Transfert horizontal de gènes

Le transfert horizontal de gènes est le mouvement de matériel génétique entre bactéries par un mécanisme autre que l'héritage de parent à progéniture. Par la transformation, la transduction et la conjugaison, les bactéries peuvent acquérir des gènes entiers ou des groupes de gènes de cellules non apparentées, ce qui leur permet d'acquérir de nouveaux traits, tels que la résistance aux antibiotiques ou la virulence, beaucoup plus rapidement que ne le permettrait la seule mutation.

Definition

Le transfert horizontal (ou latéral) de gènes est l'acquisition de matériel génétique par une bactérie à partir d'une autre cellule par une voie autre que l'héritage vertical, principalement par la transformation, la transduction ou la conjugaison.

Scope

Ce sujet couvre les trois voies classiques de transfert de gènes bactériens, les éléments mobiles qui les médient, les barrières qui limitent le transfert et les conséquences évolutives de l'acquisition d'ADN étranger. Il traite le sujet comme une référence mécanistique et évolutive, et non comme une directive clinique.

Core questions

• Quels sont les principaux mécanismes par lesquels l'ADN se déplace horizontalement entre les bactéries ?
• Quels éléments génétiques mobiles transportent les gènes entre les cellules ?
• Quelles barrières restreignent l'absorption et l'incorporation stable de l'ADN étranger ?
• Comment le transfert horizontal façonne-t-il l'évolution bactérienne et la propagation de la résistance ?

Key concepts

• Transformation (absorption d'ADN libre)
• Transduction (transfert médiatisé par un phage)
• Conjugaison (transfert cellule-à-cellule)
• Éléments génétiques mobiles
• Éléments intégrateurs et conjugatifs
• Plasmides conjugatifs
• Barrières au transfert (restriction-modification, CRISPR)
• Plasticité et innovation du génome

Mechanisms

Le transfert horizontal de gènes s'effectue par trois voies classiques, examinées par Thomas et Nielsen. Dans la transformation, une cellule compétente capte l'ADN libre de son environnement. Dans la transduction, un bactériophage encapsule et délivre l'ADN bactérien à un nouvel hôte. Dans la conjugaison, l'ADN est transféré directement d'un donneur à un receveur par contact cellule-à-cellule, généralement sous l'impulsion de plasmides conjugatifs et d'éléments intégrateurs et conjugatifs, comme décrit par Smillie et ses collaborateurs et par Wozniak et Waldor. L'ADN acquis doit ensuite échapper aux barrières de l'hôte, y compris les systèmes de restriction-modification et les défenses CRISPR, et être maintenu de manière stable, soit par recombinaison dans le chromosome, soit comme réplicon autonome. Ochman et ses collaborateurs ont soutenu qu'un tel transfert de modules fonctionnels pré-assemblés est une source majeure d'innovation bactérienne et explique une grande partie de la variation du contenu génique observée à travers les génomes.

Clinical relevance

Le transfert horizontal de gènes est un mécanisme principal par lequel les gènes de résistance aux antimicrobiens et de virulence se propagent parmi les bactéries, y compris entre espèces, ce qui le rend central pour comprendre l'émergence de pathogènes résistants. Cette entrée explique les mécanismes et ne constitue pas une base pour les décisions cliniques.

History

Les expériences de transformation de Griffith et l'identification ultérieure de l'ADN comme principe transformant ont d'abord démontré que les bactéries peuvent acquérir des traits héréditaires d'autres cellules. La découverte de la conjugaison et de la transduction a complété le trio de voies de transfert, et la génomique comparative, synthétisée par Ochman et ses collaborateurs, a établi le transfert horizontal comme une force omniprésente façonnant les génomes bactériens.

Debates

Quelle part de l'évolution bactérienne est-elle due au transfert horizontal par rapport à la descendance verticale ?

La génomique comparative montre une acquisition étendue de gènes à travers les lignées, soulevant la question de la fiabilité avec laquelle un unique 'arbre de vie' peut représenter les relations bactériennes lorsque de larges fractions des génomes peuvent être acquises horizontalement.

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Howard Ochman
• Matthew Waldor

Seminal works

• ochman-2000
• thomas-2005
• frost-2005

Frequently asked questions

Quelles sont les trois principales façons dont les bactéries transfèrent horizontalement des gènes ?

La transformation (absorption d'ADN libre de l'environnement), la transduction (transfert médiatisé par un bactériophage) et la conjugaison (transfert direct entre cellules en contact, généralement via un plasmide ou un élément conjugatif).

Pourquoi le transfert horizontal de gènes est-il important pour la résistance aux antibiotiques ?

Il permet aux gènes de résistance de se déplacer entre les bactéries, y compris entre espèces, de sorte qu'un trait de résistance qui apparaît chez un organisme peut se propager largement sans être hérité uniquement par division cellulaire.