Transfert latéral
Définition
Le transfert latéral (horizontal) de gènes désigne un transfert de matériel génétique non pas le long de la lignée, c'est-à-dire non pas d'une génération à l'autre, mais horizontalement d'un organisme à un autre qui existe déjà. Il est un transfert horizontal des gènes.
Un arbre généalogique avec transferts latéraux de gènes :
Le transfert horizontal de gènes par les chloroplastes et les mitochondries peut être trouvé dans le centre inférieur de la figure. Selon Woese, le transfert horizontal de gènes a joué le rôle décisif dans le développement des trois domaines à partir d'un consortium de cellules primordiales avec un très petit génome
Explications
Le transfert latéral est l'acquisition d'un gène ou d'un groupe de gènes autrement que de manière héréditaire (exemple de la Rubisco). Contrairement au transfert horizontal des gènes, le transfert de gène vertical a lieu d'ancêtre en descendant, le transfert de gène à partir de résidus de gène déjà détectés au fil du temps est appelé une évolution anachronique.
Le transfert latéral naturel de gène est principalement observé chez les procaryotes, en particulier chez les bactéries qui transmettent une partie de leur matériel génétique à un autre individu par conjugaison. Contrairement à la transmission verticale, dans laquelle le matériel génétique d'un pathogène est transféré d'une génération infectée à la suivante (par exemple chez Wolbachia pipientis), le transfert horizontal de gènes n'est pas lié à un processus de reproduction.
Les gènes sont souvent sous une forme mobile (un vecteur tel que des bactériophages ou des plasmides). Par exemple en conjugaison des bactéries, quels que soient les processus de reproduction, le matériel génétique est transféré entre des individus de la même espèce ou entre des individus d'espèces différentes. Un plasmide précédemment répliqué est transféré dans une cellule receveuse. Cela se traduit par un enrichissement de l'organisme receveur avec des informations génétiques.
En théorie de l'évolution
Dans la théorie de l'évolution, le transfert horizontal de gènes est donc un moyen d'expliquer les sauts de développement, notamment dans le cas des microorganismes. Le transfert horizontal de gènes permet une adaptation accélérée aux conditions environnementales changeantes, par exemple en transmettant une résistance aux antibiotiques ou un facteur de virulence, parfois également regroupés en îlots de pathogénicité.
Le transfert horizontal de gènes complique la détermination des arbres généalogiques par des horloges moléculaires. D'autre part, il est postulé que le transfert horizontal de gène favorise le maintien d'une biochimie universelle et par conséquent l'universalité du code génétique. En d'autres termes : le transfert horizontal de gènes surveille l'universalité du code génétique et le force à devenir une lingua franca de la vie sur terre. De cette manière, l'échange génétique ou la diffusion de la nouveauté biologique à travers la biosphère peuvent avoir lieu.
Étant donné que le génome complet d'une grande variété de bactéries et d'archées a été séquencé, le transfert de gènes entre des organismes éloignés a également été montré pour jouer un rôle majeur, en particulier lorsqu'ils habitent des niches écologiques qui se chevauchent. Chez les bactéries mésophiles, qui se développent le mieux à des températures comprises entre environ 20 et 45 °C et vivent en anaérobie, il a été constaté que 16 % du génome provient d'un transfert horizontal de gènes. Un tiers des gènes des enzymes du métabolisme chimiotrophe dérivé d'un transfert de gène, tandis que dans le ribosome, les protéines ont été échangées horizontalement moins souvent par un facteur 150. La proportion de gènes transférés par échange de gènes est inférieure d'un facteur 2 chez les microorganismes aérobies. Avec eux aussi, le HGT a contribué de manière significative à leur adaptabilité et à la variété des substrats utilisés par les microorganismes.
Le transfert de gènes des bactéries aux archées a également joué un rôle important. Environ 5 % du génome de l'organisme méthanogène Methanosarcina est d'origine bactérienne. Ces organismes ont acquis la capacité d'utiliser l'acétate et de le convertir en méthane grâce aux gènes transférés. Il est possible que cette capacité des archées méthanogènes acquise par HGT ait contribué à la catastrophe climatique il y a environ 252 millions d'années (limite Permien-triasique), qui à cette époque a conduit à la plus grande extinction de masse connue de l'histoire de la terre.
La formation d'oxygène moléculaire et son accumulation dans l'atmosphère terrestre ont été encore plus décisives dans l'histoire de la Terre. Les cyanobactéries étaient responsables de cette photosynthèse oxygénée, libérant de l'O2 de l'eau en utilisant l'énergie lumineuse. Pour ce faire, ils utilisent une chaîne de transport d'électrons couplée chimiosmotique dans leurs membranes. Il se compose de deux systèmes qui ont été développés séparément de bactéries non apparentées, puis sont venus à un ancêtre des cyanobactéries via HGT.
Ingénierie génétique
Le transfert horizontal de gènes est une méthode importante en génie génétique pour générer des organismes transgéniques. Différentes méthodes ont été utilisées avec succès pour les procaryotes et les eucaryotes, respectivement. Chez les procaryotes, la conjugaison, la transduction et la transformation sont utilisées. Chez les eucaryotes, une transfection peut être réalisée comme équivalent à une transformation chez les procaryotes.
La méthode de parcimonie Dollo ne peut pas être appliquée aux génomes acaryotes, car ceux-ci sont sujets à un transfert latéral étendu de gènes.
Thérapie génique
L'introduction de matériel génétique dans les cellules germinales humaines, la thérapie germinale, par exemple pour corriger un défaut génétique, est interdite en Allemagne en raison des risques élevés découlant de la loi de 1991 sur la protection des embryons. La contrebande de matériel génétique thérapeutiquement efficace dans les cellules corporelles d'un organisme receveur déjà existant (transfert horizontal de gènes) est autorisée, est déjà utilisée avec succès dans des domaines particuliers et est connue sous le nom de thérapie génique somatique.
Exemples de transferts latéraux
Le transfert d'ADN procaryote aux eucaryotes a jusqu'à présent été directement démontré chez Agrobacterium tumefaciens (cellules végétales) et Bartonella henselae (cellules humaines).
Un exemple de transfert horizontal de gènes sur des organismes supérieurs est le transfert de gènes pour le caroténoïde - synthèse d'un champignon sur Acyrthosiphon pisum.
Un autre exemple est la reprise d'un gène de la cellulase par une branche des Nématodes de leurs endosymbiontes.
En 2012, Ricardo Acuña et ses collègues ont trouvé des preuves que le chrysomèle du cerisier du café (Hypothenemus hampei) avait acquis le gène HhMAN1 pour l'enzyme digestive mannanase (mannane, mannose) par transfert horizontal de gène à partir d'une bactérie non encore identifiée. L'enzyme permet au coléoptère de décomposer et de digérer les galactomannanes, les glucides de stockage les plus importants dans le grain de café.
Une recherche complète de gènes bactériens dans les nombreuses séquences désormais librement accessibles de génomes humains a révélé des gènes bactériens qui avaient été introduits dans certaines cellules cancéreuses, mais dans quelques cas également dans des cellules saines.
Synonymes, antonymes
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