Les mutations du génome des bactéries participent à leur capacité d’adaptation. les mutations permettent  l’émergence de bactéries multi-résistantes aux antibiotiques ou de bactéries pathogènes responsables d’infections nosocomiales.

Ces résultats viennent d’être publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

L’équipe dirigée par Dominique Schneider au sein du LAPM a utilisé la plus longue expérience d’évolution en cours dans le monde pour appréhender cette question. Dans le cadre de ce projet, des populations bactériennes ont été initiées à partir d’une cellule unique d’Escherichia coli (« l’ancêtre ») et sont cultivées nuit et jour, 365 jours par an, depuis 1988.

Les chercheurs effectuent des prélèvements à intervalles réguliers sur ces populations, et les conservent, ce qui permet d’obtenir de véritables archives fossiles vivantes et d’analyser leur évolution. Cette longue expérience qui représente aujourd’hui plus de 55 000 générations.

  Les chercheurs ont identifié une population de bactéries qui a vu sa capacité à produire des mutations augmenter de plus de 100 fois, constituant une population hypermutatrice, avant de constater que cette capacité continuait à évoluer…
Les chercheurs ont séquencé l’intégralité du génome bactérien à différents temps au cours de l’évolution. Les données ont été comparées au génome de l’ancêtre. Après 20 000 générations une augmentation très importante du nombre de mutations a été constatée, la population étant devenue hypermutatrice.

En effet, d’une moyenne d’environ 40 à 50 mutations par génome à 20 000 générations, les bactéries sont passées à une moyenne de plus de 700 mutations à 40 000 générations. Cette évolution s’est produite en plusieurs étapes avec une augmentation massive du taux de mutation suivie d’une diminution de ce taux de mutation.
Les chercheurs ont décrypté les mécanismes moléculaires mis en jeu. La population bactérienne est passée d’une étape où le taux de mutation était élevé, ce qui lui a permis de s’adapter à son environnement, à une étape où le taux de mutation a diminué mais est resté à un niveau intermédiaire, ce qui lui a permis de poursuivre son adaptation en conservant une probabilité plus élevée de « trouver » des mutations bénéfiques, tout en réduisant la proportion de mutations néfastes.

 Les bactéries hypermutatrices sont  associées à de graves problèmes de santé publique, comme l’apparition de maladies nosocomiales et de bactéries multi-résistantes aux antibiotiques, ou de certains types de tumeurs chez les eucaryotes. Le décryptage de ce processus de nouveaux outils thérapeutiques pour faire face aux infections bactériennes.

1 Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le laboratoire Ecologie et évolution des microorganismes (UMR-S 722, Inserm/Université Paris Diderot) et une équipe américaine (Richard Lenski, Michigan State University), grâce à des financements de l’ANR.
2 http://www.genoscope.cns.fr/agc/microscope/expdata/sniperRes.php
Reproduire et comprendre l’évolution des bactéries dans un tube à essai
Bibliographie
Mutation rate dynamics in a bacterial population reflect tension between adaptation and genetic load, Sébastien Wielgoss, Jeffrey E. Barrick, Olivier Tenaillon, Michael J.Wiser, W. James Dittmar, Stéphane Cruveiller, Béatrice Chane-Woon-Ming, Claudine Médigue, Richard E. Lenski and Dominique Schneider. PNAS, 17 décembre 2012.