[0:00]Les génomes des organismes ne sont pas des structures uniformes et figées dans le temps, mais au contraire, des mosaïques d'ADN extrêmement dynamique. Il existe différents processus capables de générer de la variabilité génétique et fonctionnelle.Par exemple, dans les vidéos précédentes, nous avons vu que les mutations, ou encore que la reproduction sexuée, pouvait participer à cette diversification des génomes. N'hésitez pas à revoir ces vidéos si besoin d'ailleurs, mais il existe d'autres mécanismes de diversification qui contribuent d'ailleurs à complexifier les génomes. Et c'est ce que je vous propose de voir dans cette vidéo, allez go, c'est parti.
[0:54]Alors avant de commencer, j'aimerais vous faire quelques rappels, notamment sur le terme d'organisme. En effet, il existe des organismes appelés eucaryotes, c'est-à-dire constitués de cellules avec un noyau et des organismes appelés procaryotes comme les bactéries par exemple qui en sont dépourvues. Chaque cellule, que ce soit des eucaryotes ou des procaryotes, renferme du matériel génétique contenu dans les chromosomes sous forme d'ADN. Et lorsque l'on évoque le terme de génome pour une cellule ou un organisme pluricellulaire, et bien c'est ce qui correspond à l'ensemble des séquences d'ADN, ainsi que l'information qu'elles contiennent. Retenez que l'ADN est présent chez tous les êtres vivants. Depuis maintenant plusieurs dizaines d'années, les scientifiques ont montré expérimentalement que des échanges génétiques ou si vous préférez des transferts génétiques pouvaient se réaliser entre des individus pas forcément apparentés.
[1:51]Regardons ensemble les différents mécanismes possibles. Pour cela, je vous propose de plonger dans le monde bactérien car ces mécanismes ils sont très fréquents. Les bactéries sont capables de prélever des fragments d'ADN étrangers présents autour d'elles dans l'environnement et de les incorporer à leur propre génome. Et chose étonnante à retenir, c'est que l'information portée par ces fragments d'ADN peut alors être lue et exprimée par la bactérie. On appelle ce mécanisme de transfert la transformation. Un deuxième type de mécanisme fait intervenir des entités non cellulaires, les virus. Au sein du groupe des virus, il existe une catégorie particulière qui infecte spécifiquement les bactéries. Historiquement, on leur a donné un nom rien que pour eux, on les a appelé les bactériophages qui signifie littéralement les mangeurs de bactéries. Mais depuis leur découverte, les scientifiques se sont aperçus qu'ils ne les mangeaient pas vraiment, mais qu'ils les infectaient. On les appelle aujourd'hui par leur diminutif les phages. Regardez cette animation. Les phages sont représentés sur votre écran par les entités de couleur rouge. Vous reconnaissez bien leur forme, je pense. Ici, vous en avez un posé sur la bactérie. Il s'accolle complètement, puis par transparence, vous voyez son matériel génétique qui peut alors être injecté dans la bactérie. Vous avez ainsi une intégration de ce matériel génétique viral dans le génome bactérien. Et cette cellule maintenant infectée par le phage est appelée cellule receveuse. Ce mécanisme de transfert génétique assez courant est appelé la transduction. Enfin, il existe un troisième mécanisme de transfert de matériel génétique. Pour vous le présenter, je vous propose ici une observation de bactéries. Certaines peuvent établir des ponts entre elles par lesquelles elles échangent alors des molécules dont de l'ADN. C'est un transfert direct entre bactéries et ce mécanisme se nomme la conjugaison. Voilà, retenez qu'il existe plusieurs mécanismes de transfert génétique, ce sont tous des transferts se réalisant entre individus d'une même génération. Et comme on l'a vu pour certains types, ces transferts ne se font pas forcément entre organisme apparenté. Tous ces transferts constituent des transferts horizontaux. Pourquoi horizontaux ? Alors, on distingue différents types de transferts et notamment les transferts verticaux. Un transfert vertical veut dire que l'on transfère du matériel génétique d'une génération à une autre. Par exemple, vous qui me regardez, vous avez hérité votre matériel génétique de vos parents et ce type de transfert est alors dit vertical. Génération parentale et votre génération, ça marche pour vous ? Si vous aviez la possibilité d'incorporer dans vos cellules du matériel génétique à partir d'un camarade par exemple, donc un autre individu comme vous. Et que vous puissiez ensuite produire de nouvelles protéines et bien on pourrait parler de conjugaison comme on l'a vu précédemment avec les bactéries. Vous transmettez à une même génération du matériel génétique, pas votre descendance. OK pour vous, c'est bon pour la différence entre transfert horizontaux et verticaux. On a vu des exemples de transferts pouvant se faire entre bactéries, mais aussi entre virus et bactéries. Et finalement, ces transferts pouvaient se faire même entre des groupes très éloignés phylogénétiquement, c'est-à-dire finalement n'ayant pas de relation de parenté direct. Et ça, ça s'explique par l'universalité de la molécule d'ADN comme support de l'information génétique. En d'autres mots, si vous voulez que vous soyez une méduse, une plante, une bactérie, un champignon ou encore ce que l'on appelle une arché et bien vous possédez tous de l'ADN, cette molécule constitue le support de l'information génétique. Et d'ailleurs, son universalité a permis le développement de techniques très spécifiques. On parle de biotechnologie pour être plus précis, de génie génétique, des techniciens, ingénieurs et chercheurs en science mettent à profit ces fameuses propriétés de transfert. Comment ? Et bien en faisant exprimer certains gènes intéressants, justement dans un organisme différent de celui qu'il exprime normalement. Je m'explique. Imaginons que vous ayez besoin d'une molécule d'intérêt, par exemple pour créer un médicament. Ou une molécule importante dans le domaine agroalimentaire, et bien avec les biotechnologies maintenant, il est assez facile de transformer par exemple des bactéries ou des levures. Donc de transférer les gènes codant ces molécules d'intérêt et d'obtenir en grande quantité les produits d'expression de ces gènes transférés. Vous comprenez l'idée ? D'ailleurs, si vous avez compris ce concept de transfert réalisable par les biotechnologies, je vais vous montrer que l'on a rien inventé. Grâce au séquençage et à la comparaison des génomes, les scientifiques ont découvert que toutes les espèces contiennent des gènes écoutez-moi bien, contiennent des gènes provenant d'autres espèces, y compris des espèces vraiment très éloignées au niveau de leur relation de parenté, sur le plan phylogénétique, si vous préférez. Par exemple, chez nous, chez les humains, on a identifié dans notre génome la présence de gènes de virus, de gènes de bactéries, de gènes de champignons et même de gènes que l'on retrouve chez les plantes. Vous imaginez leur surprise. Alors, tous ces résultats indiquent aux scientifiques que ces transferts de gènes horizontaux sont finalement assez fréquents. Et participent à la diversification du monde vivant et surtout, chose importante, c'est que un organisme incorporant de nouveaux gènes, c'est un organisme qui acquiert de nouveaux caractères, de nouvelles capacités. Et ça, ce n'est pas à négliger. Prenez une bactérie pathogène pour les humains par exemple. Et bien si par un phénomène de conjugaison, elle reçoit un gène de résistance à un antibiotique via une bactérie résistante, elle peut devenir alors très dangereuse pour la santé humaine. Puisqu'elle résiste alors à un traitement médicamenteux classique qui normalement l'aurait tué. Cette bactérie a acquis une résistance qui peut être largement dispersée dans l'environnement à d'autres bactéries à la base sensible. Vous imaginez la cascade des événements, c'est ce que l'on appelle la propagation des résistances bactériennes qui sont de véritables problèmes de santé publique. Tout ça, grâce ou à cause, c'est selon les cas, des transferts horizontaux. Et il existe de nombreux autres exemples dans d'autres lignées. Bref, c'est une thématique passionnante et vous comprenez bien que ces transferts fréquents à tous les niveaux du vivant enrichissent les génomes, complexifient les génomes. Mais on peut encore aller plus loin sur ces évolutions des génomes. Prenez une cellule eucaryote classique comme vous avez sur votre écran. On distingue ici le noyau contenant le génome avec dans le cytosol de nombreux organites comme le réticulum, l'appareil de Golgi ou encore des lysosomes. Mais vous avez aussi des mitochondries et dans le cas de cellules végétales comme ici sur votre écran, on peut y trouver des chloroplastes. Ces deux organites ont la particularité de contenir un génome. Et oui, comme dans le noyau, vous avez un génome mitochondrial dans les mitochondries et un génome chloroplastique dans les chloroplastes. De plus, quand on regarde de plus près ces organites et qu'on les compare avec certaines bactéries, on peut découvrir certaines similarités. Au niveau morphologique, comme le fait que ces organites se divisent comme les bactéries. Au niveau biochimique, certains lipides structuraux des membranes de ces organites rappellent ceux des bactéries. De même des métabolismes similaires qui peuvent être liés à la respiration ou à la photosynthèse qui sont connus chez des bactéries libres également. Et enfin au niveau génétique, nos deux organites possèdent un chromosome circulaire, donc on va dire une information génétique structurée de la même manière que les bactéries et quand on regarde plus en détail, on peut aussi s'apercevoir qu'il existe une machinerie moléculaire pour la traduction très similaire aux bactéries également. Bref, vous m'avez compris, je pense, il existe tout un faisceau d'indices et d'arguments indiquant une origine bactérienne pour ces deux organites. Historiquement, c'est autour des années 60 que des scientifiques ont commencé à considérer ces organites comme d'anciennes bactéries. La théorie qui s'est développée se nomme la théorie de l'endosymbiose. Voici un petit schéma récapitulant un scénario évolutif rendant compte des observations données. À partir d'une cellule eucaryote ancestrale, ici, une cellule appelée hôte. Donc, ayant déjà des organites et un noyau, il y aurait eu par un phénomène d'endocytose, c'est-à-dire une entrée d'une bactérie avec un métabolisme hétérotrophe. Cette bactérie internalisée aurait donné de nombreux avantages à la cellule l'abritant alors dans son cytosol. Puis au cours de l'évolution, cette bactérie serait restée à l'intérieur de la cellule, elle aurait donné par la suite les mitochondries. Et comme cette mitochondrie reste en permanence dans la cellule, on parle alors d'endosymbiose. Un peu plus tard dans le temps, il y aurait eu d'autres endosytoses dans d'autres lignées cellulaires et ici, vous voyez qu'il y aurait eu une autre endocytose d'une autre bactérie, cette fois-ci capable de réaliser la photosynthèse. Elle serait à l'origine des chloroplastes actuels. Et d'ailleurs, pour ces deux organites, vous avez toujours la présence de deux membranes formant alors une enveloppe. Du coup, et c'est à retenir pour vous, l'intégration comme on vient de le voir confère à la cellule hôte de nouvelles potentialités métaboliques. Vous imaginez, en incorporant un chloroplaste, vous pouvez réaliser la photosynthèse. Vous êtes autotrophes au carbone. Et avec une mitochondrie, vous avez de très importants rendements énergétiques grâce à la respiration. Ça marche pour vous ? Ce scénario d'intégration aurait eu lieu il y a un peu plus de 1,5 milliard d'années. Et maintenant, devenue organite, ces anciennes bactéries sont capables de se multiplier et sont transmises d'une génération à l'autre par hérédité cytoplasmique avec le cytosol des gamètes ou lors des divisions cellulaires. Autrement dit, elles sont complètement intégrées à leurs cellules hôtes et elles n'en sortent plus. Une question que l'on peut se poser alors concernant le génome de ces organites, je vous ai mentionné que l'ADN était sous forme circulaire. Mais qu'en est-il de leur taille ? Alors, comparons ici la taille des génomes de ces organites avec la taille des bactéries supposées être très proches phylogénétiquement. Vous voyez sur ce tableau que la taille des génomes des organites est bien plus petite. Comparons les chloroplastes de différentes espèces avec une cyanobactérie très proche en terme de lien de parenté. La taille des génomes des chloroplastes est 25 à 45 fois plus petite que celle des cyanobactéries. Et le nombre de gènes codant pour des protéines est très réduit, comme vous pouvez le voir dans cette dernière colonne. Ces résultats sont similaires entre les mitochondries et les alpha-protéobactéries proches en termes de relation de parenté. Ainsi, au cours de l'évolution, le génome de l'organite régresse et il a été montré que certains gènes ont été transférés dans le noyau de la cellule hôte. Donc, vous avez eu un changement de compartiment dans la cellule pour ces gènes là. Tandis que pour d'autres gènes, et bien ils ont été tout simplement éliminés. Ce sont des gènes dont les produits ne sont plus utilisés dans l'endosymbiose, notamment des gènes nécessaires à la vie libre ou permettant certaines fonctions métaboliques. Merci à tous pour votre attention. Je vous rappelle que vous pourrez retrouver toutes ces informations dans le chapitre 3 du manuel Nathan spécialité SVT. Vous y retrouverez tout ce que l'on a vu dans la vidéo et bien plus encore. Chers élèves de terminale, voici en quelques mots ce que vous devez connaître dans ce chapitre. Nous avons vu dans cette vidéo qu'il existait des échanges d'ADN entre cellules. L'ADN est présent chez tous les êtres vivants. Des fragments d'ADN peuvent être facilement incorporés par une cellule et l'information génétique qu'il porte est intégrée à celle de la cellule receveuse. Ces échanges de matériel génétique se produisent en dehors de la reproduction sexuée sont appelés transferts horizontaux. Et nous avons vu qu'il existait plusieurs mécanismes de transferts. Retenez que ces transferts sont fréquents et touchent tous les êtres vivants, dans tous les milieux de vie. Les gènes transférés donnent de nouvelles propriétés aux organismes qui les reçoivent, ce qui a des effets sur les populations et sur le fonctionnement des écosystèmes. Ces transferts de gènes facilitent la propagation des résistances bactériennes aux antibiotiques utilisés en santé humaine et animale. Enfin, au cours de l'histoire de la vie, des cellules ont été incorporées à d'autres, se simplifiant jusqu'à devenir des composants de leur cytoplasme. C'est le cas des mitochondries et des chloroplastes. Au cours du temps, une grande partie du génome des cellules intégrées a régressé, et certains gènes ont même été transférés dans le noyau de la cellule hôte. Les organites issus d'endosymbioses sont transmis de génération en génération, on parle d'hérédité cytoplasmique. Voilà, je vous place en bas à droite de votre écran la vidéo suivante sur ce même thème. Si vous voulez avoir plus d'infos sur l'épisode, cliquez juste en dessous. N'oubliez pas de vous abonner, de partager et liker cette vidéo si ça vous a plu. Ça m'encourage à vous en créer de nouvelles pour votre réussite, je vous dis à la prochaine. Ciao.
