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Derrière le processus de transformation : comment les bactéries absorbent-elles intelligemment l’ADN pour améliorer leur capacité de survie ?
Dans l'étude de la microbiologie et de la biologie cellulaire, la « compétence » fait référence à la capacité d'une cellule à modifier son génome en absorbant l'ADN étranger de l'environnement, un processus connu sous le nom de « transformation ». La différence entre les capacités naturelles et artificielles des bactéries est que les capacités naturelles sont produites dans des conditions génétiques naturelles, dans l’environnement naturel et en laboratoire, tandis que les capacités artificielles sont produites par un traitement en laboratoire qui amène les cellules à transmettre instantanément l’ADN. Cette capacité permet aux cellules de s’adapter rapidement aux changements environnementaux et de réparer leur ADN, améliorant ainsi considérablement leur capacité à survivre.
L’étude des capacités naturelles a commencé en 1928, lorsque le scientifique Frederick Griffith a découvert que la mort de bactéries pathogènes pouvait modifier le génotype de bactéries inoffensives.
Après la découverte de Griffith en 1928, Oswald Avery et d'autres ont confirmé en 1944 que ce « facteur de transformation » était de l'ADN pur, révélant ainsi que l'ADN est le porteur de l'information génétique cellulaire.
Mécanismes d'absorption de l'ADNAu laboratoire, les scientifiques fournissent généralement de l’ADN étranger, qui est souvent un fragment ou un plasmide génétiquement modifié. Les cellules utilisent des mécanismes spécifiques pour transporter ces ADN à l’intérieur de la cellule. Une fois que l’ADN pénètre dans la cellule, il peut être dégradé en nucléotides pour être utilisé dans la réplication de l’ADN ou d’autres fonctions métaboliques. Alternativement, il peut être recombiné dans le génome de la cellule par des enzymes de réparation de l'ADN ; si cette recombinaison modifie le génotype de la cellule, la cellule est considérée comme transformée.
Chez de nombreuses bactéries naturellement compétentes, des filaments externes spécifiques se lient à l’ADN double brin et le délivrent via un complexe protéique à plusieurs composants.
Régulation de la capacité
Dans les cultures de laboratoire, les capacités naturelles sont souvent étroitement régulées et sont souvent déclenchées par des carences nutritionnelles ou des conditions environnementales défavorables. Cependant, les signaux d’induction spécifiques et les mécanismes de régulation varient considérablement selon les espèces. Les scientifiques ont découvert certains facteurs de transcription qui peuvent réguler la formation de capacités, comme sxy (également connu sous le nom de tfoX). Chez les bactéries capables de former des spores, les conditions qui induisent les spores coïncident généralement avec celles qui induisent la compétence. Par conséquent, les cultures contenant des cellules sporulées contiendront souvent également des cellules compétentes.
Les fonctions et conséquences évolutives des capacités
Les principales propositions concernant les fonctions évolutives des capacités naturelles se répartissent actuellement en trois catégories : les avantages sélectifs affectant la diversité génétique ; l’absorption de l’ADN comme source de nucléotides ; et les avantages sélectifs dans la réparation de l’ADN endommagé par recombinaison homologue.
Certaines études ont suggéré que la transformation bactérienne pourrait jouer un rôle similaire au comportement sexuel chez les organismes supérieurs dans l’augmentation de la diversité génétique, mais ce point de vue présente également certaines difficultés théoriques.
Une autre hypothèse est que l’ADN sert de source de nourriture, puisque les cellules qui ingèrent de l’ADN ont accès aux nucléotides qui composent cet ADN, qui sont essentiels à la synthèse de l’ADN et de l’ARN.
Hypothèse de réparation des dommages à l'ADNChez les bactéries, le problème des dommages à l’ADN est plus prononcé pendant les périodes de stress, en particulier le stress oxydatif dans des conditions de surpeuplement ou de famine. Par conséquent, certaines bactéries induisent une compétence sous ces stress, ce qui soutient également l’hypothèse selon laquelle la transformation aide à la réparation de l’ADN. Des expériences ont montré que les cellules qui ont été traitées avec des dommages à l’ADN ont un taux de survie plus élevé si elles subissent une transformation que les cellules endommagées qui n’ont pas été transformées.
Transfert horizontal de gènes
Bien que cette capacité puisse apporter des avantages à long terme aux bactéries, il peut également être possible dans certains cas de conférer une résistance ou d’autres avantages grâce à différentes combinaisons génétiques. La nature complexe du génome démontre clairement la capacité des bactéries à permettre le transfert horizontal de gènes, ce qui contribue à accroître la diversité génétique et soutient ainsi leur processus évolutif.
Face à un environnement en évolution rapide, comment les bactéries utilisent-elles intelligemment cette capacité à se stabiliser et à s'adapter au monde extérieur ?
