L'endosymbiose, une évolution de la cellule

L'endosymbiose est une forme de symbiose dans laquelle un des deux êtres vivants est situé à l'intérieur des cellules de l'autre. Ce processus a joué un rôle crucial dans l'évolution des cellules eucaryotes.

Vocabulary: Symbiose - Association obligatoire à bénéfice réciproque entre deux êtres vivants.

Example: La limace Elysia chlorotica, qui a intégré des chloroplastes d'algues dans ses cellules, est un exemple d'endosymbiose.

Les mitochondries et les chloroplastes, organites essentiels des cellules eucaryotes, sont le résultat d'événements d'endosymbiose anciens. Ces organites présentent des particularités qui témoignent de leur origine bactérienne :

1. Ils sont entourés d'une double membrane, la plus externe correspondant à une membrane de phagocytose.
2. Ils possèdent leur propre ADN.
3. Leurs ribosomes sont de nature bactérienne.
4. La transcription et la traduction sont simultanées, comme chez les bactéries.

Highlight: L'endosymbiose a permis l'acquisition de nouvelles fonctions par les cellules eucaryotes, comme la respiration cellulaire (grâce aux mitochondries) et la photosynthèse (grâce aux chloroplastes).

Cette théorie endosymbiotique explique l'origine des mitochondries et des chloroplastes, illustrant comment les transferts horizontaux et l'endosymbiose ont contribué à la complexification des génomes au cours de l'évolution.

La complexification des génomes par transfert de gènes

La complexification d'un génome peut se faire par le transfert de gènes d'un individu ou d'une espèce à une autre. Il existe trois méthodes principales pour transférer un gène : la méthode artificielle (injection), la méthode verticale, et la méthode horizontale. Les caractéristiques de l'ADN permettent des échanges génétiques entre organismes qui ne sont pas nécessairement apparentés. Ces échanges sont qualifiés d'horizontaux, par opposition aux échanges verticaux traditionnels de matériel génétique entre parents et descendants.

Les transferts horizontaux

Les transferts horizontaux impliquent le transfert de matériel génétique en dehors de toute filiation. Ce processus modifie le génome de l'individu ou de l'espèce receveuse. Si cette modification confère un avantage sélectif, elle sera conservée, complexifiant ainsi le génome. Les transferts horizontaux peuvent être intraspécifiques (entre deux individus de même génération) ou interspécifiques (entre deux individus d'espèces différentes).

Exemple: En 1928, le microbiologiste anglais F. Griffith a fait une découverte surprenante : l'injection simultanée à des souris de bactéries R vivantes et de bactéries S tuées s'est révélée mortelle. Les souris sont mortes et de nombreux pneumocoques pourvus de capsule (souche S) ont été identifiés chez les souris. Il y a eu transfert d'un caractère héréditaire des bactéries S mortes aux bactéries R vivantes.

Highlight: En 1944, les expériences d'Avery, McLeod et McCarty ont démontré que c'est l'ADN qui est transféré des bactéries S aux bactéries R. Des bactéries R ont subi une transformation par intégration à leur génome d'un fragment d'ADN provenant des bactéries S.

Différents modes de transferts horizontaux

Les transferts horizontaux s'effectuent par des processus variés. Chez les bactéries, où ces transferts sont fréquents, ils peuvent s'effectuer par :

1. La transformation: intégration d'ADN libéré dans l'environnement.
2. La transduction: transfert d'ADN par le biais d'un virus (bactériophage) emportant des fragments d'une bactérie donneuse vers une bactérie receveuse.
3. La conjugaison: transfert d'ADN plasmidique entre deux bactéries par l'intermédiaire d'un pont (pilus sexuel) de conjugaison.

Vocabulary: Plasmide - ADN circulaire distinct du chromosome bactérien, jouant le rôle de vecteur de gènes.

Transferts horizontaux et évolution

Les transferts horizontaux sont très fréquents et ont des effets importants sur l'évolution des populations et des écosystèmes. Ils sont notamment responsables de la propagation des résistances aux antibiotiques entre souches bactériennes.

Highlight: La résistance aux antibiotiques par les bactéries se répand dans la nature grâce à ce phénomène, en particulier par conjugaison. Les plasmides reçus permettent soit de dégrader l'antibiotique, de l'altérer ou de l'expulser de la cellule.

Ces transferts horizontaux peuvent être utilisés par l'Homme dans le cadre du génie génétique pour transférer des gènes d'intérêt et faire produire par des bactéries des molécules comme l'insuline humaine. Ils permettent également d'envisager des biotechnologies, notamment par la transgénèse.

Definition: Transgénèse - Transfert de gène effectué par l'humain entre une espèce donneuse et une espèce receveuse.