Les plasmides interdisent la transformation
Publié par Isabelle le 21/10/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB
Les bactéries ont la capacité unique de changer les gènes de leur chromosome. Ce pouvoir de transformation génétique semble particulièrement utile, mais alors pourquoi, certaines bactéries semblent l'avoir perdu ? Une étude publiée dans la revue PNAS montre que des éléments génétiques, appelés plasmides, et qui s'immiscent dans les génomes des bactéries leur interdisent alors de se transformer génétiquement. Ils pourraient être si fréquents que certaines espèces de bactéries paraitraient incapables de transformation naturelle.


© Xavier Charpentier (Le charpentier est un professionnel du bâtiment qui réalise et pose des assemblages participant à la constitution de l'immeuble dont les composantes sont la charpente et l'ossature générale.) CC 4.0.
Figure: Conservation de la transformation naturelle chez des bactéries légionelles. Chaque cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci étant...) (ou secteur) représente un isolat clinique de légionelle, coloré en fonction de sa capacité à réaliser la transformation. Les bactéries en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) sont incapables de réaliser la transformation alors que celles en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et...) de plus en plus foncé montrent des niveaux croissants de transformation. Il apparaît que la moitié des isolats de légionelles sont ainsi incapables de transformation (jaunes). Les isolats cliniques sont reliés en fonction de leur degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de parenté (phylogenetic relationship, cgMLST), et il est à noter que la transformation paraît variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou...) même pour des isolats très proches (par exemple dans le "camembert" central). Environ un tiers des bactéries en jaune sont porteuses du plasmide (Un plasmide désigne en microbiologie ou en biologie moléculaire une molécule d'ADN disctincte de l'ADN chromosomique, capable de réplication autonome. Le terme plasmide fut introduit...) pLPL et qui est responsable de leur incapacité à transformer.

Les bactéries ont la capacité de changer les gènes de leur chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les chromosomes...). Elles peuvent en effet capter l'ADN libéré par d'autres bactéries présentes dans leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) proche, et l'intégrer à leur chromosome. Ce mécanisme appelé transformation naturelle, découvert chez la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les...) pneumocoque en 1929, participe au phénomène de transfert "horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers...)" de gènes entre bactéries. Transmettre des gènes paraît évidemment avantageux, et est souvent présenté comme responsable de la dissémination de la résistance aux antibiotiques, un problème majeur de santé publique (La santé publique peut être définie de diverses manières. On peut en effet la présenter comme « l'étude, d'une part, des déterminants...). La transformation naturelle, est reconnue chez un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) croissant de bactéries. La plupart des bactéries possèdent en effet les gènes leur permettant de réaliser cette transformation génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.). Cependant, certaines espèces en apparaissent incapables. De plus, au sein d'une même espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de...), certaines bactéries semblent avoir perdu cette capacité. Pourquoi ?

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont exploité une collection d'isolats cliniques de légionelles (Legionella pneumophila), assemblée par le Centre national de référence des légionelles (CNRL) dans le cadre de sa mission de surveillance épidémiologique. Les légionelles peuvent en effet causer la légionellose (La légionellose est une maladie infectieuse due à une bactérie d'origine hydrique de la famille des Legionellaceae (Brenner et al. 1979) dont la plus connue est Legionella...), une pneumonie (Une pneumopathie est une pathologie du tissu pulmonaire. Étymologiquement, il s'agit d'une maladie (-pathie) des poumons (pneumo-) ou pneumopathique au sens général du terme....) sévère dont la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) augmente ces dernières années. Le CNRL a ainsi fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un...) des ressources précieuses pour étudier la conservation de la transformation naturelle.

Les auteurs ont découvert que la capacité de transformation naturelle était variable, et en particulier très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de...) dans des légionelles parfois très proches. Ils ont alors réalisé une étude d'association à l'échelle du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des molécules d'ARN). Il...) (GWAS) pour rechercher les facteurs génétiques responsables. Ce type d'étude GWAS, une des premières au monde (Le mot monde peut désigner :) sur des organismes bactériens, a ainsi permis d'identifier un élément génétique mobile commun chez les bactéries appelé plasmide. Ces plasmides sont capables de se transférer d'une cellule bactérienne à une autre. Le plasmide identifié utilise alors un ARN non-codant pour "éteindre" les gènes dont sa bactérie hôte a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les besoins...) pour réaliser la transformation naturelle. De tels facteurs inhibiteurs sont présents chez d'autres plasmides de Légionelles et qui sont libres dans le cytoplasme ou intégrés au chromosome. Dans certaines espèces de légionelles (Legionella israelensis et Legionella geestiana), ils semblent si fréquents que ces espèces paraissent incapables de transformation naturelle. Ainsi, ces plasmides expliquent pourquoi certaines bactéries semblent avoir perdu la capacité de transformation naturelle. Mais leur présence chez des espèces actuellement considérées comme incapable de transformation naturelle suggérerait aussi justement l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel...).

Pour en savoir plus:
Diverse conjugative elements silence natural (Natural est un langage de programmation semi-compilé, édité par la société allemande Software AG.) transformation in [i]Legionella species.[/i]
Durieux I, Ginevra C, Attaiech L, Picq K, Juan PA, Jarraud S, Charpentier X.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Sep 10;116(37):18613-18618. doi: 10.1073/pnas.1909374116.
Epub 2019 Aug 27.

Contact chercheur:
Xavier Charpentier - Chercheur Inserm au Centre national de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) en infectiologie (CIRI) - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Inserm / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis,...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) / ENS Lyon
xavier.charpentier at inserm.fr
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