The origin of the logic of adaptive mutations: standing by to grow again.

内容摘要

For decades, discussions about the evolution of species overlooked microorganisms. Over a century ago, Neisser and Massini isolated a coliform bacterium that appeared to acquire mutations adapting it to its environment, naming it Bacterium coli mutabile to reflect this feature. With the advent of molecular biology, these widely debated experiments were subsequently forgotten. Here, we present the history of an experiment that reproduces their observations in a modern context where it has become possible to identify the nature of these mutations down to the nucleotide level. Its findings demonstrate that the transcription of gene families that ensure the long-term maintenance of the metabolism of ageing cells is a direct source of adaptive mutations: this process enables bacteria to identify previously unexploited environmental factors that can now support growth. We propose that the driving force behind this adaptation is the spontaneous dehydration/deamidation of polypeptide chains, which dictates an intrinsic lifespan for every protein. This universal mechanism of inevitable protein ageing necessitates their re-synthesis to maintain their function; however the transcription process, which involves opening the DNA double helix, is locally mutagenic. Thus, as bacteria age, the continuous re-synthesis of some of the proteins that perform the functions enabling survival triggers a local mutagenic process. This yields genetic variants, some of which may be beneficial and are therefore retained. Longtemps la réflexion sur l’évolution des espèces a ignoré les microorganismes. Il y a plus de cent ans, Neisser et Massini isolaient un colibacille qui semblait acquérir des mutations l’adaptant à son environnement et le nommaient pour cette raison Bacterium coli mutabile. Ces expériences très discutées ont été oubliées avec l’avènement de la biologie moléculaire. Nous rapportons ici l’histoire d’une expérience qui reproduit leurs observations dans un contexte moderne où il est devenu possible d’identifier au nucléotide près la nature de ces mutations. Ses résultats font apparaître que la transcription de familles de gènes assurant le maintien à long terme du métabolisme de la cellule vieillissante est source de mutations qui lui permettent de s’adapter en découvrant dans l’environnement ce qui lui permet de croître à nouveau. Le ressort de cette adaptation est la déshydratation/désamidation spontanée des chaînes polypeptidiques qui confère une durée de vie intrinsèque à chaque protéine. C’est que ce mécanisme universel du vieillissement inévitable des protéines nécessite leur resynthèse pour assurer leur fonction, alors que le processus de transcription, ouvrant la double hélice de l’ADN est localement mutagène. Ainsi, en vieillissant, les protéines qui assurent les fonctions permettant à la bactérie de survivre déclenchent un processus de mutagenèse qui en produit des variants dont certains peuvent être bénéfiques et sont alors retenus.