Simplification des génomes bactériens pour de meilleures recherches

Les bactéries ont plusieurs façons de stocker leur info génétique. Environ 10% des espèces bactériennes ont ce qu'on appelle un génome multipartite. Ça veut dire que leur ADN n'est pas juste un long fil, mais qu'il est divisé en plusieurs morceaux, ou réplicons. Ça peut inclure un chromosome principal et un ou plusieurs cercles d'ADN supplémentaires appelés plasmides, qui peuvent être assez gros.

Avoir ces génomes multipartites peut offrir des avantages aux bactéries, comme leur faciliter le partage de gènes avec d'autres bactéries. Cette capacité à partager des gènes peut aider les bactéries à s'adapter à différents environnements et à mieux survivre.

Certaines bactéries avec des génomes multipartites qui sont importantes pour la recherche et l'industrie viennent d'un groupe appelé Pseudomonadota. Des exemples incluent Agrobacterium tumefaciens, Methylorubrum extorquens, et d'autres. Ces bactéries sont souvent utilisées en Biologie Synthétique, qui consiste à concevoir de nouvelles parties biologiques. Elles intéressent aussi la biotechnologie industrielle.

Cependant, essayer de modifier les génomes de ces bactéries peut être délicat à cause de leur structure multipartite. Quand les chercheurs essaient d'ajouter ou de changer du matériel génétique, les différents morceaux d'ADN peuvent ne pas bien fonctionner ensemble. Parfois, ajouter plus d'ADN peut rendre les bactéries instables ou moins adaptées à leur but initial.

Les chercheurs ont constaté qu'une souche de M. extorquens avec une structure génomique plus simple est devenue plus populaire en recherche comparée à une souche plus complexe. C'était parce qu'une structure de génome plus simple permettait des Changements génétiques plus directs sans perdre des traits clés.

#Simplifier les génomes

Pour rendre le travail avec ces bactéries plus facile, les scientifiques ont cherché des moyens de simplifier leurs génomes. Il y a deux principales méthodes : réduire le nombre de réplicons ou les fusionner en moins de morceaux. Réduire le nombre peut entraîner la perte de certaines informations génétiques, tandis que les fusionner peut conserver tous les gènes importants.

Par exemple, une bactérie appelée Sinorhizobium meliloti peut subir des changements dans sa structure génomique grâce à des modifications génétiques ciblées. Cette bactérie a un chromosome principal et deux réplicons supplémentaires. Ces réplicons utilisent des séquences spécifiques dans leur ADN pour se copier et se distribuer pendant la Division cellulaire.

Les chercheurs ont créé des versions de S. meliloti qui manquent d'un de ces réplicons supplémentaires ou qui les ont fusionnés en un seul. Ça aide les scientifiques à étudier comment l'ADN est organisé et comment il se comporte pendant la division cellulaire.

#Organisation de l'ADN chez les bactéries

Dans les cellules bactériennes, l'ADN est organisé de manière à garantir qu'il soit copié et distribué correctement. Les origines de la réplication de l'ADN et les extrémités des brins d'ADN doivent être bien placées pour que tout fonctionne bien. Il y a des régions spécifiques où la réplication de l'ADN commence et se termine, qui doivent être ancrées dans la cellule pour maintenir l'ordre pendant la division.

Pour S. meliloti, des études précédentes ont montré qu'au cours du cycle cellulaire, le chromosome principal était situé vers une extrémité de la cellule, tandis que les réplicons supplémentaires étaient positionnés plus près du milieu. Cette organisation spatiale est cruciale pour un bon traitement de l'ADN pendant la division cellulaire.

Dans cette étude, les scientifiques ont observé ce qui se passe quand ils changent la structure du génome de S. meliloti. Ils ont créé des bactéries avec soit deux morceaux d'ADN, soit un. Ils ont découvert qu même avec un génome simplifié, les bactéries réussissaient à garder leur croissance et leur organisation de l'ADN essentiellement intactes.

#Effets des changements sur la croissance et la structure

Quand les chercheurs ont créé des souches avec des génomes plus simples, ils ont observé comment les bactéries grandissaient. Les souches modifiées avaient des schémas de croissance similaires à ceux du type sauvage, indiquant que les modifications n'affectaient pas négativement la capacité des bactéries à croître dans des conditions standard de laboratoire. Certaines souches étaient légèrement moins robustes sous des conditions stressantes, comme un environnement à forte concentration de sel ou de sucre.

L'étude a aussi exploré si avoir une seule origine de réplication de l'ADN suffisait pour un bon fonctionnement. Ils ont découvert que retirer les origines de réplication supplémentaires affectait négativement la croissance. Les souches perdaient une partie de leur capacité à prospérer parce qu'elles avaient moins de points de réplication, ce qui peut compliquer la copie de l'ADN.

Les chercheurs ont également réalisé une analyse appelée Analyse de Fréquence de Marqueur pour voir comment l'ADN était bien répliqué. Ils ont trouvé que même avec le génome simplifié, l'ADN se répliquait correctement.

#Enquête supplémentaire sur le mouvement de l'ADN

Pour comprendre comment les régions d'ADN se déplacent à l'intérieur des bactéries pendant la division cellulaire, les chercheurs ont utilisé des marqueurs fluorescents pour suivre des points spécifiques sur l'ADN. Ils se sont concentrés sur les origines de la réplication et où l'ADN finissait de se répliquer, observant les mouvements dans le temps.

Grâce à ce suivi, les scientifiques pouvaient visualiser comment les morceaux d'ADN se comportaient pendant différentes étapes du cycle cellulaire. Ils ont découvert qu même avec des changements dans leur génome, les bactéries maintenaient un schéma cohérent de la façon dont leur ADN était arrangé et comment il se déplaçait pendant la croissance.

#Changements génétiques affectant la fitness

En étudiant les souches modifiées, les chercheurs ont identifié une mutation spécifique dans un des gènes liés au cycle cellulaire. Cette altération semblait aider une souche à s'ajuster à la perte de ses origines de réplication supplémentaires. Cependant, ils ont constaté que cette mutation ne causait pas le mauvais placement des régions d'ADN ; au lieu de cela, les changements dans la structure du génome lui-même entraînaient ces problèmes.

De cela, les chercheurs ont conclu que même quand ils modifiaient la structure du génome de la bactérie, cela pouvait mener à des changements inattendus dans la façon dont les bactéries croissaient et à quelle fréquence leur ADN était correctement localisé dans la cellule.

#Conclusion

L'étude des génomes multipartites chez les bactéries met en lumière l'équilibre entre complexité et fonctionnalité dans le génie génétique. Alors que diviser le matériel génétique en plus petits segments peut offrir des avantages comme une adaptabilité accrue, cela peut aussi créer des défis lors des modifications. La recherche démontre que simplifier ces génomes peut aider à conserver des fonctions essentielles tout en facilitant les changements génétiques, rendant ainsi le travail des scientifiques plus facile pour diverses applications en biotechnologie et en biologie synthétique.

Grâce à des changements ciblés et à un suivi soigneux du comportement de l'ADN, les scientifiques en apprennent davantage sur la façon dont les bactéries peuvent être ingénierées pour de meilleures performances dans des applications industrielles et environnementales. Les résultats soulignent l'importance de comprendre l'organisation et la fonction génétique pour atteindre des résultats réussis dans l'ingénierie microbienne.