Cette cellule synthétique nous révèle les pouvoirs de l’évolution

Dans un monde où la vie persiste et s’adapte malgré les circonstances les plus difficiles, une équipe de chercheurs a fait une trouvaille importante concernant le pouvoir de l’évolution. Cet article met en lumière cette découverte fascinante qui démontre la capacité de la vie à s’adapter et à évoluer, même dans les conditions les plus limitées et précaires.

Une cellule essentielle et sa capacité d’adaptation

Jay T. Lennon, professeur en biologie évolutive à l’Université de l’Indiana Bloomington, et son équipe de chercheurs ont mené une étude sur une cellule synthétique minimaliste. Elle a été dépourvue de tous ses gènes sauf des éléments vitaux.

Malgré ce génome synthétique qui semblerait offrir peu de marge de manœuvre, l’équipe a découvert que cette cellule dépouillée peut évoluer aussi rapidement qu’une cellule normale. Ce qui démontre la capacité d’adaptation des organismes, même avec un génome non naturel.

« Il semble qu’il y ait quelque chose de vraiment robuste dans la vie », déclare Lennon. « Nous pouvons la simplifier jusqu’aux éléments essentiels, mais cela n’empêche pas l’évolution de faire son travail ».

Le mystère de Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B

L’équipe de Lennon a utilisé un organisme synthétique, Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B, une version simplifiée de la bactérie M. mycoides communément trouvée dans l’intestin des chèvres et d’animaux similaires.

Au cours des millénaires, cette bactérie parasitaire a naturellement perdu beaucoup de ses gènes en évoluant pour dépendre de son hôte pour sa nutrition. En 2016, les chercheurs de l’Institut J. Craig Venter en Californie ont poussé cette logique encore plus loin en éliminant 45 % des 901 gènes du génome naturel de M. mycoides, le réduisant au plus petit ensemble de gènes nécessaire pour une vie cellulaire autonome.

Avec 493 gènes, le génome minimal de M. mycoides JCVI-syn3B est le plus petit connu chez tout organisme libre.

L’équipe a donc voulu savoir comment une cellule minimale répondrait aux forces de l’évolution dans le temps, en particulier compte tenu des matières premières limitées sur lesquelles la sélection naturelle pourrait opérer, ainsi que de l’apport non caractérisé de nouvelles mutations.

Résultats surprenants et implications Futures

En cultivant la cellule en laboratoire et en lui permettant d’évoluer librement pendant 300 jours (équivalent à 2000 générations de bactéries ou environ 40 000 ans d’évolution humaine), les chercheurs ont constaté que M.mycoides JCVI-syn3B avait un taux de mutation exceptionnellement élevé.

Par ailleurs, la version simplifiée de la bactérie qui avait évolué pendant 300 jours s’est nettement améliorée, récupérant efficacement toute la condition physique qu’elle avait perdue en raison de la simplification du génome.

« Chaque gène de son génome est essentiel », précise Lennon en parlant de M. mycoides JCVI-syn3B. « On pourrait supposer qu’il n’y a pas de marge de manœuvre pour les mutations, ce qui pourrait limiter son potentiel d’évolution ».

Le travail de Lennon et de son équipe illustre la puissance de la sélection naturelle pour optimiser rapidement la condition physique dans l’organisme autonome le plus simple, avec des implications pour l’évolution de la complexité cellulaire. En d’autres termes, ils ont démontré que la vie trouve un chemin.

En Synthèse

Cette découverte apporte une nouvelle lumière sur la façon dont les organismes aux génomes simplifiés surmontent les défis évolutifs. Elle a des implications significatives pour les problèmes de longue date en biologie, y compris le traitement des agents pathogènes cliniques, la persistance des endosymbiotes associés à l’hôte, le raffinement des micro-organismes conçus et l’origine de la vie elle-même.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B ? C’est une version simplifiée d’une bactérie commune trouvée dans l’intestin des chèvres. Il possède le plus petit nombre de gènes connus chez un organisme autonome.
2. Qu’a fait l’équipe de recherche ? Ils ont permis à cette cellule simplifiée d’évoluer librement en laboratoire pendant l’équivalent de 2000 générations de bactéries.
3. Qu’ont-ils découvert ? La cellule a montré un taux de mutation élevé et une capacité d’évolution remarquable, malgré son génome simplifié.
4. Quelles sont les implications de cette découverte ? Cela démontre la puissance de la sélection naturelle et a des implications pour comprendre comment les organismes à génome simplifié peuvent surmonter les défis évolutifs.

Légende illustration principale : Micrographie électronique d’un groupe de cellules minimales agrandies 15 000 fois. La bactérie synthétiquement rationalisée, Mycoplasma mycoides, contient moins de 500 gènes. Les images sont de Tom Deerinck et Mark Ellisman du National Center for Imaging and Microscopy Research de l’Université de Californie à San Diego. http://dx.doi.org/10.1038/s41586-023-06288-x