Les bactéries de Darwin - 22 janvier 2008

Conférence-débat et controverses
Organisée par la section de
Biologie moléculaire et cellulaire, génomique
Mardi 22 janvier 2008 de 14h30 à 17h
LES BACTÉRIES DE DARWIN
14 h 30 Introduction
Pascale COSSART, de l’Académie des sciences, Unité des
interactions bactéries-cellules, Institut Pasteur ; INSERM
U604, INRA USC 2020
14 h 35 Efficacité et robustesse chez les bactéries
Miroslav RADMAN, de l’Académie des sciences, Unité
INSERM de Génétique moléculaire, évolutive et médicale,
Faculté de médecine, Université René Descartes Paris V
14 h 50 Questions / discussion
15 h 00 Les microbes de l’enfer : reliques des origines de la
vie ou merveilles d’adaptation
Patrick FORTERRE, Unité de biologie moléculaire du gène
chez les extrêmophiles, Institut Pasteur
15 h 15 Questions / discussion
15 h 25 L’ADN simple-brin : molécule clef des transferts
génétiques horizontaux entre bactéries
Didier MAZEL, Unité Plasticité du génome bactérien, Institut
Pasteur
15 h 40 Questions / discussion
15 h 50 Souplesse et innovation chez les bactéries
Bernard GODELLE, Equipe Interactions, Institut des
Sciences de l’Evolution, Université de Montpellier II
16 h 05 Questions / discussion
16 h 15 Toutes les bactéries sont égales mais certaines sont
plus égales que d’autres : variabilité phénotypique
et vieillissement chez E. coli
François TADDEI, Equipe biologie des systèmes et
évolution, Faculté de médecine, Université René Descartes
Paris V
16 h 30 Questions / discussion
16 h 40 Discussion générale et conclusions
Contact : Académie des sciences de l’Institut de France
Services des séances – sandri[email protected]
Académie
des sciences
Grande salle
des séances
Palais de
l’Institut de
France
23, quai de
Conti
75006 Paris

Conférence débat et controverses « Les bactéries de Darwin »
Mardi 22 janvier 2008
Efficacité et robustesse chez les bactéries
Miroslav RADMAN, de l’Académie des sciences, Unité INSERM de
Génétique moléculaire, évolutive et médicale, Faculté de médecine,
Université René Descartes Paris V
La microbiologie moderne et la biologie moléculaire ont été fondées sur les
études des bactéries, telles que Escherichia coli et Salmonella typhimurium, qui
évoluent, comme la majorité des bactéries, par la sélection de l’efficacité – la
vitesse de croissance. Leur variabilité génétique, crée par les mutations
ponctuelles (variabilité verticale) et par l’acquisition des gènes nouveaux via le
transfert horizontal des gènes (variabilité horizontale), est le garant de l’adaptation
efficace à des conditions changeantes de la vie. Les mécanismes de la variabilité
sont eux mêmes génétiquement contrôlés en réponse aux stresses de
l’environnement. Cette capacité à évoluer à des vitesses variables est appelé
»l’évolutivité ». Les bactéries sont les championnes de l’évolutivité.
Mais il existe des bactéries qui semblent devoir leur succès plus à l’évolution de la
robustesse qu’à l’évolution de l’efficacité. On les trouve dans les milieux extrêmes
tels que les environnements arides (déserts, surface des rochés etc.), hautes ou
basses températures, haute concentration des sels, pressions élevées, etc. On
les appelle les bactéries extrêmophiles. Il y on a des ceux qui se sont adaptées à
une condition extrême et ne peuvent vivre que dans ce milieux extrême, et il y a
d’autres qui vivent dans les conditions standards (les mésophiles) mais peuvent
survivre les grands choques des extrêmes. Leur championne est la
polyextrêmophile Deinococcus radiodurans capable de survivre dans les déserts,
survivre les doses d’irradiations ionisantes cinq mille fois plus élevées que la dose
mortelle pour l’homme, la déshydratation dans le vacuum, les produits chimiques
très toxiques etc.
Nous commençons à creuser les secrets des mécanismes responsables de leur
formidable robustesse qui pourraient nous aider un jour à développer les
traitements anti-vieillissement.
Littérature :
Radman, M. (2001) Nature 413 : 115
Giraud et coll. Science (2001) 291 : 2606-2608.
Zahradka et coll., (2006) Nature 443:569

Conférence débat et controverses « Les bactéries de Darwin »
Mardi 22 janvier 2008
Les microbes de l’enfer : reliques des origines de la vie ou merveilles
d’adaptation
Patrick FORTERRE, Unité de biologie moléculaire du gène chez les
extrêmophiles, Institut Pasteur et Université Paris-sud
Les sources chaudes terrestres et sous-marines sont peuplées de microbes
unicellulaires acaryotes (sans noyau) capables de se multiplier à des
températures supérieures à 80°C. La grande majorité de ces « microbes de
l’enfer », que les scientifiques appellent hyperthermophiles, appartient aux
domaines des Archées, l’une des trois grandes divisions du vivant. Seules les
Archées sont capables de vivre à des températures supérieures à 95°C ; le
record actuel étant détenu par Pyrolobus fumarii, avec une température
maximale de croissance de 113°C. Il existe toutefois quelques bactéries
hyperthermophiles dont les températures maximales de croissance sont
comprises entre 80 et 95°C.
De nombreux scientifiques pensent que la vie est apparue à haute température,
dans des milieux hydrothermaux, et que les archées hyperthermophiles sont les
organismes qui ressemblent le plus au dernier ancêtre commun de tous les êtres
vivant actuels, LUCA (the Last Universal Cellular Ancestor). Toutefois, les
analyses génomiques et moléculaires ne sont pas en accord avec ce scénario.
La capacité à vivre à très haute température semble être une adaptation
secondaire qui est apparue chez les Archaea et a ensuite été transmise à
quelques bactéries par transfert de gènes.
On ne sait toujours pas si l’ancêtre commun des archées était un microbe de
l’enfer. La sélection Darwinienne des premiers hyperthermophiles a pu se
produire avant la formation de ce domaine ou juste après sa diversification en
deux grandes sous-divisions, (les Thaumarchaea d’une part et les Crenarchaea
et Euryarchaea, de l’autre). L’évenement clef de cette sélection a toutefois été
identifié, il s’agit de la création par recombinaison d’une nouvelle protéine se
fixant à l’ADN, la reverse gyrase, dont le rôle biologique précis reste toutefois
mystérieux.
Bibliographie
Forterre, P. Microbes de l’enfer, édition Belin

Conférence débat et controverses « Les bactéries de Darwin »
Mardi 22 janvier 2008
L'ADN simple-brin: molécule clef des transferts génétiques horizontaux
entre bactéries.
Didier MAZEL, Unité Plasticité du génome bactérien, Institut Pasteur
L’une des caractéristiques qui distingue les procaryotes des eucaryotes, est leur
capacité à évoluer en intégrant du matériel génétique d’origine exogène. Cette
propriété leur permet d’intégrer en une étape de nouvelles fonctionnalités souvent
complexes, et est à la base de leur grande « adaptabilité ». L’étude des
mécanismes d’échange génétique entre bactéries montre que l’ADN échangé
passe quasiment toujours par un intermédiaire simple-brin. l’ADN simple brin a
longtemps été considéré comme un ADN présent de façon exceptionnelle et
transitoire dans la cellule, durant la réplication, la transcription, et la réparation;
cette forme étant uniquement vouée à une dégradation ou à une conversion
rapide en ADN double brin. Les propriétés liées à ce passage transitoire simple-
brin, en particulier en terme de reconnaissance, et l’existence de possibilité de
codage inédites dans cette molécule, ouvrent de nouveaux champs
d’investigation et seront discutés.

Conférence débat et controverses « Les bactéries de Darwin »
Mardi 22 janvier 2008
Souplesse et innovation chez les bactéries.
Bernard GODELLE, Equipe Interactions, Institut des Sciences de
l’Evolution, Université de Montpellier II
Les Bactéries ont longtemps été négligées par les biologistes de l'évolution,
en raison de deux a priori négatifs : 1) il s'agirait d'organismes « primitifs »,
2) leur simplicité ne permettrait pas d'étudier les principaux mécanismes
évolutifs significatifs écologiquement. En outre, la reproduction sexuée a
longtemps été considérée comme une pièce maîtresse de la nature : des
organismes clonaux ou au mieux à parasexualité apparaissaient donc
comme extrêmement imparfaits. En fait, les Bactéries possèdent des outils
d'innovations diversifiés et efficaces, bien meilleurs que les dispositifs
souvent très rigides mis en place par les eucaryotes auxquels nous sommes
accoutumés de penser. Elles sont omniprésentes écologiquement, et rien de
significatif dans la vie eucaryote n'est indépendant de l'évolution
bactérienne, notamment de par leur remarquable capacité à s'associer à
d'autres organismes. Cette réalité est aujourd'hui de mieux en mieux prise
en compte chez les évolutionnistes et les écologistes, qui savent mieux
exploiter ce matériel d'étude fascinant.