Les transposons ou les «gènes de saut» – les segments d'ADN qui peuvent passer d'une partie du génome à l'autre – sont essentiels à l'évolution bactérienne et au développement de la résistance aux antibiotiques.
Les chercheurs de l'Université de Cornell ont découvert un nouveau mécanisme que ces gènes utilisent pour survivre et se propager dans les bactéries avec l'ADN linéaire, avec des applications en biotechnologie et en développement de médicaments.
Dans un article sous embargo en science jusqu'à 14 heures HE le 6 mars 2025, les chercheurs montrent que les transposons peuvent cibler et s'insérer aux extrémités des chromosomes linéaires, appelés télomères, au sein de leur hôte bactérien. À Streptomyces – historiquement l'une des bactéries les plus importantes pour le développement des antibiotiques – ils ont constaté que les transposons contrôlaient les télomères dans près d'un tiers des chromosomes.
C'est une grande partie de leur biologie. Les bactéries sont comme ces petits bricoles. Ils collectent toujours ces pièces d'ADN mobiles, et ils font de nouvelles fonctions tout le temps – tout dans la résistance aux antibiotiques concerne vraiment les éléments génétiques mobiles et presque toujours des transposons qui peuvent se déplacer entre les bactéries. «
Joseph Peters, auteur principal, professeur de microbiologie, Université Cornell
Avec certaines technologies non disponibles il y a cinq ans, les chercheurs ont identifié plusieurs familles de transposons dans les cyanobactéries et les streptomyces qui, en utilisant différents mécanismes, peuvent se trouver et s'insérer dans le télomère, avec des avantages pour le transposon et leur hôte bactérien. D'une part, l'insertion à la fin du chromosome aide le transposon à éviter les gènes du fonctionnement central de la cellule, qui résident au milieu des chromosomes; Les transposons qui peuvent cibler les extrémités sont moins susceptibles de perturber une fonction essentielle ou de provoquer la mort cellulaire.
« Si vous pouviez cibler la fin, vous êtes moins susceptible de supprimer quelque chose que l'hôte veut, puis ces fins, par divers systèmes, sont transférées entre les cellules », a déclaré Peters. « Pour que tout élément survive – un transposon, des bactéries – ils doivent vraiment être en mesure de faire ces deux choses: ils ne doivent pas causer trop de dégâts, et ils ont besoin d'un moyen de passer à de nouveaux hôtes. En insérant dans les télomères, ils sont capables de faire les deux. »
Des transposons ont été trouvés regroupés aux extrémités du chromosome dans les cellules eucaryotes, mais c'est la première fois qu'elle est documentée dans les bactéries avec des chromosomes linéaires, et les chercheurs ont constaté que les transposons bactériens (contre les eucaryotes) utilisent des mécanismes uniques pour contrôler les télomères.
Les transposons sont généralement flanqués de séquences de liaison aux protéines qui indiquent où acciser l'élément ADN et le déplacer vers un nouvel emplacement. À Streptomyces, les chercheurs ont observé que les transposons des télomères étaient unilatéraux, avec une séquence de transposon traditionnelle à une extrémité, l'autre extrémité étant le télomère. Cela permet au transposon fonctionnellement d'être le télomère, ce qui le rend essentiel à la cellule en général.
« Ce qu'il leur permet de faire est de devenir essentiel pour l'hôte, car ils contrôlent maintenant le télomère, et si l'élément était supprimé avec ce système, l'hôte mourrait », a déclaré Peters.
Les chercheurs ont trouvé une sous-famille de transposons ciblant les télomères qui cooptaient un système CRISPR – normalement utilisé par les bactéries pour se défendre contre les virus – pour cibler et s'insérer dans les extrémités chromosomiques. Ce processus est une confirmation supplémentaire des recherches antérieures dans le laboratoire de Peters qui ont trouvé des transposons utilisant des systèmes CRISPR pour se déplacer dans les génomes, ouvrant le potentiel d'un nouvel outil d'édition génétique qui permettrait d'insérer de plus grandes sections d'ADN que le CRISPR-CAS9, désormais largement utilisé.
« Les transposons continuent de saisir ces systèmes et de les coopter de différentes manières », a déclaré Peters. « Dans cet article, nous avons expliqué un nouvel de ces éléments utilisant un système CRISPR-CAS pour cibler les télomères. »
Les idées – en particulier sur les Streptomyces, qui sont difficiles à manipuler dans le laboratoire et explique la découverte de bon nombre de nos antibiotiques – pourraient s'avérer utiles pour le développement de médicaments, car les transposons conduisent à l'évolution bactérienne et peuvent diriger les chercheurs vers de nouveaux antibiotiques et autres produits utiles codés sur ces transposons.
« La majeure partie de la vie sur la planète est des microbes, et spécifiquement des bactéries », a déclaré Peters. « Nous voulons comprendre comment fonctionnent ces organismes vivants, mais nous voulons ensuite voir comment nous pouvons utiliser ces systèmes pour l'amélioration de l'humanité. »
Les co-auteurs comprennent les chercheurs postdoctoraux Shan-Chi (Popo) Hsieh et Michael T. Petassi; Doctorat Richard Schargel; et partenaires de l'Université de Genève, Orsolya Barabas et Máté Fülöp.
La recherche a été soutenue par le financement des National Institutes of Health et du Conseil de recherche européen.
