Les points chauds de l’évolution sont causés par un enchevêtrement dans l’ADN qui peut perturber la machinerie de réplication de l’ADN, entraînant des mutations. Crédit : cooperr
Des chercheurs du Milner Center for Evolution ont identifié des points chauds évolutifs dans ADN où les mutations sont plus probables.
Les enchevêtrements dans l’ADN déroulé peuvent créer des points chauds mutationnels dans les génomes des bactéries, selon une nouvelle étude du Milner Center for Evolution de l’Université de Bath.
Les auteurs de l’étude affirment que ces résultats nous aideront à l’avenir à prédire l’évolution des bactéries et des virus au fil du temps, ce qui pourrait aider à la conception de vaccins et à une meilleure compréhension de la résistance aux antibiotiques.
Alors que la plupart de l’évolution est façonnée par la sélection naturelle, où seuls les individus adaptés à leur environnement sont capables de survivre et de transmettre leurs gènes, une nouvelle étude publiée dans Communication Nature montre que l’évolution est également influencée par les enchevêtrements dans les brins d’ADN.
Une équipe de scientifiques, dirigée par l’Université de Bath en collaboration avec le Université de Birmingham, ont étudié l’évolution de deux souches de la bactérie du sol Pseudomonas fluorescens (SBW25 et Pf0-1).
Lorsque les scientifiques ont retiré un gène qui permet à la bactérie de nager, les deux souches de la bactérie ont rapidement développé la capacité de nager à nouveau, mais en utilisant des voies assez différentes.
L’une des souches (appelée SBW25), muté toujours la même partie d’un gène particulier pour retrouver la mobilité.
Cependant, l’autre souche (appelée Pf0-1) a muté à différents endroits dans différents gènes à chaque fois que les scientifiques ont répété l’expérience.
Pour comprendre pourquoi une souche a évolué de manière prévisible et l’autre était imprévisible, ils ont comparé les séquences d’ADN des deux souches. Ils ont découvert que dans la souche SBW25, qui a muté de manière prévisible, il y avait une région où le brin d’ADN s’est bouclé sur lui-même, formant un enchevêtrement en épingle à cheveux.
Ces enchevêtrements peuvent perturber la machinerie cellulaire, appelée ADN polymérase, qui copie le gène pendant la division cellulaire, et rend ainsi les mutations plus susceptibles de se produire.
Lorsque l’équipe a supprimé la structure en épingle à cheveux à l’aide de six mutations silencieuses (sans changer la séquence de la protéine produite), cela a aboli le hotspot mutationnel et la bactérie a commencé à évoluer de manière beaucoup plus variée pour récupérer sa capacité de nage.
Le Dr Tiffany Taylor, du Milner Center for Evolution, a déclaré : « L’ADN forme normalement une structure en double hélice, mais lorsque l’ADN est copié, les brins sont brièvement séparés.
«Nous avons découvert qu’il existe des points chauds dans l’ADN où la séquence provoque la torsion des brins d’ADN séparés sur eux-mêmes – un peu comme lorsque vous séparez les brins d’une corde – cela entraîne un enchevêtrement.
«Lorsque l’enzyme ADN polymérase court le long du brin pour copier le gène, elle se heurte à l’enchevêtrement et peut sauter, provoquant une mutation.
«Nos expériences montrent que nous avons pu créer ou supprimer des points chauds mutationnels dans le génome en modifiant la séquence pour provoquer ou empêcher l’enchevêtrement en épingle à cheveux.
“Cela montre que si la sélection naturelle est toujours le facteur le plus important dans l’évolution, il y a aussi d’autres facteurs en jeu.
« Si nous savions où se trouvaient les points chauds de mutation potentiels chez les bactéries ou les virus, cela pourrait nous aider à prédire comment ces microbes pourraient muter sous une pression sélective. »
Des points chauds mutationnels ont déjà été trouvés dans des cellules cancéreuses, et les chercheurs prévoient de les rechercher dans une gamme d’espèces bactériennes, y compris des agents pathogènes importants.
Ces informations peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre comment les bactéries et les virus évoluent, ce qui peut aider à développer des vaccins contre de nouvelles variantes de maladies. Il peut également être plus facile de prédire comment les microbes pourraient développer une résistance aux antibiotiques.
Le Dr James Horton, qui a récemment terminé son doctorat au Milner Center for Evolution, a déclaré : « Comme de nombreuses découvertes passionnantes, celle-ci a été découverte par accident. Les mutations que nous examinions étaient soi-disant silencieuses car elles ne modifient pas la séquence protéique résultante, nous ne pensions donc pas au départ qu’elles étaient particulièrement importantes.
“Cependant, nos découvertes remettent fondamentalement en question notre compréhension du rôle que jouent les mutations silencieuses dans l’adaptation.”
Référence : « Un hotspot mutationnel qui détermine une évolution hautement reproductible peut être construit et brisé par des changements génétiques silencieux » par James S. Horton, Louise M. Flanagan, Robert W. Jackson, Nicholas K. Priest et Tiffany B. Taylor, 19 octobre 2021 , Nature Communications.
DOI : 10.1038/s41467-021-26286-9
