Le laboratoire DynAMic (UMR INRAE 1128 - Dynamique des Génomes et Adaptation Microbienne) membre d’un consortium de quatre laboratoires avec deux de l'Université Paris Saclay-CNRS (I2BC) et de l'Université Grenoble Alpes (CNRS) a participé à l'exploration de la structure chromosomique de la bactérie Streptomyces lors de son cycle de développement biologique et métabolique. Ces travaux de recherche en microbiologie fondamentale ont été publiés le 1er septembre dans la prestigieuse revue Nature Communications.
Les bactéries du genre Streptomyces sont parmi les producteurs les plus prolifiques de composés chimiques ayant des applications en médecine, en agriculture et dans l'industrie alimentaire. Ces bactéries du sol participent aux cycles géochimiques, à la croissance et la santé des plantes. Elles produisent par exemple près de la moitié des antibiotiques utilisés en thérapie humaine et vétérinaire. Leur synthèse n'est pas constante au cours du développement bactériens, mais coïncide avec la transition entre une phase de croissance végétative et une phase de développement de résistances dont la formation de spores. En outre, de nombreux gènes de biosynthèse identifiés dans les génomes restent muets dans les conditions de laboratoire c’est-à-dire qu’ils ne permettent pas la synthèse du composé d'intérêt.
Le génome des Streptomyces présente des caractéristiques uniques chez les bactéries. Leur chromosome est linéaire à l'instar des chromosomes humains, et de grande taille, deux à quatre fois celui d'une bactérie classique (soit 6 à 12 millions de nucléotides). Ils sont « compartimentalisés », c'est-à-dire que l'information génétique est organisée le long du chromosome avec une région centrale abritant les gènes principaux, et des extrémités principalement composés de gènes d’adaptation à l’environnement, notamment enrichis en gènes de biosynthèse de métabolites spécialisés.
L’organisation du chromosome dans les cellules bactériennes a été étudiée par une approche de capture de la conformation des chromosomes (3C) couplée à un séquençage d’ADN (nouvelles technologies de séquençage). Les équipes ont montré que la dynamique de l'expression des gènes est corrélée au repliement du chromosome en compartiments actifs (où les gènes sont exprimés) et inactifs (gènes silencieux). De plus, la différenciation métabolique s'accompagne d'un profond réarrangement de l'architecture chromosomique, qui passe d'une conformation plutôt " ouverte " à une conformation " fermée ".
Dans cet article est décrite pour la première fois une relation entre le repliement du chromosome, son expression (notamment les gènes de biosynthèse) et son évolution.
Ces résultats fondamentaux sur la structuration et l’évolution du génome auxquels ont participé Annabelle Thibessard, Bertrand Aigle, Pierre Leblond du laboratoire DynAMic trouvent des applications en santé, notamment avec la conception optimale des génomes de Streptomyces pour la production de métabolites d’intérêt mais aussi la découverte de nouveaux métabolites jusqu’ici non exprimés.
Référence de l'article :
Lioy VS, Lorenzi JN, Najah S, Poinsignon T, Leh H, Saulnier C, Aigle B, Lautru S, Thibessard A, Lespinet O, Leblond P, Jaszczyszyn Y, Gorrichon K, Varoquaux N, Junier I, Boccard F, Pernodet JL, Bury-Moné S. Dynamics of the compartmentalized Streptomyces chromosome during metabolic differentiation. Nat Commun. 2021 Sep 1;12(1):5221. doi: 10.1038/s41467-021-25462-1. PMID: 34471117; PMCID: PMC8410849.
