Quel phénomène biologique, observé chez certaines bactéries, consiste en l'acquisition d'ADN exogène par une cellule, augmentant ainsi sa diversité génétique ?

La transformation bactérienne est un mécanisme de transfert horizontal de gènes par lequel certaines bactéries captent de l’ADN présent à l’extérieur de leur cellule. Cet ADN peut provenir de bactéries mortes ayant libéré leur matériel génétique, ou être relâché dans l’environnement par des cellules vivantes. Lorsqu’il est internalisé puis conservé ou recombiné avec le génome de la cellule receveuse, il peut modifier durablement ses caractéristiques. La transformation contribue ainsi à la diversité génétique bactérienne, sans nécessiter de reproduction sexuée ni de contact direct entre deux cellules.

Une compétence contrôlée

Pour réaliser une transformation naturelle, une bactérie doit se trouver dans un état physiologique appelé compétence. Cette capacité n’est pas permanente chez toutes les espèces : elle peut être activée à certains moments du cycle de croissance ou en réponse à des conditions environnementales particulières. Des protéines spécialisées fixent l’ADN extracellulaire et permettent son passage à travers l’enveloppe bactérienne. Chez plusieurs bactéries, un seul des deux brins de la molécule d’ADN pénètre dans la cellule, tandis que l’autre est dégradé. L’ADN internalisé peut ensuite être détruit, rester sous une forme autonome lorsqu’il possède les éléments nécessaires à sa réplication, ou s’intégrer au chromosome par recombinaison. L’absorption d’ADN ne produit donc pas automatiquement une modification héréditaire : elle doit aboutir à une conservation ou à une intégration stable dans la cellule.

Une modification du patrimoine génétique

La recombinaison avec le chromosome repose généralement sur la présence de séquences suffisamment ressemblantes entre l’ADN entrant et celui de la bactérie receveuse. Elle peut remplacer une version d’un gène par une autre et introduire ainsi un nouveau caractère. Si le fragment acquis contient un gène fonctionnel et que celui-ci est exprimé, la bactérie peut présenter une propriété différente, par exemple une modification d’une protéine de surface, d’une voie métabolique ou de sa sensibilité à un antibiotique. La transformation se distingue de la conjugaison, qui implique un transfert direct entre cellules, et de la transduction, dans laquelle un bactériophage transporte l’ADN. Dans la transformation, l’ADN est directement prélevé dans le milieu extérieur, sans intervention obligatoire d’un virus ou d’une cellule donneuse vivante.

De la découverte aux enjeux médicaux

Les premières observations de ce phénomène ont été réalisées au XXe siècle avec le pneumocoque. Les expériences de Frederick Griffith ont montré qu’une substance issue de bactéries pouvait transmettre un caractère à d’autres bactéries, puis les travaux d’Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty ont établi que l’ADN constituait le support de cette transformation. Aujourd’hui, la transformation naturelle est notamment étudiée chez Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, Haemophilus influenzae et certaines espèces de Neisseria. Elle peut favoriser l’apparition de nouvelles combinaisons génétiques, notamment lorsque des bactéries pathogènes acquièrent des gènes ou des versions de gènes associés à la résistance aux antibiotiques ou à la virulence. En laboratoire, les chercheurs utilisent aussi une transformation provoquée artificiellement pour introduire des plasmides dans des bactéries et leur faire produire une protéine ou multiplier une séquence d’ADN. Cette technique expérimentale s’inspire du principe de la transformation, mais ne doit pas être confondue avec la compétence naturelle de toutes les bactéries.