Les bactéries magnétiques peuvent aligner leur mouvement sur le champ magnétique terrestre grâce à des chaînes de nanoparticules magnétiques à l’intérieur de leurs cellules. Les plans de fabrication et de liaison de ces magnétosomes sont stockés dans les gènes de la bactérie.
Une équipe de recherche internationale dirigée par les professeurs Dr Dirk Schüler et Dr René Uebe de l’Université de Bayreuth vient de découvrir pour la première fois un groupe de ces gènes dans des bactéries non magnétiques. Ces gènes sont inactifs mais fonctionnels et sont probablement entrés dans la bactérie par transfert horizontal de gènes. Les résultats de la recherche ont été présentés dans La revue ISME.
Le transfert de gènes d’un organisme à un autre est appelé « horizontal » lorsqu’il ne s’agit pas d’un héritage « vertical » dans le cadre d’un processus de propagation. Dans le domaine des bactéries, la transmission horizontale de l’information génétique est une source importante de modification d’espèces existantes ou d’émergence de nouvelles. Les nombreux gènes qui contrôlent la capacité de synthétiser les magnétosomes peuvent également être naturellement transmis horizontalement à d’autres bactéries.
Jusqu’à présent, cependant, ces gènes n’ont été trouvés que dans des bactéries qui produisent déjà des magnétosomes à la suite d’un précédent transfert de gènes réussi. Mais maintenant, les microbiologistes de Bayreuth et leurs partenaires de recherche en Hongrie et en France ont pour la première fois découvert un groupe de tels gènes dans le génome d’une bactérie non magnétique.
Il s’agit de Rhodovastum atsumiense, qui est classée comme bactérie photosynthétique car elle peut utiliser l’énergie solaire pour son métabolisme. Les gènes des magnétosomes découverts chez cette espèce bactérienne sont inactifs : les cellules n’ont pas pu être induites à former des magnétosomes en laboratoire, même dans diverses conditions de culture. Jusqu’à présent, aucune bactérie photosynthétique naturellement magnétique n’est connue, bien que l’équipe du professeur Dr. Schüler ait déjà réussi à « magnétiser » de telles bactéries par transfert de gènes artificiels.
« À notre connaissance, il s’agit de la première détection d’un ensemble complet de gènes » silencieux « dans une bactérie non magnétique. Il s’agit probablement d’un stade précoce de l’évolution après l’acquisition des gènes d’une autre bactérie encore inconnue. D’autres analyses du génome ont révélé que le groupe de gènes transférés provenait très probablement d’une bactérie magnétique appartenant à la classe Alphaproteobacteria. »
« Des études futures montreront si ces gènes peuvent être activés dans l’environnement naturel de la bactérie. Dans tous les cas, aucune activation n’a lieu dans des conditions de laboratoire, comme le montrent clairement nos résultats. Par conséquent, la présence de gènes de magnétosomes seuls n’indique pas que les magnétosomes la biosynthèse se produit réellement. La prudence est donc recommandée lors de l’interprétation des données génomiques correspondantes trouvées dans les bases de données publiques », déclare le professeur Dr Dirk Schüler, titulaire de la chaire de microbiologie à l’Université de Bayreuth.
Les chercheurs se sont également posé la question de savoir pourquoi la bactérie hôte Rhodovastum atsumiense n’éliminait pas les gènes des magnétosomes, même si elle n’en tirait aucun avantage de sélection au cours de l’évolution.
« La meilleure façon d’expliquer cela, sur la base de nos analyses du génome, est la suivante : le transfert de gènes s’est probablement produit à un stade d’évolution plus récent. Une élimination rapide n’était pas nécessaire car les gènes du magnétosome n’ont aucun effet néfaste sur la bactérie hôte », explique le premier auteur, le Dr Marina Dziuba, associée de recherche de longue date au sein du groupe de recherche en microbiologie de l’Université de Bayreuth.
Les nouveaux résultats de la recherche font suite à une étude publiée il y a deux ans. Ici, les microbiologistes de Bayreuth ont réussi à introduire l’ensemble complet de gènes de magnétosomes de la bactérie magnétique Magnetospirillum gryphiswaldense, établie depuis longtemps comme organisme modèle dans la recherche, dans le génome d’une bactérie non magnétique. Peu de temps après, ces bactéries hôtes ont commencé à biosynthétiser les magnétosomes. Ils étaient apparemment capables d’exprimer les gènes étrangers acquis.
Plus d’information:
MV Dziuba et al, Les groupes de gènes silencieux codent la biosynthèse des organites magnétiques dans une bactérie phototrophe non magnétotactique, La revue ISME (2022). DOI : 10.1038/s41396-022-01348-y
Marina V. Dziuba et al, Le transfert en une seule étape d’opérons biosynthétiques confère à une souche de magnétospirillum non magnétotactique des zones humides la biosynthèse des magnétosomes, Microbiologie environnementale (2020). DOI : 10.1111/1462-2920.14950