Les bactéries vivent dans un monde dangereux. Épouvantablement dangereux. Il s'adonne en effet que sur cette bonne vieille Terre, la forme de vie la plus nombreuse est le groupe des phages, ces virus spécialisés dans l'infection de bactéries. Les producteurs de fromage, qui ont besoin de certaines bactéries pour transformer le lait, sont sans doute les seuls à pleurer ce malheureux destin, mais c'est parce que leurs clients ignorent le coût des pertes liées aux phages qu'ils se font refiler.
Or, une équipe de l'Université Laval et de la compagnie Danisco a percé cette année un mécanisme très important du système immunitaire des bactéries, ce qui pourrait permettre, à terme, de rendre nos «bactéries fromagères» plus robustes.
«Quand une population de bactéries est sensible aux phages, le virus s'absorbe à la surface en s'accrochant aux récepteurs. Son matériel génétique est alors libéré dans la cellule, mais la capside [l'enveloppe qui protège l'ADN du virus] reste à l'extérieur», dit le microbiologiste Sylvain Moineau, qui dirige l'équipe de chercheurs qui a fait la découverte.
Depuis des années, les microbiologistes tentaient de comprendre comment fonctionne un mécanisme de défense par lequel certaines bactéries, quand elles sont attaquées par des virus, acquièrent des fragments d'ADN viral et les incorporent à leur propre génome. Ces bouts d'ADN avaient même un nom, les CRISPR, pour Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, mais on voyait mal comment, au juste, ils pouvaient aider la bactérie à se défendre.
Dans leur article publié en novembre dans la prestigieuse revue Nature, M. Moineau et son équipe ont d'abord établi que ce mécanisme s'appliquait à n'importe quelle forme de matériel génétique, y compris des plasmides, c'est-à-dire des molécules d'ADN que les bactéries s'échangent à l'occasion. Les chercheurs ont en effet introduit dans des bactéries Streptococcus thermophilus (utilisées dans la production de yogourt) un plasmide qui conférait une résistance à un antibiotique. Or, si beaucoup de S. thermophilus ont intégré ce gène au bon endroit, acquérant ainsi la résistance, d'autres ont étonnamment placé ce bout d'ADN dans leur CRISPR et sont alors devenues «immunisées», en quelque sorte, contre l'acquisition du gène de résistance!
Pour en savoir plus, l'équipe de M. Moineau a sélectionné des S. thermophilus qui avaient déjà des CRISPR les immunisant contre un virus - le poétiquement nommé bactériophage 2972 -, en prenant bien soin de choisir des bactéries qui n'avaient pas toutes intégré les mêmes fragments d'ADN viral à leur «trousseau» immunitaire. Les bactéries étaient plutôt réparties en sept groupes, selon la séquence incorporée au CRISPR. Et c'est ce qui a permis la découverte.
«Ciseaux moléculaires»
En effet, après l'infection, les bactéries immunisées transportaient toutes des morceaux d'ADN viral, un peu comme des «cadavres» sur un champ de bataille. Mais en plus, il s'est avéré que, dans chaque groupe de bactéries, ces brins d'ADN avaient été sectionnés en des endroits correspondant systématiquement à la séquence intégrée dans les CRISPR.
Seule conclusion possible : ces CRISPR permettent de produire des sortes de «ciseaux moléculaires intelligents» qui reconnaissent des séquences particulières et coupent à un endroit précis. Les CRISPR ne servent pas eux-mêmes de ciseaux, puisque dans une cellule, l'ADN lui-même n'accomplit pas d'autre tâche que celle de conserver le précieux patrimoine génétique. De la même façon, par exemple, qu'un livre de cuisine ne sert qu'à conserver des recettes, et jamais à brasser la sauce.
Pour cette raison, la cellule va plutôt produire des copies de son ADN sous forme d'ARN, une forme de matériel génétique moins stable et moins coûteuse. Et c'est en plein ce qui se passe avec les CRISPR. «La bactérie va produire un ARN-messager à partir de son génome, qui va être coupé en petits ARN, et ce sont eux qui vont cibler l'ADN du virus qui entre dans la cellule, et qui vont le couper», dit M. Moineau.
Ces morceaux d'ARN vont ensuite persister dans la bactérie et continuer de la protéger.
Les amateurs de fromage seront ici ravis d'apprendre que cette découverte ouvre la porte à une «ingénierie bactérienne» nouveau genre : «On peut mener de cette façon une bactérie à être résistante à un phage, et on peut ensuite prendre un autre virus et faire le même exercice, et la bactérie va prendre la nouvelle immunité. Alors on peut faire des bactéries résistantes à vraiment plusieurs virus, parce que ce sont des ajouts continuels, et tant que l'espaceur [le morceau d'ADN] est là, la bactérie se sert de ça comme mémoire.»
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