Amélioration de l'adaptation : les bactéries peuvent tirer parti du matériel génétique d'autres bactéries.
L'échange d'informations génétiques améliore la capacité d'adaptation des bactéries à des conditions environnementales changeantes
Les bactéries peuvent échanger du matériel génétique entre elles, et même entre espèces. Plutôt que d'être transmise de l'ancêtre à la progéniture, l'information génétique est échangée entre organismes vivant au même moment. En caractérisant systématiquement les effets de ce transfert horizontal de gènes, des chercheurs de l'Institut de physique biologique de l'université de Cologne ont découvert qu'ils pouvaient prédire si le transfert de gènes accélère l'adaptation à certaines conditions de croissance. Le groupe a généré une série d'hybrides de la bactérie Bacillus subtilis et d'espèces bactériennes apparentées par transfert horizontal de gènes. Ils ont ensuite testé la capacité d'adaptation de ces bactéries à des facteurs environnementaux tels que la température et l'approvisionnement en nourriture. Ils présentent leurs résultats dans l'article "Distribution of fitness effects of cross-species transformation reveals potential for fast adaptive evolution" publié dans The ISME Journal.
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Une seule espèce bactérienne ne possède qu'un génome relativement petit et ne se reproduit qu'en copiant sa propre information génétique. Sa capacité d'adaptation est donc limitée. En revanche, en communauté avec d'autres espèces, les bactéries peuvent acquérir du matériel génétique de leurs voisines et l'incorporer à leur propre génome.
Mais les bactéries peuvent-elles réellement améliorer leurs chances de survie grâce à ce nouveau matériel génétique ? Dans quelles conditions cela présente-t-il un avantage ? Le professeur Dr Berenike Maier et son équipe ont exploré ces questions, en montrant dans une expérience d'évolution que les bactéries bénéficient du matériel génétique d'autres bactéries dans certaines conditions de croissance.
Les chercheurs ont généré un grand nombre d'hybrides entre le "bacille du foin" Bacillus subtilis et des espèces de Bacillus apparentées par transfert horizontal de gènes et ont déterminé leur aptitude. L'aptitude décrit la vitesse de reproduction d'un hybride par rapport à la bactérie non modifiée, appelée souche parentale. Une croissance rapide signifie qu'une espèce bactérienne peut en déplacer une autre et ainsi parvenir à dominer ses propres descendants. Pour tester leur capacité d'adaptation, les chercheurs ont déterminé l'aptitude des hybrides dans différentes conditions environnementales, telles qu'une température élevée ou différentes sources de nourriture. Nous avons obtenu une distribution différente des effets de l'adaptation pour chaque condition. La question importante était maintenant de savoir si nous pouvions prédire à partir de là si le transfert horizontal de gènes augmenterait l'adaptabilité dans une condition environnementale particulière", a déclaré Isabel Rathmann, l'un des principaux auteurs de l'étude.
Pour tester ces prédictions, les scientifiques ont conçu une expérience d'évolution à haut débit en collaboration avec le groupe de recherche du professeur Tobias Bollenbach. L'expérience a généré des populations de différents hybrides qui se sont fait concurrence pour les nutriments dans différentes conditions de croissance. L'utilisation d'un système à haut débit a permis d'observer des centaines de ces populations sur 450 générations bactériennes. Les premiers résultats indiquent qu'en utilisant la distribution des effets de fitness, des prédictions peuvent être faites sur les effets de fitness du transfert de gènes.
Nous avons constaté que dans la plupart des conditions de croissance, certains hybrides étaient mieux adaptés que la souche parentale. Ce résultat suggère qu'un patrimoine génétique partagé pourrait aider les bactéries à s'adapter à certaines conditions environnementales. Cependant, il existe également des conditions dans lesquelles le transfert de gènes ne confère pas d'avantage", a déclaré Mona Förster, un autre des auteurs principaux de l'étude. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'utiliser la méthode pour prédire spécifiquement quand le transfert horizontal de gènes accélérera l'adaptation des bactéries.
Le projet fait partie du Centre de recherche collaborative 1310 financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG), qui se concentre sur la prévisibilité de l'évolution. Au sein de ce réseau de recherche, les chercheurs continueront à explorer la possibilité de faire des prédictions sur les coûts et les avantages du transfert horizontal de gènes chez les bactéries.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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