samedi 26 mars 2016

La vie est possible avec seulement 473 gènes

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : génétique, génome, microbiologie


 
Mycoplasma genitalium


La recherche des éléments essentiels pour créer une être vivant est une quête très ancienne et il semble que l'on commence à avoir une réponse scientifique à cette question après avoir eu beaucoup de réponses spéculatives dans la littérature. Le chercheur-entrepreneur Craig Venter, qui s'était illustré il y a une quinzaine d'années dans le séquençage total du génome humain, vient d'annoncer dans le dernier Science avoir synthétisé un ADN contenant seulement 473 gènes permettant à une bactérie de vivre. Le projet s'appelle Minimal Genome Project.

Le but de Craig Venter est de pouvoir former des cellules artificielles fonctionnelles, capables de synthétiser à façon des produits d'intérêts thérapeutiques ou industriels. En 1995, il avait séquencé l'un des organismes avec le plus petit génome, la bactérie gram négative Mycoplasma genitalium, et ses 525 gènes sur 580 kilobases. En inactivant chacun de ses gènes, Venter s'est rendu compte que seuls 375 gènes étaient vraiment essentiels à la survie, mais il faut en plus d'autres gènes pour pouvoir se reproduire et proliférer correctement. 

Les chercheurs ont synthétisé l'ADN entièrement par des procédés chimiques (synthèse oligonucléotidique), sans prendre des fragments existants et sont arrivés à faire vivre et reproduire des bactéries avec 473 gènes et 531 kilobases. Pour obtenir ce résultat, ils ont éliminé tout le génome d'une bactérie Mycoplasma et introduit le génome produit in vitro à la place. Et la bactérie a survécu et s'est multipliée sans problème (temps de génération = 3h ce qui n'en fait pas une bactérie de course mais est quand même suffisamment rapide par rapport à d'autres types de cellules (eucaryotes par exemple)). Peut-on parler vraiment de bactérie "synthétique" ? On part tout de même d'une cellule pré-existante, même si au bout d'un certain temps tous ses constituants sont formés à partir des instructions de l'ADN synthétique. Le terme "vie synthétique" est tout de même un peu utilisé de manière abusive et marketing par Craig Venter dont la modestie n'est pas la qualité la plus évidente.

La bactérie répond au "joli" nom de JCVI-syn3.0. Le milieu nutritif de ces bactéries est particulièrement riche, ce qui permet d'éliminer un certain nombre de gènes qui codent des enzymes de certaines voies métaboliques (synthèse de vitamines par exemple). Il est clair qu'une telle bactérie ne survivrait pas dans des conditions naturelles.

Le plus étonnant c'est que sur 473 gènes essentiels, la fonction de 149 protéines codés à partir de ces gènes n'est pas clairement définie ! Ce qui revient à dire qu'un tiers environ des protéines essentielles à la vie constituent encore une boîte noire et que certains processus fondamentaux sont encore inconnus.

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lundi 7 mars 2016

La reproduction sexuée permet une adaptation accélérée à un nouvel environnement

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : reproduction sexuée, évolution




Source : http://www.nature/journal/vaop/ncurrent/fig_tab/nature17304_F1.html

Pourquoi faire compliqué (la reproduction sexuée) quand on peut faire plus simple (la reproduction sans sexe) ? Telle est la question ! De nombreuses études théoriques avaient montré que la reproduction sexuée permettait de mieux et plus rapidement s'adapter à son environnement lorsque ce dernier est changeant. En effet, plusieurs mutations favorables indépendantes auront plus de chance de se retrouver ensemble par le jeu des recombinaisons de la méïose et de la fécondation que par la reproduction asexuée. 

Précédemment, une étude chez une souche du nématode C. elegans qui a le choix entre reproduction sexuée et asexuée avait montré qu'en présence de parasites, c'étaient les populations réalisant le plus la reproduction sexuée qui étaient sélectionnées, contrairement au cas en absence de parasites. Cela démontrait que la reproduction sexuée a un coût plus important que la reproduction asexuée mais que lorsque les pressions de sélection sont importantes, ce surcoût est finalement "rentable".

Dans un article récent de Nature, des chercheurs ont travaillé cette fois-ci sur la levure. Ils avaient à leur disposition deux populations : l'une avec reproduction sexuée, l'autre avec reproduction asexuée et les chercheurs les ont fait évoluer sur 1000 générations dans un nouvel environnement. A différents moments durant cette expérience, les chercheurs ont séquencé les génomes et mis en évidence les nouvelles mutations. Si au départ les deux populations se sont comportés de manière similaire, la population avec de la reproduction sexuée a fini par avoir une croissance plus efficace. Ils ont pu montrer que la principale raison est la ségrégation des "bonnes" mutations des "mauvaises" au cours des recombinaisons génétiques de la reproduction sexuée permettant d'avoir des super-descendants avec de multiples bonnes mutations tout en "se débarrassant" des mauvaises mutations dans des impasses évolutives qui disparaissent très vite.  En gros, le sexe permet de trier plus facilement le bon grain de l'ivraie.



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