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Le vaste monde microbien : bactéries et archées

Dossier - Les gènes voyageurs, clés de l'évolution
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Les gènes ne se transmettent pas que par l’hérédité : ils voyagent aussi entre organismes non apparentés ! Ce dossier détaille les mécanismes de transferts latéraux de l’ADN et montre en quoi cette découverte modifie nos représentations des processus évolutifs.

  
DossiersLes gènes voyageurs, clés de l'évolution
 

Beaucoup de biologistes sont d'accord pour ranger les organismes en trois grandes familles très anciennes, qu'on appelle les trois domaines du vivant : les eucaryotes, les bactéries et les archées. Toutes les cellules du monde connues pour le moment appartiennent alors à l'une de ces grandes catégories.

Structure typique d'une cellule animale. 1. Nucléole. 2. Noyau. 3. Ribosome. 4. Vésicule. 5. Réticulum endoplasmique rugueux (granuleux) (REG). 6. Appareil de Golgi. 7. Cytosquelette. 8. Réticulum endoplasmique lisse. 9. Mitochondries. 10. Vacuole. 11. Cytosol. 12. Lysosome. 13. Centrosome (constitué de deux centrioles). 14. Membrane plasmique. © LadyofHats (Mariana Ruiz), DP

Les eucaryotes, porteurs d'un vrai (eu) noyau (karyon), dont nous sommes de dignes représentants, peuvent être multicellulaires (c'est le cas des animaux, des plantes, de nombreux champignons, etc.) ou unicellulaires (c'est le cas de certains microbes, comme les amibes, les ciliés, de nombreuses algues et d'autres champignons comme la levure de boulanger, etc.). Nous sommes familiers avec beaucoup de ces êtres visibles à l'œil nu, mais les eucaryotes ne représentent qu'une portion relativement limitée de la diversité biologique.

Eucaryote : structure typique d'une cellule végétale. © LadyofHats (Mariana Ruiz), DP

Les deux autres grandes boîtes de classification du vivant contiennent les organismes les plus nombreux sur terre : les bactéries et les archées. Ces unicellulaires sont généralement beaucoup plus petits que les eucaryotes, à tel point qu'on pourrait faire entrer sans effort plus de bactéries ou d'archées dans une canette de soda qu'il n'y a d'habitants aux États-Unis. En dépit de leur petite taille, ce sont probablement les organismes les plus importants pour l'évolution et le devenir du monde vivant.

Leur nombre total — estimé à 5 x 1030 (5 suivi de 30 zéros !) — est sans commune mesure avec la taille des populations eucaryotes. D'ailleurs, chaque être humain abrite dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines. Collectivement, ces micro-organismes pèsent aussi lourd que l'ensemble des plantes terrestres. Ils jouent un rôle majeur dans les cycles géochimiques qui affectent le climat et dans les équilibres environnementaux. Leur capacité à coloniser toutes sortes de milieux de vie est impressionnante. C'est bien simple, les bactéries et les archées sont partout : sur votre peau, dans votre intestin, sous la surface de la terre, dans le pétrole, au fond des océans, dans des environnements acides ou hyperacides et dans les sources chaudes (certaines sont en pleine forme à près de 110 °C !).

Des archées Halococcus salifodinae. Ces organismes unicellulaires qui vivent à des pH compris entre 6,8 et 9,5 ont été isolés d’une mine de sel en Australie. © Eye Of Science, Science Photo Library

Les évolutionnistes supposent que la lignée des bactéries et celle des archées ont divergé il y a plus de deux, voire trois milliards d'années. Pendant très longtemps, elles auraient été les seules formes de vie à peupler la planète. L'idée de leur antériorité se trouve d'ailleurs dans le nom général que l'on donne à ces deux lignées anciennes de micro-organismes : on les appelle « procaryotes », ce qui, étymologiquement, signifie « êtres vivants d'avant le noyau » (de pro, « avant », et karyon, « noyau »), car on les soupçonne d'avoir évolué avant l'apparition des eucaryotes.

Structure typique d'une cellule procaryote. Ces organismes unicellulaires contiennent une ou plusieurs molécules d’ADN (ici en orange). © Ladyofhats, DP

Or, ces êtres unicellulaires, que l'on pensait clonaux, sont en réalité traversés par un flot de gènes venus de l'extérieur de leur cellule. Les bactéries et les archées pratiquent un sexe étrange, avec peu de frontières, impliquant une diversité considérable de partenaires. Deux partenaires, ce n'est vraiment pas beaucoup pour la majorité du vivant ! La réciprocité n'est pas non plus nécessaire... Ce n'est pas seulement œil pour œil ou dent pour dent, autrement dit des variants des mêmes gènes qui sont échangés ; ce n'est pas « prête-moi ta main et prends la mienne » qui régit la combinatoire génétique. Entre les êtres unicellulaires procaryotes, des organes et des éléments nouveaux sont aussi transmis entre donneurs et récepteurs d'ADN voyageur, sans nécessité pour les premiers d'obtenir leur pendant. Il n'est pas toujours besoin de donner pour recevoir. Très souvent, les bactéries, les archées, et d'ailleurs également les virus, héritent unilatéralement de gènes mobiles avec des instructions générales inédites que leur lignée incorpore. Même les eucaryotes unicellulaires, les plantes et les animaux sont affectés par les balades des gènes de façon plus limitée, mais avec des conséquences évolutives souvent spectaculaires.

En un mot, l'ADN se déplace dans le vaste monde microbien et au-delà, et son parcours ne se limite pas à un voyage au sein des seules cellules. À suivre ces mouvements d'ADN, il y a de quoi avoir le tournis. Dans bien des cas, les partenaires donneurs et hôtes d'ADN en mouvement n'ont même pas à être semblables, car l'ADN transgresse les frontières et l'isolement génétique que devrait produire la divergence des groupes et des espèces !