Le phénomène vient, pour la première fois, d’être démontré expérimentalement. Fruits d’une collaboration franco-américaine, incluant une équipe du laboratoire adaptation et pathogénie des micro-organismes (CNRS / Université Joseph Fourier), ces résultats sont publiés dans Science le 3 juin 2011.

Cette étude a été rendue possible grâce à une expérience unique au monde, conduite depuis plus de vingt ans dans un laboratoire de l’Université d’État du Michigan. Des bactéries Escherichia coli y sont cultivées nuit et jour, 365 jours par an, et les chercheurs effectuent des prélèvements à intervalles réguliers afin d’analyser leur évolution.

Les chercheurs ont pu grâce à cette longue expérience démontrer que les bactéries les mieux adaptées à l’environnement prenaient au fil des générations le dessus sur les autres populations.

La conservation des souches bactériennes par congélation permet aux chercheurs de garder la mémoire de cette évolution. Les biologistes peuvent comparer la souche initiale à toutes les souches isolées au cours de l’évolution. Ils peuvent comparer ces souches aux bactéries présentes au terme d’une longue évolution. Cinquante mille  générations représentent pour les bactéries l’équivalent de 2 millions d’années pour l’espèce humaine.  Les chercheurs peuvent ainsi quantifier l’adaptation des bactéries à leur environnement au cours du temps, en évaluant le taux de reproduction des souches récentes par rapport à celle des souches plus anciennes.

Richard Lenski, a initié des collaborations avec plusieurs laboratoires internationaux, parmi lesquels l’équipe de Dominique Schneider du laboratoire adaptation et pathogénie des micro-organismes, un laboratoire associé CNRS / Université Joseph Fourier. L’analyse des génomes entiers permet de caractériser de manière exhaustive les mutations survenues au cours de l’évolution des bactéries. Cette analyse permet d’identifier les gènes responsables de l’augmentation de la valeur sélective de la population.

Les chercheurs ont étudié les interactions entre plusieurs de ces mutations. Après avoir identifié les cinq premières mutations bénéfiques combinées successivement et spontanément, les scientifiques ont généré à partir de la souche ancestrale 32 souches mutantes présentant toutes les combinaisons possibles de chacune de ces cinq mutations. Ils ont constaté que le bénéfice lié à la présence simultanée des cinq mutations était inférieur à la somme des bénéfices individuels conférés par chacune d’entre-elles.

Le phénomène de plafonnement tend à réduire le bénéfice conféré par de nouvelles mutations bénéfiques, à mesure qu’elles apparaissent chez des individus de plus en plus adaptés. Un phénomène qui explique le ralentissement du taux d’adaptation, constaté au fur et à mesure que les organismes vivants continuent à s’adapter.

Ainsi, les mutations bénéfiques s’accumulent au cours de l’évolution, mais la performance de la population bactérienne, elle, tend vers un plateau. Les modèles théoriques d’évolution, dont l’objectif est d’en prévoir les résultats, doivent donc inclure un « frein », lié à ce phénomène d’épistasie négative, dans le bénéfice attendu sur la survie et la capacité de reproduction des organismes. Ces travaux démontrent en outre l’existence de réseaux de gènes connectés entre eux, et laissent entrevoir la possibilité de les cartographier, pour mieux comprendre et anticiper leurs interactions.

michel.deprost@enviscope.com

Références
Negative Epistasis Between Beneficial Mutations in an Evolving Bacterial Population, Aisha I. Khan, Duy M. Dinh, Dominique Schneider, Richard E. Lenski et Tim F. Cooper – Science, 3 juin 2011