Transfert horizontal de gènes

Le transfert horizontal de gènes entre deux bactéries d'espèces différentes a été décrit pour la première fois en 1959 dans une publication japonaise démontrant l'existence du transfert de la résistance aux antibiotiques entre différentes espèces de bactéries[1]^,[2]. Cependant cette recherche a été ignorée en Occident pendant une dizaine d'années. Michael Syvanen a été parmi les premiers biologistes occidentaux à étudier la fréquence des transferts horizontaux de gènes. Syvanen a publié une série d'articles sur le transfert horizontal de gènes à partir de 1984[3], prédisant que le transfert horizontal de gènes existe, qu'il a une importance biologique réelle, et que c'est un processus qui a façonné l'histoire de l'évolution dès le début de la vie sur Terre.

Comme Jain, Rivera et Lake (1999) l'ont dit : « De plus en plus, les études sur les gènes et les génomes, indiquent que de nombreux transfert horizontaux ont eu lieu entre les procaryotes. »[4] (voir aussi Lake et Rivera, 2007[5]). Le phénomène semble avoir eu une certaine importance pour les eucaryotes unicellulaires également. Comme Bapteste et al. (2005) l'observent, « de nouveaux éléments donnent à penser que le transfert de gènes peut également être un important mécanisme d'évolution chez les protistes »[6].

Il existe des preuves que les plantes supérieures et les animaux ont également acquis des gènes par transferts horizontaux. Toutefois, Richardson et Palmer (2007) indiquent :

« Le transfert horizontal de gènes a joué un rôle majeur dans l'évolution bactérienne et est assez courant dans certains eucaryotes unicellulaires. Toutefois, sa prévalence et son importance dans l'évolution des eucaryotes pluricellulaires demeurent obscures. »

— Richardson et Palmer , [7]

En raison de l'augmentation du nombre de faits connus suggérant l'importance de ces phénomènes dans l'évolution, des biologistes moléculaires, tels que Peter Gogarten ont décrit le transfert horizontal de gènes comme « un nouveau paradigme pour la biologie »[8] .

Le transfert horizontal de gènes semble également répandu parmi les Archaea[9] et entre bactéries. Ce processus est considéré comme un des facteurs principaux de l'augmentation de la résistance des bactéries aux antibiotiques. Une fois la résistance acquise par une cellule, elle peut être transmise entre des bactéries d'espèces différentes et parfois même de genres différents. Il y a trois systèmes principaux d'échange de matériels génétiques chez les procaryotes:

• La conjugaison qui consiste en un transfert d'ADN d'une bactérie à une autre, généralement de la même espèce, via un contact de cellule à cellule (par pili sexuel par exemple).
• La transformation, ce mécanisme est commun chez les bactéries, moins chez les eucaryotes. Elle consiste en la prise d'un matériel génétique extracellulaire (provenant d'une bactérie morte...) par un autre organisme. Elle est souvent utilisée en génie biologique afin d'insérer de nouveaux gènes dans des bactéries.
• La transduction, processus par lequel l'ADN d'une bactérie est transporté dans une autre bactérie par le biais d'un virus.

L'analyse des séquences des génomes disponibles montre qu'un transfert de gènes a lieu entre les génomes chloroplastiques et mitochondriaux et le génome nucléaire. Comme indiqué par la théorie endosymbiotique, les mitochondries et les chloroplastes ont probablement comme origine une bactérie endosymbiote d'un ancêtre de la cellule eucaryote[10].

Le transfert horizontal de gènes entre les bactéries et certains champignons, en particulier la levure Saccharomyces cerevisiae, a été également décrit[11].

Il existe également des preuves de transfert horizontal de gènes mitochondriaux entre un parasite de la famille des Rafflesiaceae et son hôte[12]^,[13], ou encore à partir de chloroplastes d'une plante encore non identifiée vers les mitochondries du haricot[14].

Un cas de transfert entre une algue (Vaucheria) et un mollusque qui la consomme (Elysia) a été décrit en 2008[15].

En 2009, une étude (sur des plantes) suggère que le greffage est une voie pour le transfert horizontal de gènes[16].

En 2010, des chercheurs de l'université d'Arizona ont mis en évidence dans le génome du puceron l'existence de gènes transférés à partir de fungi[17], l'expression de ces gènes permettant la production de caroténoïde chez cette espèce animale.

Les mécanismes précis mis en jeu sont encore inconnus. Une hypothèse est que l'insertion de transposons dans la cellule hôtesse se ferait grâce à des virus transportés par un vecteur[18] : champignon du sol, ver, puceron, insecte piqueur, plante parasite, etc.

Une étude a montré que des transferts horizontaux de gènes ont pu avoir lieu entre un virus géant, le Mimivirus, et certaines bactéries. Le Mimivirus possède en effet un gène codant une topoisomérase proche de celle retrouvée chez les bactéries[19].

Le transfert horizontal de gènes est un facteur d'erreur important dans la création d'arbres phylogénétiques[20].

Le biologiste Johann Peter Gogarten a constaté que « la métaphore originelle d'un arbre, ne correspond plus aux données provenant des récentes analyses de génomes », et que « les biologistes devraient utiliser l'image d'une mosaïque pour décrire les différentes histoires combinées dans un génome unique, et l'image d'un filet pour signifier la multitude d'échanges et d'effets coopératifs qu'a le transfert horizontal sur les microbes »[21]. On parle alors de réseaux phylogénétiques.

Hervé Le Guyader dans la préface de l'ouvrage d'Eric Bapteste indique « Par les transferts horizontaux, les arbres deviennent des réseaux ; par la complexité des échanges dans les écosystèmes, les cycles deviennent des réseaux. [.] Par les réseaux, [il est maintenant possible] d'étudier de manière logique les interactions dans l'espace et le temps entre entités biologiques, même provenant de niveaux d'organisation différents. »[22]

Deux techniques exploitent les transferts horizontaux de gènes :

• La transgenèse, qui permet de produire des êtres vivants possédant des gènes provenant d'une autre espèce. Certains OGM sont issus de cette technique.
• La thérapie génique, qui permet de réparer, en général localement un génome défaillant (maladie génétique).

L'existence de ces transferts de gènes horizontaux naturels relativise doublement les dangers supposés des OGM et des thérapies géniques. Premièrement les données scientifiques montrent que ces transferts sont extrêmement rares (du moins ceux qui se maintiennent et qui sont fonctionnels) et ne provoquent pas de déséquilibre écologique. Les risques de transferts horizontaux lié au OGM sont considérés comme négligeable en termes de danger environnemental et sanitaire[23]^,[24]. Deuxièmement les transgénèses n'ont pas d'effet plus perturbateur sur l'ADN que des modifications naturelles (mutation et croisement)[25]^,[26].

La nutrition, avec le temps, peut rendre possible les transferts horizontaux de gènes du bol alimentaire vers les bactéries intestinales de l’Homme.

L'algue rouge Porphyra est une algue comestible qui entre dans la préparation des sushis et des makis. Les Japonais sont de grands consommateurs d’algues depuis très longtemps. Durant les dix mille dernières années, ils ont probablement hérité de cette capacité à dégrader les fibres des algues via leur microflore intestinale. Ceci par transfert horizontal des gènes bactériens marins (Zobellia galactanivorans) vers le génome des bactéries de la microflore intestinale (Bactéroides plebeius).

Les Japonais possèdent toute la machinerie génétique nécessaire à la dégradation et à la métabolisation complète du polysaccharide de la paroi de l'algue, le porphyrane. Ce qui leur confère la capacité à digérer les algues contrairement aux autres populations[27]^,[28]^,[29].

Bibliographie

Articles connexes

Liens externes