Le plan de la vie sur notre planète est généralement écrit par des molécules d’ADN en utilisant un alphabet génétique à quatre lettres. Mais certains virus bactériens envahissants portent de l’ADN avec une lettre différente, Z, ce 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 devient virale ADN, y los investigadores ahora han demostrado que el “genoma Z” está mucho más extendido en los virus invasores de bacterias en todo el mundo, y es posible que incluso haya evolucionado para ayudar a los patógenos a sobrevivir a las condiciones cálidas y duras de nuestros premières années. planète.
La Trois démonter études ils 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 se réunissent en une double hélice. L’alphabet ADN est le même qu’il code pour les grenouilles, les humains ou la plante près de la fenêtre, mais les instructions sont différentes. La molécule d’ARN utilise presque le même alphabet, mais utilise 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 envahissant un groupe de les bactéries connus sous le nom de cyanobactéries, ils avaient remplacé tous leurs A par la chimie 2-aminoadénine (Z). En d’autres termes, un alphabet génétique qui consiste normalement en ATCG dans la plupart des organismes de notre planète était le ZTCG dans ces virus.
Pendant des décennies, c’était une découverte surprenante, aussi étrange que l’orthographe de pommes comme «zpples», et on savait peu de choses sur la façon dont cette substitution de lettres pouvait avoir affecté 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 détruiraient normalement 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, virus qui envahissent les bactéries et utilisent leur 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 production du nucléotide Z. Une fois que le cyanophage injecte son ADN dans les bactéries pour se répliquer, une série de transformations se produit: ces deux protéines forment une molécule précurseur Z et puis convertissez la molécule précurseur Z en nucléotide Z. Ensuite, d’autres protéines la modifient pour qu’elle puisse être incorporée 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 d’origine: une ADN polymérase connue sous le nom de DpoZ. Ils ont également constaté que cette enzyme exclut spécifiquement le nucléotide A et ajoute toujours 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 biologiques et de la technologie de l’Université de ShanghaiTech et auteur principal de l’une des études.
Zhao et son équipe ont analysé les séquences de phages avec le génome Z et les ont comparées à d’autres organismes. Ils ont constaté 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 un mode de vie différent», 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 dans les bactériophages, et peut-être même dans les organismes, a-t-il déclaré à Live Science.
Kaminski et son groupe ont analysé les évolutionniste historique 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 production du nucléotide Z sont apparues en premier chez les bactéries et étaient éventuellement adaptés par des virus, ou s’ils se sont produits plus fréquemment dans les premières formes de vie sur la planète, peut-être même au sein des 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 le magazine. les sciences 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. En outre, une analyse de 2011 d’une météorite qui a frappé l’Antarctique en 1969 a découvert le nucléotide Z ainsi que certains nucléotides standard et non standard susceptibles d’être d’origine extraterrestre, «posant 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 si tôt dans l’histoire de notre planète, aurait pu conférer un avantage aux premières formes de vie. “Je pense qu’il est plus approprié pour les organismes du génome Z de survivre dans l’environnement chaud et hostile” de la planète primitive, a déclaré Zhao.
Le génome Z est très stable. Lorsque deux brins d’ADN normal se réunissent pour former une double hélice, deux hydrogène Les liaisons joignent A à T et trois liaisons hydrogène joignent G à C. Mais lorsque A est remplacé par Z, trois liaisons hydrogène les rejoignent, rendant la liaison plus forte. C’est le seul ADN anormal qui modifie la liaison hydrogène, a déclaré Kaminski.
Mais il n’est pas surprenant que le génome Z ne soit pas très 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-il déclaré. “Je pense qu’il 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 le faire 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-il 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 prospectif. De plus, les chercheurs pourraient étudier ce qui pourrait arriver s’ils incorporaient le génome Z dans les cellules pour améliorer la fonction cellulaire, selon l’article prospectif.
Mais il reste encore de nombreuses questions sans réponse sur le génome Z, a déclaré Zhao. Par exemple, il espère comprendre si sa structure 3D diffère de l’ADN normal, tandis que Kaminski espère explorer davantage les avantages que ce génome Z donne au bactériophage en plus de l’aider à échapper aux protéines de défense des bactéries.
On ne sait pas si le génome Z peut également former 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 être incorporé 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 qu’on ne le pensait et qu’il a probablement une histoire évolutive très intéressante.
Publié à l’origine sur Live Science.
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