Les cellules bactériennes doivent moduler rapidement l’expression de leurs gènes pour faire face aux changements brusques de l’environnement externe. Cependant, la mesure dans laquelle certains gènes peuvent modifier leur expression en réponse à des changements environnementaux, au lieu de maintenir des niveaux d'expression stables, a longtemps intrigué les scientifiques. Comprendre comment les bactéries régulent ces processus transcriptionnels disparates et les caractéristiques génétiques qui les sous-tendent reste un défi.

En collaboration avec des chercheurs de l'UNC-Chapel Hill, de Harvard et de l'Université de Fudan, le chercheur principal Qingyun Liu, Ph.D., a entrepris de découvrir les facteurs complexes régissant la réponse transcriptionnelle de Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent pathogène bactérien responsable de la tuberculose, qui reste la première cause de décès dus à un seul agent infectieux, avec plus de 10,6 millions de nouveaux cas et 1,6 million de décès chaque année.

Leur étude, intitulée "La plasticité transcriptionnelle génétiquement codée sous-tend l'adaptation au stress chez Mycobacterium tuberculosis", a été publiée dans la revue Nature Communications. .

Les chercheurs ont analysé un ensemble de données complet comprenant 894 échantillons d'ARN-Seq dérivés de 73 conditions distinctes, générés lors d'études précédentes et conservés par les chercheurs à des fins de méta-analyse.

Les chercheurs ont interrogé la plasticité transcriptionnelle (TP) de chaque gène du Mtb, servant d'indicateur de la variabilité de l'expression des gènes en réponse aux changements environnementaux. Leur analyse a révélé une variation significative de TP parmi les gènes Mtb, en corrélation avec la fonction et l’essentialité des gènes. En outre, ils ont découvert que des caractéristiques génétiques critiques, telles que la longueur du gène, le contenu en GC et la taille des opérons, imposent indépendamment des contraintes sur la TP, allant au-delà de la trans-régulation.

Par exemple, les gènes de longueur plus courte présentaient généralement un TP plus élevé que ceux de longueur plus longue. De plus, les gènes présentant les profils TP les plus bas étaient concentrés dans un groupe dont le contenu en GC s'alignait étroitement sur le niveau moyen du génome (65 %).

Liu a déclaré :"Ces caractéristiques, auparavant non liées à la régulation transcriptionnelle chez les mycobactéries, sont désormais reconnues comme des facteurs dans lesquels le VTT a évolué pour façonner le TP de ses gènes."

En tirant parti des caractéristiques génétiques identifiées comme contribuant au TP, les chercheurs ont pu prédire partiellement les niveaux de TP des gènes Mtb à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique. Cependant, Liu a souligné que même si ce modèle semble prometteur, il n’est pas encore parfait pour prédire les niveaux de TP. Cela suggère qu'il peut encore y avoir des facteurs non identifiés influençant le TP qui justifient une enquête plus approfondie.

En étendant leur analyse pour inclure deux autres espèces de mycobactéries, à savoir M. smegmatis et M. abscessus, les chercheurs ont démontré une conservation frappante du paysage TP chez différentes espèces de mycobactéries, ce qui implique une importance évolutive du TP en tant que stratégie adaptative conservée parmi les mycobactéries.

Les chercheurs ont souligné que le TP peut désormais servir de complément utile à l’essentialité et à la vulnérabilité des gènes pour comprendre les processus physiologiques bactériens. Ces informations peuvent aider à prioriser les gènes candidats pouvant être ciblés à des fins médicamenteuses ou par dissection mécaniste.

En outre, les chercheurs ont montré que le TP peut servir de facteur de référence pour les futures études transcriptionnelles, contribuant ainsi à l’identification de gènes différentiellement exprimés. Cela souligne les implications plus larges de la TP dans l'avancement de notre compréhension de la régulation des gènes bactériens et des mécanismes d'adaptation.