Une nouvelle étude a révélé le rôle vital des vésicules extracellulaires dans le transfert horizontal de gènes entre micro-organismes océaniques. Cette découverte remet en question les croyances existantes sur les mécanismes d’échange de gènes et introduit « l’ADN extracellulaire protégé » (peDNA) comme nouveau terme pour englober la diversité des porteurs génétiques au-delà des virus, ouvrant ainsi une nouvelle direction pour la recherche future dans divers écosystèmes.
Les vésicules extracellulaires contribuent de manière significative plus au transfert horizontal de gènes dans les océans qu’on ne le pensait auparavant.
Les océans regorgent de micro-organismes engagés dans un échange dynamique de matériel génétique. Ce processus, connu sous le nom de transfert horizontal de gènes (HGT), joue un rôle central dans l’évolution de nombreux espèces et constitue un facteur clé dans la propagation de la résistance aux antibiotiques parmi les bactéries. Traditionnellement, on croyait que cet échange de gènes se produisait principalement par contact cellulaire direct, flottant librement. ADNou des virus.
Une étude dirigée par Susanne Erdmann de l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême montre désormais que les vésicules dites extracellulaires sont également très importantes pour le transfert d’informations génétiques dans la mer et donc pour la vie de ses plus petits habitants.
Virus, GTA, EV : petits et nombreux
La plupart des virus sont minuscules. On en trouve jusqu’à 10 millions dans chaque goutte d’eau de mer. Ils peuvent non seulement emballer leur propre matériel génétique (leur génome), mais aussi des parties de l’ADN de leur hôte – c’est-à-dire l’ADN de l’organisme qu’ils ont infecté – et le transporter dans d’autres cellules.
L’étude des virus est un défi. Les échantillons d’eau de mer doivent être filtrés à travers des filtres dont les pores ne mesurent que 0,2 µm (soit environ 300 fois moins que l’épaisseur d’un cheveu humain) pour séparer les virus des cellules. En plus des virus, ces échantillons filtrés contiennent également des agents de transfert de gènes (GTA) et des vésicules extracellulaires (EV).
Pour cette étude, les chercheurs de l’Institut Max Planck de Brême ont également collecté des échantillons d’eau au large de l’île de Helgoland, en mer du Nord. Crédit : Silvia Vidal / Institut Max Planck de microbiologie marine
Les GTA sont virus-les particules qui emballent exclusivement l’ADN et les EV de l’hôte sont de petites vésicules enveloppées par une membrane qui se détache de la surface cellulaire de l’hôte. Ces véhicules électriques peuvent contenir diverses molécules. En plus des enzymes, des nutriments et ARNils transportent souvent des fragments d’ADN.
Les véhicules électriques sont de prolifiques transporteurs de matériel génétique
Erdmann et son équipe ont maintenant montré que, contrairement à ce que l’on pensait auparavant, les échantillons d’eau de mer filtrés contiennent une grande quantité d’ADN de l’hôte qui n’est pas transportée par les virus. Le prouver était extrêmement compliqué. «Après le séquençage, c’est-à-dire la lecture de l’ADN de l’hôte, nous ne pouvons plus savoir comment il est entré dans notre échantillon», explique Erdmann, chef du groupe de recherche Max Planck Archaea Virology à l’Institut Max Planck de Brême.
« Il n’existe aucune fonctionnalité permettant d’attribuer une séquence à un mécanisme de transport spécifique. »
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont eu recours à une astuce. Dans un premier temps, ils ont attribué chaque séquence d’ADN à un hôte dont elle provenait à l’origine. Ensuite, ils ont déterminé, dans la mesure du possible, un mécanisme de transport principal pour chaque hôte – c’est-à-dire par des virus, des GTA ou des EV. Cela leur a permis d’attribuer un mécanisme de transport potentiel à une séquence d’ADN spécifique.
« Le résultat était surprenant : apparemment, une grande partie de l’ADN n’était pas transportée par les voies classiques, mais par des vésicules extracellulaires », explique Erdmann.
Bien plus que des déchets – dans l’océan et au-delà
« Les vésicules extracellulaires ont longtemps été considérées comme des déchets cellulaires. Ce n’est qu’au cours des quinze dernières années que les scientifiques ont pu montrer leurs différentes fonctions pour la cellule. Notre étude met clairement en évidence le rôle fondamental que jouent les véhicules électriques dans l’échange de matériel génétique entre cellules », explique Dominik Lücking, titulaire d’un doctorat. étudiant du groupe d’Erdmann et premier auteur de l’étude, qui a maintenant été publiée dans la revue ISME Communications.
Ainsi, les auteurs suggèrent de changer de terminologie : « Traditionnellement, nous parlons d’un virome, un métagénome enrichi en virus, lors de l’extraction et du séquençage de l’ADN de la fraction de 0,2 µm », explique Lücking. « Cependant, de cette façon, nous passons à côté de la variété des autres particules non virales de cette fraction, comme les véhicules électriques. Ainsi, nous proposons d’appeler cette fraction « ADN extracellulaire protégé », ou peDNA.
L’étude présentée ici jette les bases des recherches futures sur l’ADNpe dans tous les écosystèmes, dans l’océan et au-delà. «La nouvelle nomenclature nous permettra de parler plus clairement des mécanismes et processus non couverts par le terme virome», explique Erdmann.
Les recherches futures pourront utiliser cette étude comme ligne directrice pour évaluer le rôle des vésicules extracellulaires dans d’autres environnements, tels que les systèmes de sol et d’eau douce ou l’intestin humain. « Compte tenu de l’importance du transfert horizontal de gènes dans de nombreux écosystèmes, nous sommes convaincus que de nombreuses surprises nous attendent encore », conclut Erdmann.
