Des biologistes rejouent 500 millions d'années d'évolution d'E Coli en laboratoire

La biologie évolue si rapidement et fondamentalement qu'il est difficile de suivre les transformations révolutionnaires en cours.

Voici l'un d'entre eux. La biologie synthétique est la conception et la construction de systèmes biologiques qui ne se trouvent pas dans la nature. C'est de l'ingénierie – utiliser des blocs de construction moléculaires pour créer de nouvelles biomolécules, telles que des gènes.

Voici une autre technique. En comparant l'ADN d'espèces apparentées, les biologistes peuvent déterminer la structure de l'ADN de leurs ancêtres communs.

Ensuite, en utilisant la biologie synthétique, ils peuvent reconstruire ces séquences en laboratoire. De cette façon, les biologistes ont commencé à ressusciter toutes sortes de biomolécules anciennes, y compris des récepteurs hormonaux et même d'anciennes machines moléculaires.

Aujourd'hui, Betül Kaçar et Eric Gaucher du Georgia Institute of Technology à Atlanta révèlent qu'ils ont combiné ces techniques pour réaliser une expérience remarquable.

Ces gars-là ont reconstitué un ancien gène d'un ancêtre de l'organisme bactérien E coli qui a vécu il y a environ 500 millions d'années. Ils ont ensuite remplacé la version moderne de ce gène par l'ancienne dans une population d'E coli.

C'est la première fois qu'un gène ancien est intégré génomiquement à la place de son homologue moderne dans un organisme contemporain, disent-ils.

Il s'agit de Jurassic Park à l'échelle bactérienne (bien qu'un meilleur nom étant donné l'échelle de temps puisse être Cambrian ou Ordovician Park).

Mais Kaçar et Gaucher n'en ont pas fini là. Ils disent que leurs anciennes bactéries offrent une occasion unique de rejouer l'évolution en laboratoire pour voir si les E coli d'aujourd'hui évoluent à nouveau ou si quelque chose d'autre se produit.

L'idée est de permettre à l'organisme d'évoluer sur plusieurs générations dans des conditions soigneusement contrôlées. Les différentes adaptations peuvent être mesurées à l'aide de critères de fitness, tels que le temps nécessaire pour que la population bactérienne double. Le séquençage du génome entier peut alors montrer quels types de changements se produisent.

Cela n'a jamais été fait avec des bactéries modifiées de cette manière. Kaçar et Gaucher disent qu'il y a essentiellement deux classes de résultats possibles dans ces expériences.

Le premier concerne le gène lui-même. Soit le gène ancien s'adapte à plusieurs reprises au réseau moderne pour produire une copie exacte de son homologue moderne, soit il évolue d'une manière entièrement différente.

La deuxième classe concerne le réseau de gènes dans l'organisme moderne. Soit le réseau moderne évolue vers l'ancien réseau - ressuscitant ainsi l'ancienne créature - soit le réseau moderne s'adapte d'une manière entièrement nouvelle.

Le problème, bien sûr, sera de séparer tout cela des détails expérimentaux désordonnés.

Jusqu'à présent, Kaçar et Gaucher n'ont effectué que des mesures préliminaires de la condition physique. Ils disent que la population d'anciens E coli met deux fois plus de temps à doubler de taille que les créatures modernes. Mais c'est encore au début de leurs travaux sur l'évolution expérimentale.

La nouvelle approche ouvre la possibilité d'examiner toutes sortes de questions intéressantes sur le rôle dans l'évolution de facteurs tels que le hasard et le déterminisme.

Par exemple, Kaçar et Gaucher veulent savoir si l'évolution conduit à un point unique ou à des solutions multiples ; si certaines mutations sont prévisibles et si des lois universelles régissent l'évolution biologique.

C'est le genre de questions qui nous aideront à comprendre non seulement le rôle de l'évolution dans la production de la vie telle que nous la connaissons, mais aussi le rôle qu'elle peut jouer dans la vie si nous ne l'avons jamais imaginée ; en d'autres termes pour la vie sur d'autres planètes et dans des formes de vie artificielles encore à créer en laboratoire.

Des questions importantes du travail qui vaudront la peine d'être regardées à l'avenir.

Réf : arxiv.org/abs/1209.5032 : Vers la récapitulation de l'histoire ancienne en laboratoire : associer biologie synthétique et évolution expérimentale

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