Dossiers de presse

L’opéron lactose en bref


Un peu d'histoire...

Dans les années 1950, André Lwoff étudiait à l’Institut Pasteur la croissance des bactéries porteuses de virus, appelés phages. Certains de ces phages avaient la possibilité de vivre à l’intérieur des bactéries sans les tuer, sous une forme appelée « prophage », mais pouvaient parfois se « réveiller » , et déclencher leur mort. Lwoff avait observé qu’il était possible d’induire systématiquement le réveil des phages en soumettant la culture bactérienne à un rayonnement ultraviolet. La destruction de la bactérie n’était donc pas uniquement fonction de la nature des phages qu’elle abrite, mais d’un agent extérieur capable de moduler l’activité du phage. La découverte était étonnante ! François Jacob, accueilli par Lwoff dans son laboratoire, a approfondi l’étude de ce phénomène.

À la même époque, Jacques Monod se penchait sur le phénomène de la croissance bactérienne. Pour vivre, les bactéries doivent utiliser des sucres comme source d’énergie, et pour cela produire les enzymes chargées de digérer ces sucres. Ainsi, il s’était rendu compte que les enzymes nécessaires à la consommation du lactose étaient produites uniquement en présence de ce sucre dans le milieu de croissance. La synthèse de ces enzymes était donc « induite » par le lactose, et pouvait varier au fil du temps. Mais comment ce système fonctionnait-il ? Les observations de Jacob et Monod sur leurs recherches respectives, et leur intuition éclairée leur ont permis d’établir un modèle original et alors inédit pour expliquer le système lactose et l’induction du prophage.


... et de génétique

Les gènes des protéines nécessaires à l’utilisation du lactose sont organisés « à la chaîne » sur le chromosome de la bactérie.


Le gène Y est celui de la perméase, l’enzyme qui permet au lactose de rentrer dans la bactérie.
Le gène Z est celui de la ß-galactosidase, l’enzyme qui initie la digestion du lactose.
Enfin, le gène I est le gène régulateur. C’est la clé de voûte du système : il produit une petite protéine, le répresseur, qui, en l’absence de lactose, peut se fixer naturellement en amont du gène Z, et empêcher que celui-ci ne soit par la suite traduit en protéine. La ß-galactosidase n’est alors pas produite, et le lactose ne peut pas être utilisé par la bactérie.

Si on ajoute du lactose, celui-ci se fixe à la protéine I. Cela entraîne un changement de conformation spatiale de ce répresseur, qui ne peut plus se fixer sur le gène Z.


La ß-galactosidase peut alors être produite, et le lactose digéré et utilisé comme source d’énergie par la bactérie.
 


En élucidant ce mécanisme, Monod et Jacob ont ainsi mis pour la première fois en évidence que les bactéries sont capables d’adapter la production d’enzymes digestives en fonction du sucre dont elles disposent… et plus généralement d’adapter l’expression de leur gène en fonction des conditions de leur environnement. La science des régulations était née.


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