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Posté par Michel le Samedi 30/07/2011 à 12:00
A, C, G, ? - Évolution chimique d'un génome bactérien

© IG/CEA
Une équipe internationale composée de chercheurs de l'Institut für Biologie (Freie Universität, Berlin), du CEA (IG/Genoscope - Évry), du CNRS, de l'Université d'Evry, de la Katholieke Universiteit (Leuven) et de la société Heurisko (États-Unis) a, pour la première fois, réussi à concevoir une 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...) viable dans laquelle une des quatre bases de l'ADN a été remplacée par un composé analogue synthétique.

A terme, la bactérie ainsi obtenue présenterait l'avantage de dépendre de ce composé, absent dans la nature, et ne pourrait ni entrer en compétition, ni échanger de matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) avec les organismes sauvages.

Ce résultat fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d'une publication intitulée Chemical evolution of a bacterium's genome dans la revue Angewandte Chemie International Edition du 25 juillet 2011.

L'information génétique de tous les êtres vivants est stockée dans leur ADN qui est composé d'un enchaînement de bases constituant une sorte "d'alphabet du vivant". Ces bases, au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de quatre, sont plus connues sous les lettres A (adénine), T (thymine), G (guanine) et C (cytosine). Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution,...), coordonné par Rupert Mutzel (Institut für Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre...), Berlin) et Philippe Marlière (Heurisko USA Inc.) et mené expérimentalement par des chercheurs du CEA et de l'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, au moment...) de Louvain, visait à totalement remplacer, au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) 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 contient en...) de bactéries appartenant à l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon...) Escherichia coli (Escherichia coli, également appelé colibacille ou E. coli, est une bactérie intestinale des mammifères très commune chez...) K12, la thymine par le composé 5-chloro-uracile, toxique à forte dose pour les êtres vivants.

Les chercheurs ont mis en oeuvre une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) originale, développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...) par Ph. Marlière et R. Mutzel, qui permet l'évolution dirigée d'organismes dans des conditions strictement contrôlées. Il s'agit d'un dispositif de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) automatisée de cellules (cf. photo) dans lequel de larges populations de bactéries sont cultivées, de façon prolongée, en présence d'un composé chimique toxique à des concentrations sub-létales. Ces conditions de cultures entraînent alors la sélection de variants génétiques tolérant des concentrations plus élevées de ce composé toxique. En réponse à l'apparition de ces variants dans la population cellulaire, le dispositif automatisé adapte la composition du milieu de culture pour imposer une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de sélection constante.


Dispositif de culture automatisée de cellules, Genoscope. ©C.Dupont/CEA

Ce protocole d'évolution en culture continue, réalisé au Genoscope, a été appliqué à des bactéries appartenant à l'espèce 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 K12 incapables de synthétiser la base naturelle thymine et donc dépendantes de son apport par le milieu de culture. Après environ 1000 générations cellulaires sous ce régime de culture, en présence de 5-chloro-uracile et de thymine en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) toujours minimale, des descendants de la souche originelle ont été obtenus, capables de croître en la seule présence du composé 5-chloro-uracile. L'analyse de l'ADN de ces bactéries démontre le remplacement quasi-total de la base T par le 5-chloro-uracile, ainsi que la présence de nombreuses mutations. Les chercheurs vont maintenant s'intéresser à la contribution respective de ces mutations pour l'adaptation des bactéries à l'utilisation d'une base halogénée.

Ce changement radical dans la composition chimique d'un organisme vivant présente un grand intérêt pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en...). De plus, comme l'explique Ph. Marlière, "ces travaux constituent une avancée importante de la xénobiologie, une branche émergente de la biologie synthétique". Cette discipline récente des sciences de la vie (La vie est le nom donné :) a pour objectif la conception d'organismes non naturels dotés de capacités métaboliques optimisées pour l'élaboration de modes alternatifs de synthèse. Ces derniers devraient permettre la production de composés chimiques d'intérêt, notamment dans le domaine de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Dans cette perspective, les organismes synthétiques, comme ceux sélectionnés ici, présenteraient l'avantage de dépendre, pour la constitution de leur matériel génétique et leur prolifération, uniquement de composés absents dans les milieux naturels. A terme, ils ne pourront ainsi ni entrer en compétition, ni échanger de matériel génétique avec les organismes sauvages et sont voués à disparaître en absence du xénobiotique dont ils dépendent.


Photo gauche: cellules bactériennes d'E. Coli dépendante d'un apport en un des 4 composants universel de l'ADN, la thymine - ©IG/CEA. Photo droite: les cellules après adaptation à un dérivé non naturel de la thymine (Chloro-uracile) - ©IG/CEA.


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Source: CEA