et de l’ovocyte humains ne peut se faire à l’intérieur de l’organisme : de telles anomalies tubaires sont responsables d’un cas de stérilité sur quatre. Une intervention chirurgicale peut tenter de reperméabiliser les trompes (lorsqu’elles existent) : 30 p. 100 des femmes opérées, environ, auront un enfant par la suite. Mais 70 p. 100 des stérilités tubaires sont donc « définitives » et jusqu’ici toutes les tentatives de transplantation de trompe, ou de mise en place de prothèses en silastic, ou même d’implantation directe de l’ovaire dans l’utérus avaient échoué. La fécondation in vitro  apporte une solution simple, face à de tels échecs, en prélevant un ovule mûr dans l’ovaire, en le fécondant en laboratoire avec le sperme du conjoint, puis en replaçant l’œuf trois jours plus tard dans l’utérus maternel.

Cette méthode est donc destinée à traiter d’abord les stérilités tubaires définitives (par absence de trompe ou après échec de la chirurgie), et même les trompes reperméabilisées par la chirurgie lorsqu’une grossesse n’est pas survenue 18 à 24 mois après l’opération. Mais d’autres indications se font jour aujourd’hui : les hypofertilités masculines lorsque le sperme est insuffisant mais contient assez de spermatozoïdes mobiles pour qu’une fécondation puisse se produire ; et les stérilités dites « idiopathiques » c’est-à-dire pour lesquelles aucune cause n’est reconnue et aucun traitement n’est efficace.

Lorsque les résultats de la fécondation externe s’amélioreront, les indications s’étendront à d’autres formes de stérilité.

Technique

Plusieurs étapes successives doivent être envisagées :

1. Détermination du moment de l’ovulation.  Peu de temps avant l’ovulation, l’ovocyte est le siège de transformations essentielles à la fécondation. Si l’ovocyte est recueilli trop tôt, il ne pourra être fécondé in vitro. Le délai optimum du recueil est de quelques heures (1 à 6) avant  l’ovulation spontanée. Après, il est trop tard, l’ovocyte est expulsé et, puisque les trompes sont imperméables chez les patientes, il se perd dans l’abdomen. Il faut donc prévoir exactement le moment de l’ovulation pour entreprendre le recueil à l’heure nécessaire.

Les premières tentatives de Edwards et Steptoe et une partie des cas qu’ils ont traités concernent des « cycles spontanés ». Ainsi la physiologie normale est respectée, et le moment de l’ovulation est apprécié par la surveillance des hormones qui déclenchent ce processus ou par l’observation de signes indirects. Les repères sont les suivants :

– observation de la glaire cervicale (sécrétion du col utérin) qui devient abondante, fluide et filante à l’approche de l’ovulation ;

– évaluation des taux d’œstrogènes – hormones sécrétées par le follicule où se trouve l’ovocyte – car le taux s’élève 48 heures avant l’ovulation ;

– appréciation du diamètre du follicule à l’échographie (le diamètre du follicule pré-ovulatoire est compris entre 21 et 25 mm) ;

– détermination du « pic » de l’hormone LH. Cette hormone est sécrétée par l’hypophyse sous l’influence de l’élévation du taux d’œstradiol plasmatique. Il se produit, vers le 13e jour d’un cycle ovarien de 28 jours, une décharge « ovulante » de LH qui intervient 37 à 40 heures avant l’ovulation et modifie profondément le follicule avant d’entraîner l’expulsion de l’ovocyte. Pour connaître le moment exact du pic, il est nécessaire de programmer 4 dosages dans le plasma, ou dans les urines, pendant une période de 24 heures. En fonction de la technique utilisée, on sait que l’ovulation se produira 36 heures après le début du pic de LH dans le plasma, ou 28 heures après celui-ci dans les urines.

Pour éviter une surveillance qui impose à la patiente plusieurs prélèvements sanguins quotidiens et à l’équipe chirurgicale une grande disponibilité, la plupart des équipes recourent actuellement à la « stimulation » médicamenteuse de l’ovulation. Un traitement hormonal en début de cycle, par clomifène ou par hormone gonadotrope HMG, permet de stimuler la croissance de plusieurs follicules en même temps. On observe leur croissance par échographie et dosage d’œstradiol. Dès que les follicules sont mûrs, on déclenche la maturation de l’ovocyte et l’ovulation selon la même chronologie que l’hormone naturelle LH, en injectant une hormone de même nature, HCG.

Le recueil de l’ovocyte devra alors être effectué entre 34 et 36 heures après l’injection. L’avantage de cette méthode est de permettre le recueil de plusieurs ovocytes, ce qui augmente les chances de succès des étapes suivantes. L’inconvénient est une différence de maturation des ovocytes qui ne sont pas toujours tous aptes à être fécondés.

2. Le recueil de l’ovocyte.  Habituellement, le recueil s’effectue au cours d’une cœlioscopie ou laparoscopie. Sous anesthésie générale, on insuffle un gaz dans l’abdomen, ce qui a pour effet de soulever la paroi abdominale. On peut alors au travers d’une courte incision au niveau du nombril introduire un tube optique par lequel on voit les organes génitaux. Une longue aiguille de 2 mm de diamètre est connectée à un flacon stérile, lui-même relié à un appareil d’aspiration. L’aiguille ayant été introduite dans le follicule à ponctionner, sous contrôle de la vue, le contenu du liquide folliculaire avec l’ovocyte peuvent être aspirés dans le flacon et transmis au laboratoire. Le plus souvent le liquide recueilli est clair. Lorsque l’aspiration est excessive ou lorsque le follicule n’est pas parfait, le liquide est mélangé à du sang : cela complique la recherche et l’isolement de l’ovocyte.

Une équipe nordique a proposé la ponction guidée par échographie, sans anesthésie, en passant l’aiguille au travers de la vessie. Cette technique « aveugle » permet d’éviter une anesthésie générale. Nous avons nous-mêmes effectué des prélèvements d’ovocytes par laparoscopie sous anesthésie locale seule.

3. Fécondation in vitro et culture de l’embryon.  Avant de pratiquer la fécondation, il faut préparer le sperme du conjoint. Le sperme est obtenu par masturbation, de préférence après 3 jours d’abstinence, pour augmenter la qualité et la concentration des spermatozoïdes. Les spermatozoïdes sont préparés par lavage environ 2 heures avant leur mise au contact de l’œuf, à la concentration moyenne de 100 000 par ml. Pour l’ovocyte, une durée de séjour de 5 à 6 heures dans le milieu de culture est nécessaire avant de le mettre au contact des spermatozoïdes. Pendant ce délai, en effet, se produisent une modification de la zone pellucide qui favorise la pénétration, et une migration des granules corticaux vers la périphérie de l’œuf ce qui empêche la pénétration par plus d’un spermatozoïde (polyspermie).

Différents milieux de culture ont été préconisés. En France, le milieu de base utilisé est celui de Menezo, milieu enrichi de plasma sanguin de la patiente.

Les stades de développement de l’embryon après fécondation varient un peu autour des délais suivants :

– 2 cellules à 35 heures,

– 4 cellules à 40 - 63 heures,

– 8 cellules à 68 - 80 heures,

– 16 cellules à 84 - 112 heures.

Cette vitesse de division est un signe de bon développement. Les cellules doivent être idéalement de dimensions égales et sans fragmentation. La décision de transfert est prise entre les stades 2 et 8 cellules.

4. Le transfert de l’embryon dans l’utérus.  Le transfert doit être effectué le plus doucement et le plus minutieusement possible. L’intervention est pratiquée en salle d’opération. La patiente, qui a reçu un léger traitement sédatif, est placée sur un plan inclinable, de telle façon que le fond de son utérus soit en déclivité. À l’aide d’une petite sonde souple d’un diamètre de 1 mm, on dépose l’embryon au fond de l’utérus, avec un très faible volume de milieu de culture.

Ce replacement est parfois rendu difficile par un spasme du col. Le femme reste allongée 1 heure en salle d’opération, puis demeure allongée 24 heures sur son lit.

Résultats

À partir du 10e jour suivant la cœlioscopie, on peut doser l’HCGb dans le plasma. Sa présence traduit une implantation débutante. Mais environ 50 p. 100 des cas positifs ne le seront plus quelques jours plus tard : ces « grossesses biologiques » sont intéressantes à envisager par le scientifique, mais ne doivent pas être prises en compte dans les succès.

Avant d’envisager les résultats connus, il faut rappeler quelques notions sur la fertilité humaine. On considère selon Leridon qu’il faut environ 4 mois de rapports sexuels fréquents pour que 50 p. 100 des femmes normales, âgées de 25 ans, débutent une grossesse. Il faut environ 8 mois pour que cette probabilité s’étende à 70 p. 100 des femmes.

D’autre part, depuis les travaux effectués par J. et A. Boué, on sait qu’au moins 20 p. 100 des grossesses cliniquement reconnues se termineront par un avortement spontané et que sans doute une fécondation humaine sur deux n’évolue pas jusqu’à son terme, les morts embryonnaires se produisant très précocement.

Enfin 1 à 2 p. 100 des grossesses humaines sont des grossesses extra-utérines. Ce taux atteint 9 à 10 p. 100 après une chirurgie réparatrice de la trompe.

On peut déduire de ces données concernant la fécondité naturelle que lorsque le taux de réussite des fécondations in vitro  aura dépassé 25 p. 100, une révolution surviendra : il sera alors aussi « efficace » de se soumettre à une fécondation externe qu’à une fécondation naturelle. Alors, l’indication ne concernera plus seulement les stérilités tubaires... mais tous les couples stériles depuis un certain nombre de mois, ayant en commun au moins un ovaire, un utérus et quelques milliers de spermatozoïdes mobiles !...

D’ores et déjà, on parvient à augmenter la probabilité de conception par l’implantation simultanée de plusieurs embryons (obtenue après stimulation de l’ovulation). Selon Trounson on obtient les taux de grossesse suivants :

– 1 embryon 6/32 = 18,75 p. 100,

– 2 embryons 8/33 = 24,24 p. 100,

– 3 embryons 10/37 = 27,02 p. 100,

– 4 embryons 1/3 = 33,33 p. 100.

Théoriquement, on pourrait aussi améliorer les probabilités de conception en congelant certains œufs dans l’azote liquide pour les utiliser au cours d’un cycle suivant, évitant ainsi la cœlioscopie et l’anesthésie.


Perspectives


À court terme


Les résultats actuels de la fécondation externe varient selon les auteurs, mais il ne paraît pas utopique d’envisager à court terme un taux de grossesses identique à celui des fécondations naturelles, c’est-à-dire voisin de 30 p. 100.

Cette amélioration pourra résulter en partie de progrès techniques :

– rencontre des gamètes in vitro  suivie de fécondation in utero  (technique de Craft) ;

– amélioration des techniques de replacement, par usage de sondes de plus en plus fines, n’entraînant aucune « blessure » de la muqueuse utérine ;

– traitements de la femme pour améliorer la qualité de son corps jaune ;

– obtention d’un plus grand nombre d’ovocytes permettant la congélation des ovocytes surnuméraires destinés à être replacés au cours d’un cycle ultérieur. La maîtrise de la congélation des œufs humains donne 4,6 p. 100 de grossesses par embryon ;

– recueil de l’ovocyte sans anesthésie ou sous examen échographique.

Une partie de ces techniques aurait pour effet de permettre la fécondation externe sans anesthésie ni hospitalisation.

Lorsque ce taux de 30 p. 100 de grossesses sera obtenu, les indications de la fécondation externe seront élargies :

– d’emblée aux stérilités tubaires de pronostic inférieur à 30 p. 100 de naissances (obturations distales avec mauvaise paroi tubaire, obturations proximales non liées à une stérilisation volontaire par exemple) ;

– aux stérilités féminines rebelles par endométriose ou par insuffisance de glaire ;

– aux stérilités masculines par oligoasthénospermie, ou d’origine immunologique ;

– aux stérilités idiopathiques.

Ce travail clinique aura dans le même temps permis de faire progresser nos connaissances en physiologie de la reproduction :

– endocrinologie du follicule de de Graaf ;

– meilleure connaissance de l’horaire et des mécanismes de l’ovulation spontanée, ou à la suite de divers traitements inducteurs ;

– meilleure connaissance des facteurs influençant la fécondation (des fécondations ont été obtenues avec des ovules datant de 48 heures et des spermatozoïdes datant de 10 jours) ;

– description de la fécondation par l’étude en microscopie électronique des œufs non replacés ;

– chronologie de la division de l’œuf humain et étude des facteurs influençant ses premiers stades ;

– étude des facteurs inhibant ou favorisant l’implantation du blastocyste humain ;

– section (duplication) de l’œuf humain permettant de produire deux embryons identiques dont l’un rendrait possible l’analyse de la qualité de l’autre.

La procréation artificielle (F.I.V., insémination artificielle...) a été le sujet de nombreux débats éthiques. Le Comité consultatif national d’éthique créé en 1983 dit que l’« embryon » est « une personne humaine potentielle » et interdit la transgénose et autres manipulations.


À long terme


La maîtrise de la fécondation permet, en effet, d’envisager le meilleur ou le pire :

– don d’ovocyte surnuméraire par la mère biologique à un autre couple stérile : dans son principe, ce don n’a rien de différent du don de sperme ;

– implantation d’un embryon non utilisé par la mère biologique chez une femme n’ayant plus d’ovaires (la congélation de l’œuf humain favoriserait cette application) ;

– micromanipulation des ovocytes et des embryons, duplication des embryons ;

– fécondation d’un ovocyte par le noyau d’une cellule somatique, prélude au clonage des individus, réalisation de chimères, recombinaisons génétiques ;

– croissance d’embryon humain in vitro  en vue du prélèvement de tissus ou d’organes permettant des homogreffes.