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Le blog des Bactéries et de l'Evolution

Small is Microbiotiful : Carsonella ruddii

8 Décembre 2006 , Rédigé par Benjamin Publié dans #Microbiologie

J'entame ici une petite série "les génomes se séquencent, se suivent et ne se ressemblent pas" avec Carsonella ruddii (on m'a également suggéré le titre "On a toujours besoin d'un plus petit que soi", mais j'ai finalement gardé l'original).

Carsonella est une petite bactérie qui vit dans les cellules mêmes d'un insecte, et est nécessaire à leur fonctionnement ; on appelle donc cette association une "endosymbiose". J'ignore (=je n'ai pas trouvé) quel précieux service la bactérie rend à l'insecte, mais on a déjà observé une bactérie "endosymbiotique" se rendre indispensable à son hôte en l'empoisonnant et en fournissant l'antidote ; j'envisage un prochain billet sur ce système. Carsonella se divise dans les cellules de son hôte mais ne se propage entre individus que par transmission verticale, c'est à dire d'un parent à sa descendance, de la même façon que nous héritons nos mitochondries de l'ovule de notre mère. Une comparaison pas tout-à-fait innocente, comme nous le verrons plus loin.

La séquence du  génome de Carsonella a été publiée et commentée en Octobre dernier dans le prestigieux journal scientifique Science, un petit séisme dans la bactériologie la génétique. Jugez plutôt : le génome d'Escherichia coli, bactérie extrêment célèbre dans les laboratoires,  "pèse" un peu plus de 4 millions de paires de bases
ou "lettres" A, T, G, C (dont 4000 gènes environ), et les plus petits génomes bactériens (souvent des parasites intracellulaires comme Chlamydia), autour de 1 million. Pour comparaison, notre génome en compte 3 milliards, dont beaucoup semblent ne servir à rien, il est vrai. Le génome de Carsonella comprend seulement 160 000 paires de bases et 182 gènes codant pour des protéines (!), ce qui en fait de loin le plus petit génome d'être vivant cellulaire connu à ce jour,  restriction qui néglige le cas des virus.

J'ai souvent lu dans des argumentaires anti-évolutionnistes que "même la plus simple des bactéries devait posséder un génome d'au moins 1 million de bases" ; je suis content d'annoncer que d'une part Carsonella rabaisse cette barrière plus conceptuelle qu'expérimentale d'un ordre de grandeur, de l'autre que la plus "simple" ou la plus "primitive" des bactéries actuelles est tout de même le fruit de 3,5 milliards d'années d'évolution... il n'y a donc aucune preuve qu'une seule d'entre elles ne possède que le génome strictement nécessaire à la vie*.

Deuxième enseignement précieux de cette bactérie, apparemment optimisée pour la vie endosymbiotique, avec une grande proportion de gènes dans son génome qui en plus se recoupent, et, je ne me l'explique pas, le plus haut taux de bases A et T jamais observé : il s'agit d'un endosymbionte obligatoire, dont la transmission est nécessairement verticale et dont le génome tend à se réduire**.Ceci amène les chercheurs du domaine à voir cette bactérie comme un organite à part entière, au même titre que les mitochondries ou les chloroplastes qui ont déclaré leur dépendance il y a 2 milliards d'années***. Avec d'autres bactéries endosymbiotiques à des stades différents d'intégration, nous voyons donc comment l'évolution créé des organites, soit presque des organes à l'echelle de la cellule.



*De même, des travaux récents (par Craig Venter et sa femme me semble-t-il) ont cherché à déterminer le nombre de gènes minimal pour la survie d'une bactérie au génome déjà très réduit, Mycoplasma, et ce au moyen d'inactivations massives de gènes. Leur conclusion, 250 gènes environ sur 480, est évidemment biaisée par le choix de l'organisme modèle (Carsonella, non caractérisée à ce moment, aurait nécessairement donné un nombre moins élevé), par les conditions des expériences, par l'interdépendance des gènes, et ne donne donc qu'une provisoire borne supérieure. Voilà à mon avis les limites de l'approche "top-down", ou réduction du complexe pour parvenir au simple : 3,5 milliards d'années d'évolution ont trop complexifié le vivant, trop imbriqué les gènes pour qu'on puisse en réduire le nombre avec une approche aussi brutale. L'approche "bottom-up", qui consiste à partir du simple, voire de l'inanimé, pour voir émerger le complexe et pourquoi pas certaines propriétés du vivant, est plus prometteuse, mais aussi beaucoup plus difficile à mettre en oeuvre...

**Je ne vois pas de contradiction entre le fait que le cas de Carsonella diminue le nombre théorique de  gènes nécessaires et le fait que l'endosymbiose avec un eucaryote déjà complexe autorise la réduction de son génome. Dans mon esprit, les conditions aux origines de la vie étaient aussi clémentes que dans une confortable cellule hôte, surtout en l'absence de compétition biotique.

*** L'origine bactérienne de ces organites, pressentie dès 1905, est à présent bien établie, et continue de m'émerveiller. Si vous voulez, je peux assez rapidement plublier un nano-revue de ces arguments.

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herve 19/01/2009 14:25

Oui, mais à quel type de milieu « inerte mais riche » penses-tu ? La richesse dont a besoin une telle bactérie est produite par la vie.

Benjamin 19/01/2009 14:19

c'est le cas ici: la vie dans un autre organisme vivant permet de se passer de bon nombres de gènes ou de voies métaboliques, mais c'est également vrai dans un milieu inerte, mais riche.

herve 19/01/2009 14:11

Hum, je vais voir dans les billets suivants, mais je suis intéressé par toute référence sur cette idée d’un milieu originel particulièrement clément.Je me permets une objection naïve : est-ce que le fait de vivre dans une cellule animal ne permet pas de disposer de tout un tas de choses produites par le métabolisme de l’hôte, et donc de se passer de tout un tas d’enzymes, etc ? Chose difficile à réaliser dans un milieu inerte.

Timothée 09/12/2006 11:55

Salut, et merci pour ce billet super-intéressant!Effectivement, le taux de compaction du génome est assez spectaculaire...Le taux de base AT est vraiment très fort? Est-ce que ca ne serait pas un avantage réplicatif d'avoir un maximum de liaisons A/T, plus simples à rompre que les C/G (première hypothèse qui me vient, totalement à l'instinct, puisque cette bacto à l'air super optimisée)?Si jamais nanoreview (hum... encore plus petit que la minireview?) il y a, puis-je y participer même modestement (puisque le sujet est assez fascinant)? On en reparle sur le c@fé?Un autre cas de parasitisme intracellulaire assez exceptionnel est celui des bactéries parasites intranucléaires (Holospora Undulata) des paramécies... Modèle très pratique pour les expériences de coévolution, d'après ce qu'on m'en a expliqué.