Historiquement, les curieux fragments d'ADN contenus dans les génomes de tous les règnes du vivant ont été négligés car ils ne semblent pas jouer de rôle dans la compétition pour la survie. C'est du moins ce que pensaient les chercheurs.
Ces fragments d'ADN ont été appelés « éléments génétiques égoïstes » car ils existent, d'après les scientifiques, simplement pour se reproduire et se propager, sans aucun bénéfice pour leurs organismes hôtes. Ils étaient considérés comme des auto-stoppeurs génétiques qui ont été transmis sans conséquence d'une génération à l'autre.
Des recherches menées par des scientifiques de l'Université de Californie à San Diego ont apporté de nouvelles preuves montrant que ces éléments d'ADN ne sont peut-être pas si égoïstes que ça. Au contraire, ils semblent désormais jouer un rôle considérable dans la dynamique entre organismes concurrents.
Dans une publication publiée dans la revue Science, des chercheurs de l'École des sciences biologiques ont étudié les éléments génétiques égoïstes des bactériophages (phages), des virus considérés comme les organismes les plus abondants sur Terre. À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que les éléments génétiques égoïstes connus sous le nom d'« introns mobiles » confèrent à leurs hôtes viraux un avantage évident lorsqu'ils sont en compétition avec d'autres virus : les phages ont transformé les introns mobiles en armes pour perturber la capacité des virus phages concurrents à se reproduire.
C'est la première fois qu'il est démontré qu'un élément génétique égoïste confère un avantage compétitif à l'organisme hôte qu'il a envahi. Comprendre que les éléments génétiques égoïstes ne sont pas toujours purement « égoïstes » a de vastes implications pour une meilleure compréhension de l'évolution des génomes dans tous les règnes du vivant.
Erica Birkholz, co-première auteure de l'étude, chercheuse postdoctorale au Département de biologie moléculaire de l'Université de Californie à San Diego
Il y a plusieurs décennies, les biologistes avaient déjà remarqué l'existence d'éléments génétiques égoïstes, mais ils n'avaient pas été en mesure de caractériser le rôle qu'ils jouaient pour aider l'organisme hôte à survivre et à se reproduire. Dans la nouvelle étude, qui s'est concentrée sur l'étude des phages « géants », les chercheurs ont analysé la dynamique de deux phages co-infectant une seule cellule bactérienne et entrant en compétition l'un contre l'autre.
Les chercheurs ont étudié de près l'endonucléase, une enzyme qui sert à couper l'ADN. Les études ont montré que l'endonucléase de l'intron mobile d'un phage interfère avec le génome du phage concurrent. L'endonucléase est donc désormais considérée comme un outil de combat puisqu'il a été démontré qu'elle coupe un gène essentiel dans le génome du phage concurrent. Cela sabote la capacité du concurrent à assembler correctement sa propre progéniture et à se reproduire.
« Cette endonucléase intronique militarisée confère un avantage compétitif au phage qui la porte », a déclaré Birkholz.
Les chercheurs affirment que cette découverte est particulièrement importante dans la course aux armements évolutifs entre les virus en raison de la concurrence constante en matière de co-infection.
« Nous avons pu clairement définir le mécanisme qui confère un avantage et comment cela se produit au niveau moléculaire », a déclaré Chase Morgan, étudiant diplômé en sciences biologiques et co-premier auteur de l'étude. « Cette incompatibilité entre des éléments génétiques égoïstes devient une guerre moléculaire. »
Les résultats de cette étude sont importants, car les virus phagiques sont en passe de devenir des outils thérapeutiques dans la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. Les médecins ayant recours à des « cocktails » de phages pour combattre les infections dans le cadre de cette crise croissante, ces nouvelles informations sont susceptibles d'entrer en jeu lorsque plusieurs phages sont utilisés. Le fait de savoir que certains phages utilisent des éléments génétiques égoïstes comme armes contre d'autres phages pourrait aider les chercheurs à comprendre pourquoi certaines combinaisons de phages ne peuvent pas atteindre leur plein potentiel thérapeutique.
« Les phages étudiés peuvent être utilisés pour traiter les patients atteints d'infections bactériennes associées à la fibrose kystique », a déclaré Joe Pogliano, professeur de sciences biologiques. « Comprendre comment ils entrent en compétition les uns avec les autres nous permettra de créer de meilleurs cocktails pour la phagothérapie. »
Les auteurs de l'article sont : Erica Birkholz, Chase Morgan, Thomas Laughlin, Rebecca Lau, Amy Prichard, Sahana Rangarajan, Gabrielle Meza, Jina Lee, Emily Armbruster, Sergey Suslov, Kit Pogliano, Justin Meyer, Elizabeth Villa, Kevin Corbett et Joe Pogliano.
La recherche détaillée dans l'étude scientifique a été financée par une subvention de l'Emerging Pathogens Initiative du Howard Hughes Medical Institute, des National Institutes of Health (R01-GM129245 et R35 GM144121) et de la National Science Foundation (subvention IRM NSF DBI 1920374).
