Complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbioses

La Complexification des Génomes : Transferts Horizontaux et Endosymbioses

La complexification des génomes ne se limite pas aux mutations etaux accidents de méiose ; elle est également profondément influencée par des échanges de matériel génétique, parfois entre organismes non étroitement apparentés. Ces mécanismesconduisent à une diversité génétique et à des adaptations évolutives importantes.

I – Des échanges génétiques par transferts horizontaux favorisant la modification du génome

1/ Définitions

Le transfert horizontal de gène (ou transfert latéral) est le processus par lequel un organisme acquiert du matériel génétique d'un autre organisme sans être sondescendant direct, c'est-à-dire en dehors du contexte de la reproduction sexuée. Il s'oppose au transfert vertical héréditaire, qui se fait des parents aux enfants.

Ces transferts peuvent survenir entre individus de la même espèce ou entre espèces différentes, et les gènes ainsi transférés peuvent avoir un rôle évolutif majeur, souvent médiatisé par des virus.

2/ Mise en évidence des transferts bactériens horizontaux

Les expériences historiquesde Griffith et Avery ont démontré que la molécule d'ADN est le support du transfert horizontal. Elles ont montré la transformation de bactéries de souche "R" en "S" par l'intégration d'un fragment d'ADN provenant de bactéries "S" dans leur génome.

Ces expériences historiques révèlent que l'universalité de l'ADN et l'unicité de sa structure dans le monde vivant permettent ces transferts horizontaux, y compris par des mécanismes tels que la conjugaison bactérienne ou via des virus agissant comme vecteurs de gènes.

3/Les différents types de transferts horizontaux

a. La transformation bactérienne

Lorsqu'une bactérie est détruite, elle libère dans l'environnement de l'ADN. Ce dernier peut être absorbé par d'autres bactéries et intégré à leur génome, changeant ainsi leur génotype. Ce mécanisme est appelé transformation. De nombreuses bactéries possèdent des protéines spécialisées pour l'absorption de cet ADN.

b. Les transferts viraux

Le séquençage des génomes a révélé que l'ADN humain contient 8 à 10% d'ADN d'origine virale, et jusqu'à 50% chez le maïs.

Les virus parasitent les cellules en y intégrant leur génome. Un virus est constitué d'une enveloppe protéique et d'une informationgénétique (ADN pour les adénovirus, ARN pour les rétrovirus). Pour se reproduire, un virus doit infecter une cellule hôte, introduisant son matériel génétique dans le génome de l'hôte (les rétrovirus effectuent d'abord une transcription inverse de l'ARN en ADN).

Cette capacité des virus à insérer leur ADN dans le génome de l'hôte constitue une forme de transfert viral, modifiant le génome de l'individu hôte et soulignant encore l'universalité de l'ADN.

Un exempled'actualité est le lien entre les protéines Spike du virus Covid et les protéines syncitines.

c. Les conjugaisons bactériennes

La conjugaison est un mécanisme de transfert horizontal de gènes chez les bactéries. Les bactériespossèdent des petites molécules d'ADN circulaires appelées plasmides, distinctes du chromosome bactérien.

Les plasmides, contenant quelques gènes, peuvent être transférés d'une bactérie à une autre par des ponts cytoplasmiques. Ces transferts se produisent généralement entre bactéries de lamême espèce, mais peuvent aussi avoir lieu entre espèces différentes, voire entre bactéries et cellules eucaryotes.

La conjugaison est une recombinaison génétique cruciale pour l'adaptation bactérienne, notamment pour l'acquisition de caractères avantageux comme la résistance aux antibiotiques.

• Acquisition d’une résistance aux antibiotiques : Ce phénomène est un problème de santé publique majeur. L'utilisation excessive d'antibiotiques a mené à une augmentation des bactéries antibiorésistantes. L'OMS a même alerté sur ce risque, comme la "super gonorrhée".
• Production de molécules thérapeutiques : L'industrie biomédicale utilise ces mécanismes pour des transferts de gènes artificiels, permettant aux bactéries ou levures de produire des molécules d'intérêt thérapeutique.

II/ Endosymbiose et diversificationdu vivant

La symbiose est une association durable et mutuellement bénéfique entre organismes d'espèces différentes. Lorsque l'un des partenaires vit à l'intérieur des cellules de l'autre, on parle d'endosymbiose (ex: zooxanthelles dans les cellules coralliennes).

À la fin du XIX^ème siècle, l'idée que les chloroplastes et les mitochondries des cellules eucaryotes provenaient de l'endosymbiose de bactéries a été émise. Cette théorie endosymbiotique, popularisée par Lynn Margulis dans les années 1960, est aujourd'hui largement acceptée.

Cette hypothèse est étayée par de nombreuses ressemblances entre ces organites et les bactéries :

• Lataille des organites.
• La présence d'une double membrane.
• La présence d'ADN mitochondrial et chloroplastique.
• Un mode de division comparable à celui des bactéries.

La comparaison des génomes a confirmé cette origine, montrant que l'ADN mitochondrialet chloroplastique est étroitement apparenté à celui des bactéries et cyanobactéries, et qu'une partie de leur génome a été transférée vers le génome nucléaire de l'hôte. Ces organites, capables de se diviser de manière autonome avec leur propre information génétique, sont transmis aux cellules filles indépendamment du noyau, ce qui est appelé hérédité cytoplasmique.