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Contrairement aux organismes à reproduction sexuée qui possèdent deux ensembles de chromosomes, la plupart des procaryotes, comme les bactéries, ne portent qu'un seul chromosome. Cette architecture génétique limitée leur permet encore de se diversifier rapidement grâce à trois stratégies sophistiquées de partage d'ADN :la transduction, la transformation et la conjugaison.
La recombinaison génétique est le processus par lequel les segments d'ADN se déplacent entre les cellules, créant de nouvelles combinaisons génétiques susceptibles d'améliorer la survie. Chez les bactéries, ce mécanisme complète les mutations aléatoires en permettant la propagation rapide de caractéristiques avantageuses, comme la résistance aux antibiotiques, au sein des populations, même entre espèces.
Pendant la transduction, les bactériophages (virus qui infectent les bactéries) agissent comme des services de messagerie involontaires. Lorsqu’un phage infecte une cellule hôte, il injecte son propre génome et détourne la machinerie bactérienne pour se répliquer. Il arrive parfois que des fragments de l’ADN de l’hôte soient regroupés par erreur dans de nouvelles particules virales. Lorsque ces phages infectent ensuite une autre bactérie, ils délivrent l’ADN de l’hôte, qui peut s’intégrer dans le génome du receveur et propager des gènes bénéfiques.
La transformation repose sur la compétence bactérienne, un état physiologique temporaire qui permet aux cellules d'absorber l'ADN libre de leur environnement. Les bactéries compétentes peuvent engloutir des plasmides ou des fragments chromosomiques, les incorporer dans leurs chromosomes et exprimer de nouveaux traits. Les scientifiques exploitent ce processus naturel pour introduire de l'ADN modifié, permettant ainsi la création de souches microbiennes sur mesure pour la recherche et les applications industrielles.
La conjugaison est souvent décrite comme un « accouplement » bactérien. Cela nécessite un contact direct de cellule à cellule, généralement via un pilus. Les cellules du donneur hébergeant un plasmide F (plasmide de fertilité) transfèrent un seul brin d'ADN à travers le pilus à un receveur dépourvu du plasmide. L'ADN polymérase synthétise ensuite le brin complémentaire, formant un plasmide double brin chez le receveur. Dans certains cas, le donneur transfère également des parties de son ADN chromosomique, élargissant ainsi la diversité génétique.