TRANSFERT HORIZONTAL DE GÈNES: MÉCANISMES ET EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Le transfert horizontal de gène ou transfert latéral de gène est l'échange de matériel génétique entre organismes, qui ne se produit pas dans les familles. Cet événement a lieu entre des individus de la même génération et peut se produire chez des êtres unicellulaires ou multicellulaires.

Le transfert horizontal se produit par trois mécanismes principaux: la conjugaison, la transformation et la transduction. Dans le premier type, l'échange de longs fragments d'ADN est possible, tandis que dans les deux derniers, le transfert est limité à de petits segments du matériel génétique.

Une bactérie. La THG est courante dans ces organismes. La source pixabay.com

Le concept opposé est le transfert vertical de gènes, où l'information génétique passe d'un organisme à sa progéniture. Ce processus est répandu chez les eucaryotes, comme les plantes et les animaux. En revanche, le transfert horizontal est courant chez les micro-organismes.

Chez les eucaryotes, le transfert horizontal n'est pas aussi courant. Cependant, il existe des preuves d'échange de ce phénomène, y compris l'ancêtre de l'homme, qui a obtenu certains gènes grâce à des virus.

Qu'est-ce que le transfert horizontal de gènes?

Pendant la reproduction, les organismes eucaryotes transmettent leurs gènes d'une génération à leur progéniture (enfants) dans un processus connu sous le nom de transfert vertical de gène. Les procaryotes effectuent également cette étape, mais par reproduction asexuée par fission ou par d'autres mécanismes.

Cependant, chez les procaryotes, il existe une autre façon d'échanger du matériel génétique appelé transfert horizontal de gènes. Ici, les fragments d'ADN sont échangés entre des organismes de la même génération et peuvent passer d'une espèce à une autre.

Le transfert horizontal est relativement courant parmi les bactéries. Prenons l'exemple des gènes qui provoquent une résistance aux antibiotiques. Ces fragments d'ADN importants sont normalement transférés entre des bactéries d'espèces différentes.

Ces mécanismes impliquent des complications médicales importantes lors du traitement des infections.

Mécanismes

Il existe trois mécanismes fondamentaux par lesquels l'ADN peut être échangé par transfert horizontal. Ce sont la conjugaison, la transformation et la transduction.

Conjugaison

Le transfert de gène par conjugaison est le seul type qui implique un contact direct entre les deux bactéries.

Cependant, il ne doit pas être comparé à l'échange de gènes par reproduction sexuée (où il y a généralement un contact entre les organismes impliqués), car le processus est très différent. L'une des principales différences est l'absence de méiose.

Lors de la conjugaison, le passage du matériel génétique d'une bactérie à une autre se fait par contact physique établi par une structure appelée pili. Cela fonctionne comme un pont de connexion, où l'échange a lieu.

Bien que les bactéries ne se différencient pas selon le sexe, l'organisme qui porte un petit ADN circulaire appelé facteur F (fertilité f) est appelé «mâle». Ces cellules sont les donneurs lors de la conjugaison, passant le matériel à une autre cellule qui n'a pas le facteur.

L'ADN du facteur F se compose d'environ 40 gènes, qui contrôlent la réplication du facteur sexuel et la synthèse des pili sexuels.

La première preuve du processus de conjugaison provient des expériences de Lederberg et Tatum, mais c'est Bernard Davis qui a finalement montré que le contact était nécessaire pour le transfert.

Transformation

La transformation implique la prise d'une molécule d'ADN nue trouvée dans l'environnement à proximité d'une bactérie hôte. Ce morceau d'ADN provient d'une autre bactérie.

Le processus peut être réalisé naturellement, car les populations de bactéries subissent normalement une transformation. De même, la transformation peut être simulée en laboratoire pour forcer les bactéries à absorber l'ADN d'intérêt qui se trouve à l'extérieur.

Théoriquement, n'importe quel morceau d'ADN peut être prélevé. Cependant, on a observé que le processus impliquait de petites molécules.

Transduction

Enfin, le mécanisme de transduction se produit au moyen d'un phage (virus) qui transporte l'ADN d'une bactérie donneuse à un receveur. Comme dans le cas précédent, la quantité d'ADN transféré est relativement faible, car la capacité du virus à porter de l'ADN est limitée.

Habituellement, ce mécanisme est limité aux bactéries phylogénétiquement proches, car le virus qui porte l'ADN doit se lier à des récepteurs spécifiques sur les bactéries afin d'injecter le matériel.

Exemples

Les endonucléases sont des enzymes qui ont la capacité de rompre les liaisons phosphodiester au sein d'une chaîne polynucléotidique, de l'intérieur - c'est pourquoi elles sont appelées «endo». Ces enzymes ne coupent nulle part, elles ont des sites spécifiques pour le faire, appelés sites de restriction.

Les séquences d'acides aminés des enzymes EcoRI (chez E. coli) et RSRI (chez Rhodobacter sphaeroides) ont une séquence de près de 300 résidus d'acides aminés, identiques à 50% les uns aux autres, indiquant clairement une proche parenté évolutive.

Cependant, grâce à l'étude d'autres caractéristiques moléculaires et biochimiques, ces deux bactéries sont très différentes et sont très peu liées d'un point de vue phylogénétique.

De plus, le gène qui code pour l'enzyme EcoRI utilise des codons très spécifiques qui sont différents de ceux normalement utilisés par E. coli, on soupçonne donc que le gène ne provient pas de cette bactérie.

Transfert horizontal de gènes en évolution

En 1859, le naturaliste britannique Charles Darwin a révolutionné les sciences biologiques avec sa théorie de l'évolution par sélection naturelle. Dans son livre emblématique, L'Origine des espèces, Darwin propose la métaphore de l'arbre de vie pour illustrer les relations généalogiques entre les espèces.

Aujourd'hui, les phylogénies sont une représentation formelle de cette métaphore, où l'on suppose que la transmission de l'information génétique se fait verticalement - des parents aux enfants.

Nous pouvons appliquer cette vision sans inconvénient majeur à des organismes multicellulaires et nous obtiendrons un motif ramifié, comme le propose Darwin.

Cependant, cette représentation de branches sans fusions est difficile à appliquer aux microorganismes. Lorsque l'on compare les génomes de différents procaryotes, il est clair qu'il existe un transfert de gène important entre les lignées.

Ainsi, le modèle de relations ressemble plus à un réseau, avec des branches connectées et fusionnées, grâce à la prévalence du transfert horizontal de gènes.

Références

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