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Certains virus ont un génome mystérieux «  Z  »

Le plan de la vie sur notre planète est généralement écrit par des molécules d’ADN à l’aide d’un alphabet génétique à quatre lettres. Mais certains virus envahisseurs de bactéries transportent de l’ADN avec une lettre différente – Z – qui peut les aider à survivre. Et de nouvelles études montrent qu’il est beaucoup plus répandu qu’on ne le pensait auparavant.

Une série de nouveaux articles décrivent comment cette étrange lettre chimique entre en viral ADN, et les chercheurs ont maintenant démontré que le «génome Z» est beaucoup plus répandu dans les virus envahisseurs de bactéries à travers le monde – et peut même avoir évolué pour aider les agents pathogènes à survivre dans les conditions chaudes et difficiles de nos débuts. planète.

le Trois séparé études ont été publiés jeudi 29 avril dans la revue Science.

L’ADN est presque toujours composé du même alphabet de quatre lettres de composés chimiques appelés nucléotides: guanine (G), cytosine (C), thymine (T) et adénine (A). Une molécule d’ADN se compose de deux brins de ces produits chimiques qui sont liés ensemble en une forme de double hélice. L’alphabet de l’ADN est le même qu’il s’agisse de coder pour les grenouilles, les humains ou la plante près de la fenêtre, mais les instructions sont différentes. La molécule ARN utilise presque le même alphabet, mais utilise de l’uracile (U) au lieu de la thymine.

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En 1977, un groupe de scientifiques en Russie a découvert pour la première fois qu’un cyanophage, ou un virus qui envahit un groupe de les bactéries connu sous le nom de cyanobactéries, avait remplacé tout son As par la 2-aminoadénine chimique (Z). En d’autres termes, un alphabet génétique qui consiste généralement en ATCG dans la plupart des organismes de notre planète était le ZTCG dans ces virus.

Pendant des décennies, il s’agissait d’une découverte époustouflante – aussi étrange que d’épeler des pommes «zpples» – et on en savait peu sur la façon dont cette substitution d’une lettre pouvait avoir eu un impact sur le virus. À la fin des années 1980, les chercheurs ont découvert que ce nucléotide Z donnait en fait certains avantages au virus: il était plus stable à des températures plus élevées, il aidait un brin d’ADN à se lier plus précisément au deuxième brin d’ADN après réplication (l’ADN est double brin) , et l’ADN-Z pourrait résister à certaines protéines présentes dans les bactéries qui, normalement, détruiraient l’ADN viral.

Aujourd’hui, deux groupes de recherche en France et un en Chine ont découvert une autre pièce du puzzle: comment ce nucléotide Z se retrouve dans les génomes des bactériophages – des virus qui envahissent les bactéries et utilisent sa machinerie pour se répliquer.

Usine Z

Les trois groupes de recherche, à l’aide de diverses techniques génomiques, ont identifié une partie de la voie menant au génome Z dans les bactériophages.

Les deux premiers groupes ont trouvé deux protéines majeures appelées PurZ et PurB qui sont impliquées dans la fabrication du nucléotide Z. Une fois que le cyanophage a injecté son ADN dans les bactéries pour se répliquer, une série de transformations ont lieu: ces deux protéines fabriquent une molécule Z précurseur, puis convertissent la molécule précurseur Z en nucléotide Z. D’autres protéines le modifient alors pour qu’il puisse être incorporé dans l’ADN.

Le troisième groupe a identifié l’enzyme responsable de l’assemblage de nouvelles molécules d’ADN à partir de la molécule d’ADN parente: une ADN polymérase connue sous le nom de DpoZ. Ils ont également constaté que cette enzyme exclut spécifiquement le nucléotide A et ajoute toujours le Z à la place.

Pendant des décennies, le génome Z n’était connu que dans une seule espèce de cyanobactéries. « Les gens croyaient que ce génome Z était si rare », a déclaré Suwen Zhao, professeur adjoint à l’école des sciences de la vie et de la technologie de l’Université ShanghaiTech et auteur principal de l’une des études.

Zhao et son équipe ont analysé les séquences des phages avec le génome Z et les ont comparées à d’autres organismes. Ils ont découvert que les génomes Z sont en fait beaucoup plus répandus qu’on ne le pensait auparavant. Le génome Z était présent dans plus de 200 types différents de bactériophages.

Les phages porteurs de ce génome Z « pourraient être considérés comme une forme de vie différente », a déclaré Pierre Alexandre Kaminski, chercheur à l’Institut Pasteur en France, auteur principal d’une autre des études et co-auteur de la troisième. Mais « il est difficile de connaître l’origine exacte », et il est nécessaire d’explorer dans quelle mesure cette protéine PurZ existe à travers les bactériophages – et peut-être même les organismes, a-t-il déclaré à 45Secondes.fr.

Kaminski et son groupe ont analysé les évolutionniste histoire de la protéine PurZ et a découvert qu’elle est liée à une protéine appelée PurA trouvée dans les archées qui synthétise le nucléotide A. Cette connexion évolutive «distante» soulève la question de savoir si les protéines impliquées dans la fabrication du nucléotide Z sont apparues pour la première fois dans des bactéries et ont finalement été adaptées par des virus, ou si elles se sont produites plus fréquemment dans les formes de vie préliminaires sur la planète, peut-être même dans les cellules, Michael Grome et Farren Isaacs de l’Université de Yale, qui ne faisaient pas partie des études, ont écrit dans un article de perspective connexe également publié dans la revue La science le 29 avril.

PurZ et DpoZ sont souvent hérités ensemble, ce qui suggère que les génomes Z existent aux côtés de l’ADN normal depuis les premiers jours de la vie sur notre planète, avant il y a 3,5 milliards d’années, ont-ils écrit. De plus, une analyse menée en 2011 sur une météorite tombée en Antarctique en 1969 a découvert le nucléotide Z aux côtés de certains nucléotides standard et non standard susceptibles d’être d’origine extraterrestre, «augmentant un rôle potentiel pour Z dans les premières formes de vie», ont-ils écrit.

Futur Z

Il est possible que ce génome Z, s’il existait aussi tôt dans l’histoire de notre planète, aurait pu conférer un avantage aux formes de vie précoces. « Je pense qu’il est plus approprié pour les organismes du génome Z de survivre dans l’environnement chaud et difficile » de la planète primitive, a déclaré Zhao.

Le génome Z est très stable. Lorsque deux brins d’ADN normal se rejoignent pour former une double hélice, deux hydrogène les liaisons lient A à T, et trois liaisons hydrogène lient G à C. Mais lorsque A est remplacé par Z, trois liaisons hydrogène les lient ensemble, ce qui rend le lien plus fort. C’est le seul ADN non normal qui modifie la liaison hydrogène, a déclaré Kaminski.

Mais il n’est pas surprenant que le génome Z ne soit pas répandu parmi les espèces aujourd’hui. Le génome Z crée un ADN très stable, mais pas flexible, a déclaré Zhao. Pour de nombreux événements biologiques, tels que la réplication de l’ADN, nous devons décompresser le double brin, et la liaison hydrogène supplémentaire rend la décompression plus difficile, a-t-elle déclaré. « Je pense que c’est plus adapté aux environnements chauds et difficiles, mais pas à cet environnement plus confortable pour le moment », a déclaré Zhao.

Pourtant, la stabilité du génome Z en fait un candidat idéal pour certaines technologies. Maintenant que les chercheurs savent quelles protéines le virus utilise pour fabriquer ces génomes Z, les scientifiques peuvent les fabriquer eux-mêmes. « Maintenant, nous pouvons produire le génome Z à grande échelle », a déclaré Zhao.

Par exemple, le génome Z peut aider à améliorer la phagothérapie, qui est une méthode de traitement des infections bactériennes qui utilise des bactériophages, généralement lorsque les bactéries développent une résistance aux antibiotiques, a-t-elle déclaré. Ou, il pourrait être utilisé pour améliorer la longévité et la capacité de ciblage des brins d’ADN utilisés en thérapie génique, selon l’article de perspective. De plus, les chercheurs pourraient étudier ce qui pourrait arriver s’ils incorporaient le génome Z dans les cellules pour améliorer le fonctionnement de la cellule, selon l’article de perspective.

Mais il y a encore tellement de questions sans réponse sur le génome Z, a déclaré Zhao. Par exemple, elle espère comprendre si sa structure 3D présente des différences par rapport à celle de l’ADN normal, tandis que Kaminski espère explorer davantage les avantages que ce génome Z donne au bactériophage autre que de l’aider à échapper aux protéines de défense de la bactérie.

On ne sait pas si le génome Z peut également constituer des brins de l’ARN relatif de l’ADN, selon l’article de perspective. Il n’est même pas clair si ce génome Z peut s’intégrer dans les gènes de l’hôte bactérien d’un virus. Ce qui ressort clairement de ces études, c’est que le génome Z est plus répandu que nous ne le pensions – et a probablement une histoire évolutive très intéressante.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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