Unité: Biologie moléculaire du gène chez les extrêmophiles

Responsable: Patrick FORTERRE

Le monde vivant est actuellement divisé en trois grandes lignées cellulaires : les Bactéries, les Archaea et les Eucaryotes. Les chercheurs de notre unité s'intéressent aux événements et aux mécanismes qui ont permis la mise en place de ces trois lignées, et au rôle que les virus ont joué dans cette histoire. Nous étudions en particulier les Archaea, des microorganismes procaryotes qui présentent au niveau moléculaire à la fois des caractères qui leur sont spécifiques et un mélange de caractères bactériens et eucaryotes.

Etude des virus des Archaea hyperthermophiles (David Prangishvili, Monica Haëring, Alexandra Kessler, Soizick Lucas, Tamara Basta, Ariane Bize, Jean-Marie Clément, Guennadi Sezonov)

Notre unité a été créée le 1er janvier 2004 et a intégré ses locaux à l'Institut Pasteur en octobre 2004. Notre travail expérimental porte principalement sur les virus des Archaea thermoacidophiles du phylum des crenarchaea. Les travaux réalisés précédemment à Munich et Regensburg par Wolfram Zillig et David Prangishvili, ont montré que ces virus présentent une diversité morphologique et génétique beaucoup plus grande que celle des virus qui infectent les bactéries. D'autre part, certains de ces virus présentent des similarités avec les virus qui s'attaquent à l'homme.

Nous avons entrepris l'étude de plusieurs virus isolés récemment par David Prangishvili à partir de différentes souches de crenarchaea thermoacidophile de l'ordre des Sulfolobales (genres Sulfolobus et Acidianus) et qui sont représentatifs de plusieurs nouvelles familles virales : le virus SIRV, qui présente un génome de structure similaire à ceux des Poxvirus, le virus AFV, qui présente des séquences de type télomérique aux extrémités de son génome linéaire, et qui possède une pince terminale à chacune de ses extrémités lui permettant d'agripper les pili de son hôte, le virus ABV, en forme de bouteille, et enfin le virus ATV, qui présente une forme de développement extracellulaire observée pour la première fois chez un virus.

Nous allons poursuivre la caractérisation moléculaire et structurale de tous ces virus, en nous intéressant plus particulièrement à leurs mécanismes de réplication et à leurs déterminants morphologiques (structure des protéines de capside et reconstruction tri-dimensionnel des particules virales). Les études structurales seront réalisées en collaboration avec les équipes de Félix Rey (Gif sur Yvette/Institut Pasteur), Muriel Delepierre (Institut Pasteur), Nicolas Boisset (Université Paris-VI) et Dennis Bamford (Helsinki). Nous envisageons également d'utiliser certains de ces virus pour le développement d'outils génétiques chez les Sulfolobales. Nous souhaitons par ailleurs de poursuivre la recherche de nouveaux virus à l'occasion de futures campagnes de collecte d'échantillons de sources chaudes.

Il nous semble important de comprendre pourquoi les différents types d'environnements terrestres ou les différents domaines du vivant ont donné naissance à des faunes virales si différentes les unes des autres, si l'on veut obtenir une vision intégrée de la biodiversité sur notre planète et de son histoire. Par ailleurs, les virus des Archaea hyperthermophiles possèdent des gènes qui n'ont généralement aucun homologue dans le reste du monde vivant. Certains d'entre eux pourraient coder des protéines présentant des structures inédites ou un intérêt biotechnologique.

Recherche d'Archaea pathogènes (David Musgrave)

Ces dernières années, les analyses d'écologie moléculaire ont mis en évidence l'existence d' Archaea "non cultivées", en particulier des crenarchaea, dans une grande diversité de biotopes froids ou tempérés, anaérobies ou micro-aérobies. Nous souhaitons rechercher la présence de telles Archaea dans des échantillons humains, en particulier des échantillons associés à des pathologies dont l'éthologie est inconnue.

Evolution des génomes, phylogénie moléculaire et génomique comparative (Simonetta Gribaldo, Guennadi Sezonov, Lars Jermiin)

Par des approches in silico (phylogénie moléculaire, génomique comparative) nous cherchons à retracer l'histoire évolutive des grands mécanismes moléculaires (traduction, transcription, etc.) et celle des premières étapes de l'évolution du vivant. L'un de nos objectifs est de mettre en évidence de nouveaux processus biologiques fondamentaux car très conservés chez tous les êtres vivants au cours de l'évolution, et dont l'existence peut être ensuite testée expérimentalement.

Nous avons obtenu des phylogénies convergentes du domaine Archaea basées d'une part sur les protéines ribosomales et d'autre part sur les ARN polymérases (collaboration avec Céline Brochier, Marseille). Ce résultat a mis en évidence un ensemble de gènes qui ont été transmis verticalement et qui peuvent être utilisés comme marqueurs génétiques pour reconstruire l'histoire des Archaea. Au cours de ce travail, nous avons pu corréler l'évolution anormalement rapide du génome de l'Archaeon Methanopyrus kandleri avec l'absence du facteur de transcription TFS. Ce résultat suggère un lien entre la fidélité de lecture du message génétique et l'évolution des génomes qui pourrait être conservé des bactéries à l'homme. Nous testons actuellement cette hypothèse en étudiant des mutants des analogues fonctionnels de TFS chez les bactéries.

Nous envisageons de poursuivre nos analyses phylogénétiques sur des protéines virales et cellulaires homologues (ARN polymérases, ADN topoisomérases) afin de tester de récentes hypothèses sur le rôle des virus dans l'origine de l'ADN et des mécanismes de sa réplication, et éventuellement dans la formation du noyau eucaryote. Plus généralement, nous sommes intéressés par toutes les approches qui visent à déterminer les caractéristiques du dernier ancêtre commun universel (LUCA) et la place des hyperthermophiles dans l'histoire du vivant.

Etude épistémologique et biographique sur la place de Carl Woese dans l'histoire de la biologie (Chloé Terras)

Carl Woese, en élaborant le concept d'Archaea, a été à l'origine d'une "révolution" dans notre compréhension du monde vivant. Une étudiante de l'unité a entrepris un travail de thèse en épistémologie et histoire des sciences pour mieux comprendre l'origine de cette "révolution" et son impact sur l'histoire récente de la biologie.

Légende : Virus isolés de biotopes terrestres chauds (>80°C)

Mots-clés: Archaea, Virus, Evolution, Génomique comparative, Réplication, Transcription, Phylogénie moléculaire


Rapports d'activité 2004 - Institut Pasteur
filet

Debut de Page recherche Portail Institut Pasteur

En cas de problèmes, de remarques, ou de questions concernant cette page Web écrire à rescom@pasteur.fr