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Posté par Adrien le Lundi 06/06/2011 à 12:00
Mutations: quand les bénéfices plafonnent
Les mutations bénéfiques au sein d'une population bactérienne s'accumulent au cours de l'évolution mais sa performance tend vers un plateau. Les modèles théoriques de l'évolution doivent donc prendre en compte un « frein » dans le bénéfice attendu sur la survie et la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) des organismes: ce phénomène (appelé épistasie négative) vient, pour la première fois, d'être démontré expérimentalement. Fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La paroi de...) d'une collaboration franco-américaine, incluant une équipe du laboratoire adaptation et pathogénie des micro-organismes (CNRS / Université Joseph Fourier), ces résultats sont publiés dans Science le 3 juin 2011.


Bactérie Escherichia coli (E. coli)
Photo by Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU (L'Emu, ou Emu - Austral Ornithology, est la publication officielle de Birds Australia (anciennement la Royal Australasian Ornithologists Union). La revue publie des articles sur...)

Cette étude a été rendue possible grâce à une expérience unique au monde (Le mot monde peut désigner :), conduite depuis plus de vingt ans dans un laboratoire de l'Université d'État du Michigan. Des bactéries Escherichia (Escherichia est un genre de bactéries de la famille des Enterobacteriaceae, qui colonise l'intestin de l'homme et d'autres animaux. L'espèce la plus répandue est E. Coli.) coli y sont cultivées nuit et jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...), 365 jours par an, et les chercheurs effectuent des prélèvements à intervalles réguliers dans les populations, afin d'analyser leur évolution. Au cours de cette longue expérience, il a été démontré que certaines bactéries – les mieux adaptées à l'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...) – prenaient le dessus sur le reste de la population au fil des générations. En d'autres termes, la sélection naturelle est à l'œuvre. La conservation des souches bactériennes par congélation permet aux chercheurs de garder la mémoire de cette évolution. Mieux, ils peuvent « revivifier » à volonté la souche ancestrale et toutes les souches isolées au cours de l'évolution, pour la comparer aux bactéries présentes au bout, par exemple, de 50 000 générations (ce qui, à l'échelle humaine, correspond à près de deux millions d'années). Ils peuvent ainsi quantifier l'adaptation des bactéries à leur environnement au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), en évaluant le taux de reproduction (ou « fitness ») des souches récentes par rapport à celle des souches plus anciennes.

Le responsable de cette étude, Richard Lenski, a initié des collaborations avec plusieurs laboratoires internationaux, parmi lesquels l'équipe de Dominique Schneider du laboratoire adaptation et pathogénie des micro-organismes (CNRS / Université Joseph Fourier). L'utilisation des techniques modernes de génomique – l'analyse des génomes entiers et non plus de quelques gènes – permet de caractériser de manière exhaustive les mutations survenues au cours de l'évolution des bactéries, et en particulier celles qui ont un effet bénéfique, responsables de l'augmentation de la valeur sélective de la population. Ici, les chercheurs se sont intéressés aux interactions entre plusieurs de ces mutations. Après avoir identifié les cinq premières mutations bénéfiques combinées successivement et spontanément dans la population bactérienne, les scientifiques ont généré, à partir de la souche ancestrale de bactéries, 32 souches mutantes présentant toutes les combinaisons possibles de chacune de ces cinq mutations. Ils ont alors constaté que le bénéfice lié à la présence simultanée des cinq mutations était inférieur à la somme des bénéfices individuels conférés par chacune d'entre-elles. L'épistasie tend ainsi à réduire le bénéfice conféré par de nouvelles mutations bénéfiques, à mesure qu'elles apparaissent chez des individus de plus en plus adaptés. Un phénomène qui explique le ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) du taux d'adaptation, constaté au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) et à mesure que les organismes vivants continuent à s'adapter.

Ainsi, les mutations bénéfiques s'accumulent au cours de l'évolution, mais la performance de la population bactérienne, elle, tend vers un plateau. Les modèles théoriques d'évolution, dont l'objectif est d'en prévoir les résultats, doivent donc inclure un « frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) », lié à ce phénomène d'épistasie négative, dans le bénéfice attendu sur la survie et la capacité de reproduction des organismes. Ces travaux démontrent en outre l'existence de réseaux de gènes connectés entre eux, et laissent entrevoir la possibilité de les cartographier, pour mieux comprendre et anticiper leurs interactions.

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Source: CNRS