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     Biologie moléculaire du gène chez les extrêmophiles


  Responsable : Patrick FORTERRE (forterre@pasteur.fr)


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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 virus des Archaea hyperthermophiles, qui présentent une diversité morphologique et génétique tout à fait étonnante. Au cours de l'année écoulée, nous avons obtenu une phylogénie robuste du domaine Archaea, et nous avons décrit plusieurs nouvelles familles de virus, dont le premier exemple de virus présentant un développement morphologique extracellulaire.



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Etude des virus des Archaea hyperthermophiles

(David Prangishvili, Monica Haëring, Alexandra Kessler, Soizick Lucas, Caroline Amsellem, Tamara Basta, Ariane Bize, Myriam Ztouti, Nicole Desnoues, Jean-Marie Clément, Guennadi Sezonov)

Les virus des Archaea hyperthermoacidophiles présentent une diversité morphologique et génétique beaucoup plus grande que celle des virus qui infectent les bactéries. Leur étude systématique, initiée dans les années 90 par Wolfram Zillig à Munich, a été réalisée par David Prangishvili, tout d'abord à Regensburg en Allemagne et depuis un an et demi dans notre unité. La collection de virus du Dr Prangishvili a été transférée avec succès à l'Institut Pasteur. Les conditions de culture ont été mises au point pour 13 espèces représentant six familles virales différentes, qui toutes infectent des Archaea hyperthermophiles aérobies des genres Sulfolobus et Acidianus. Ces espèces représentent 75% de la totalité des virus hyperthermophiles actuellement connus et ne sont présentes que dans la collection de l'Institut Pasteur. Quatre virus ont été caractérisés en détail, ce qui a donné lieu à quatre publications dont une dans Nature. Cette dernière concerne le virus ATV (Acidianus-tailed virus), qui présente une forme de développement extracellulaire observée pour la première fois chez un virus (Figure 1). Plusieurs revues sur les virus des Archaea thermoacidophiles ont été rédigées et publiées dans des éditions de référence telles que " The Bacteriophages " (second edition) " ; " Methods in Microbiology " et " Trends in Microbiology ".

Un système de transcription in vitro pour Sulfolobus a été mis au point en collaboration avec Stephen Bell au MRC (Cambridge) dans le but d'étudier la transcription des gènes viraux. Ce système a permis de caractériser un régulateur transcriptionnel de l'hôte qui active spécifiquement les gènes des virus de la famille Rudiviridae. La structure de cette protéine a été étudiée en collaboration avec l'unité de RMN des Biomolécules de l'Institut Pasteur (Muriel Delepierre) (Figure 2). Nous avons poursuivi notre collaboration avec le laboratoire de Roger Garrett (Université de Copenhague) pour le séquençage des génomes de nos virus.

Nous avons obtenu un financement ANR (coordinateur, David Prangishvili) pour poursuivre la caractérisation fonctionnelle et structurale des protéines codées par plusieurs familles virales en collaboration avec Christian Cambillau (Université de Provence/CNRS) et Herman van Tilbeurgh (Université Paris-Sud/CNRS). Nous envisageons également d'utiliser certains de ces virus pour le développement d'outils génétiques chez les Sulfolobales. Nous souhaitons, par ailleurs, poursuivre la recherche de nouveaux virus à l'occasion de futures campagnes de collecte d'échantillons de sources chaudes. La recherche de nouveaux virus a été entreprise cette année à partir d'échantillons d'environnements volcaniques provenant de la péninsule du Kamchatka (collaboration avec E. Boch-Osmolovskaya, Russie).

Origine et évolution des génomes, phylogénie moléculaire et génomique comparative

(Simonetta Gribaldo, Guennadi Sezonov, Lars Jermiin, Patrick Forterre)

Par des approches in silico (phylogénie moléculaire, génomique comparative), nous cherchons à retracer l'histoire des organismes (en particulier la mise en place des trois domaines et celle de leurs principaux phyla) ainsi que celle des grands mécanismes moléculaires (traduction, transcription, etc.). 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 établi une phylogénie robuste et congruente du domaine Archaea basées d'une part sur les protéines ribosomales et d'autre part sur les ARN polymérases (collaboration avec Céline Brochier, Université d'Aix-Marseille). Nous avons pu montrer que les Nanoarchaea, qui correspondent aux plus petites cellules connues actuellement, ne forment sans doute pas un troisième phylum d'Archées, mais sont probablement apparentées aux Thermococcales. Ces études ont donné lieu à deux publications. Par ailleurs, ces travaux de phylogénomique nous ont permis de 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. Nous avons entrepris de tester cette hypothèse en mutant les analogues fonctionnels de TFS chez les bactéries (GreA, GreB). Au cours de ce travail, nous avons mis en évidence un troisième gène bactérien dont l'élimination (couplée à celle de GreA et GreB) entraîne une diminution considérable de la résistance aux UV. Ce gène possède un homologue orphelin chez l'homme qui pourrait correspondre à un nouveau facteur de transcription.

Par ailleurs, nous avons poursuivi nos réflexions sur le rôle joué par les virus dans l'origine et l'évolution des génomes à ADN. Nous pensons que les virus ont joué un rôle important dans l'origine et l'évolution des génomes à ADN et éventuellement dans la formation des trois domaines (Archées, Bactéries, Eucaryotes). Nos hypothèses sur les deux étapes du monde à ARN, l'origine des virus et l'invention de l'ADN par les virus ont été publiées dans " Biochimie " et notre hypothèse d'une origine virale de l'ADN a été commentée dans un article journalistique de Nature. Nous avons également publié une revue sur LUCA, le dernier ancêtre commun universel dans Médecine et Sciences.

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. Elle a pu réaliser celle année une interview filmée de Carl Woese aux USA.

Légendes des photos :

Figure 1 : Développement morphologique et extracellulaire du virus ATV.

Figure 2 : Modèle structural de l'activateur de transcription Sta1 de l'archaea Sulfolobus et effet activateur sur la transcription des gènes du virus SIRV1 de Sulfolobus.

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



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  personnel

  Secrétariat Chercheurs Stagiaires Autre personnel
  COVA RODRIGUES, Ana, acova@pasteur.fr CLEMENT, Jean-Marie, CNRS, DR2, jclement@pasteur.fr

GRIBALDO, Simonetta, IP, chargé de recherche, simo@pasteur.fr

LEDUC, Mireille, Université Paris XI, maître de conférence hors classe, mleduc@pasteur.fr,

PRANGISHVILI, David, IP, chef de laboratoire, prangish@pasteur.fr

SEZONOV, Guennadi, Université Paris 6, maître de conférence, sezonov@pasteur.fr

AMSELLEM, Caroline, étudiante en Master

BASTA, Tamara, Post-doc, tbasta@pasteur.fr

BIZE, Ariane, étudiante en Master,

HAËRING, Monika, étudiante en thèse,

JERMIIN, Lars, scientifique,

KESSLER, Alexandra, Post-doc,

MUSGRAVE, David, scientifique,

TERRAS, Chloé, étudiante en Thèse

ZTOUTI, Myriam, étudiante en Master

DESNOUES, Nicole, IP, technicienne supérieure, desnoues@pasteur.fr

LUCAS, Soizick, ingénieur, slucas@pasteur.fr


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