Découverte d’un “écosystème invisible” et ses implications futuristiques

“Évolution”. Ce terme clé de la biologie désigne les changements qui s’accumulent au sein des populations, c’est-à-dire de groupes d’individus d’une espèce qui se reproduisent entre eux.

Parfois, lorsqu’une modification intervient au niveau d’un gène, des individus héritent de nouvelles caractéristiques qui leur confèrent un avantage en termes de survie et de reproduction dans leur environnement (PBS). Celles-ci ont tendance à devenir plus fréquentes dans la population, tandis que les caractéristiques défavorables, à l’inverse, diminuent en fréquence : c’est la sélection naturelle.

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Toutefois, lorsque les allèles, ou versions possibles des gènes, ne confèrent ni avantage ni désavantage pour la survie et la reproduction, les fréquences parmi la population peuvent varier au hasard – on parle alors de “dérive génétique”. Difficile, dans ce cas, de prétendre pouvoir prédire ce qui va se produire…

Un “écosystème invisible” ?

Entre la sélection naturelle et la dérive génétique, qui a le plus d’impact ? À partir des données de 2500 génomes complets d’une espèce de bactérie, trois scientifiques de l’université de Nottingham (Royaume-Uni) ont effectué une analyse du “pangénome” – l’ensemble des gènes d’une espèce donnée – à l’aide de Random Forest, une méthode d’apprentissage automatique.

Au bout de plusieurs centaines de milliers d’heures de traitement informatique, les chercheurs ont pu regrouper les gènes par “familles”, afin d’analyser ensuite le schéma selon lequel ces familles étaient présentes dans certains génomes et absentes dans d’autres.

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“Nous avons constaté que certaines familles de gènes n’apparaissaient jamais dans un génome lorsqu’une autre famille de gènes s’y trouvait déjà, et qu’à d’autres occasions, certains gènes dépendaient fortement de la présence d’une autre famille de gènes”explique dans un communiqué le Dr Maria Rosa Domingo-Sananes, coauteure de l’étude publiée dans PNAS (26 décembre 2023).

L’équipe interprète ces résultats en affirmant avoir découvert une sorte “d’écosystème invisible” au sein duquel les gènes peuvent “coopérer” ou entrer en “conflit” les uns avec les autres. “Ces interactions entre les gènes rendent certains aspects de l’évolution quelque peu prévisibles et, en outre, nous disposons désormais d’un outil qui nous permet de faire ces prédictions”ajoute la chercheuse.

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De nouveaux médicaments

Si cette interprétation venait à être confirmée par des travaux ultérieurs, les applications dans le domaine de la santé pourraient être majeures.

“Grâce à ce travail, nous pouvons commencer à explorer les gènes qui “soutiennent” un gène de résistance aux antibiotiques, par exemple”illustre le Dr Alan Beavan, co-auteur. “Par conséquent, si nous essayons d’éliminer la résistance aux antibiotiques, nous pouvons cibler non seulement le gène d’intérêt, mais aussi les gènes qui le soutiennent.” Et de poursuivre :

“Nous pouvons utiliser cette approche pour synthétiser de nouveaux types de constructions génétiques qui pourraient être utilisées pour développer de nouveaux médicaments ou vaccins. Ce que nous savons aujourd’hui ouvre la voie à toute une série d’autres découvertes.”

Outre les débouchés médicaux, les auteurs évoquent également la conception de potentiels “génomes synthétiques” et le développement de micro-organismes conçus pour capturer le carbone ou dégrader les polluants, dans l’objectif de “contribuer aux efforts de lutte contre le changement climatique”.

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Prévisible, vraiment ?

Il convient cependant de souligner le fait que, “même principalement due à la sélection naturelle [plutôt qu’à la dérive génétique, NDLR]l’évolution peut rester imprévisible”, expliquait Zachariah Gompert, biologiste à l’université d’État de l’Utah (Springer Nature2018), extérieur aux nouveaux travaux.

D’abord, parce que “nous ne comprenons pas vraiment les facteurs à l’origine de la sélection (c’est-à-dire l’interaction entre un organisme et son environnement qui aboutit à la sélection)”, ou “parce que nous ne pouvons pas prédire l’état des facteurs dont dépend la sélection (par exemple, s’il pleuvra ou s’il fera sec)”détaillait-il. De quoi rester humble…

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