Une étude sur l’ADN des bactéries dévoile certains des secrets de la vie
Tous les organismes vivants doivent être en mesure de copier leurs informations génétiques et de les transmettre à leurs progénitures afin de se reproduire. Ce processus complexe de réplication de l’ADN implique un nombre élevé de protéines et d’enzymes, qui doivent être hautement régulées pour garantir la stabilité du génome et la fidélité des copies. «La réplication de l’ADN est une étape essentielle dans le cycle cellulaire des bactéries», explique Michele Felletti, coordinateur du projet NutriCoRe et chercheur postdoctorant à l’Université de Stockholm, en Suède. «Dans des conditions optimales, les bactéries se divisent et prolifèrent rapidement sur plusieurs générations.» Cependant, dans des conditions de stress, par exemple en cas de privation de nutriments, elles entrent dans une sorte de mode de survie. Chez les bactéries pathogènes, ce mode est souvent associé à la tolérance aux antibiotiques et à la persistance de l’infection.
Comprendre la vie
L’objectif du projet NutriCoRe consistait à mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les cellules bactériennes ressentent l’absence de nutriments, interrompent la réplication de l’ADN et entrent en mode survie. Ces recherches, qui ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, étaient axées sur une protéine très importante appelée DnaA. Elle est virtuellement présente chez l’ensemble des bactéries et est essentielle à l’initiation de la réplication de l’ADN. «La régulation de l’ADN constitue l’un des processus biologiques les plus fondamentaux et l’un des plus fascinants», indique Kristina Jonas, superviseuse du projet et professeure adjointe de biosciences moléculaires à l’Université de Stockholm, en Suède. «Nous avons pris conscience du fait qu’il fallait comprendre ce processus pour comprendre la vie. En outre, nous avons estimé que le fait de comprendre comment les bactéries décident d’initier la réplication de l’ADN pourrait potentiellement nous fournir de nouvelles idées sur la manière de contrôler la prolifération bactérienne en médecine et dans l’industrie.» À l’aide de techniques génétiques et biochimiques, Michele Felletti et Kristina Jonas ont étudié la manière dont les niveaux de la DnaA évoluent lors d’une privation de nutriments chez le modèle bactérien Caulobacter crescentus. Même si est une bactérie non pathogène d’eau douce, elle est étroitement liée aux bactéries pertinentes pour la santé humaine, l’écologie et la biotechnologie. Les chercheurs ont découvert que la synthèse de la DnaA s’interrompt lors d’une privation de nutriments. Ils ont constaté que, lorsque les niveaux de nutriments des cellules sont faibles, la machinerie cellulaire responsable de la synthèse des protéines interrompt la production de DnaA durant la première étape de la synthèse de la DnaA. «Ce mécanisme pourrait être utilisé de manière similaire par différentes bactéries pour réguler les protéines essentielles en réponse à une privation de nutriments», explique Michele Felletti.
Développement de médicaments antibiotiques
Le mécanisme identifié pourrait constituer un nouveau principe régulateur, par lequel l’expression génétique est régulée en réponse à la disponibilité des nutriments chez les bactéries. «De manière plus générale, les résultats de cette étude nous ont apporté de nouvelles informations sur la diversité des mécanismes régulateurs contrôlant la réplication de l’ADN, l’un des processus biologiques les plus importants», indique Kristina Jonas. À long terme, ces nouvelles découvertes pourraient également aider à améliorer les nouvelles stratégies pour traiter les infections bactériennes, par le développement de médicaments antibiotiques qui ciblent directement les composants du processus de réplication de l’ADN. «Il serait formidable que nos résultats contribuent au contrôle de la croissance des bactéries dans l’industrie et la biotechnologie, par exemple en concevant des bactéries avec des fonctions personnalisées», ajoute Kristina Jonas. La compréhension des mécanismes moléculaires qui régulent la prolifération des bactéries demeure néanmoins un défi de taille en biologie. «Bien que le projet NutriCoRe ait fourni quelques informations fondamentales sur la régulation de la DnaA et la réplication de l’ADN, ce n’est pas le seul processus biologique à être affecté par la disponibilité des nutriments», fait remarquer Michele Felletti. «D’autres processus cellulaires fondamentaux, tels que la croissance cellulaire, la division cellulaire et la synthèse des protéines, sont également la cible des mécanismes de contrôle nutritionnel. Il est nécessaire d’approfondir plus encore notre connaissance de ces mécanismes régulateurs chez différentes espèces de bactéries.»
Mots‑clés
NutriCoRe, ADN, cellules, génétique, biochimie, protéines, enzymes, bactéries, médecine, pathogène