Quand une cellule de l’Escherichia coli se divise, elle doit dupliquer son chromosome circulaire et pousser les anneaux créés pour qu’ils aillent se fixer dans deux nouvelles cellules. Cette procédure, semblable au tour de magie où l’on sépare deux anneaux métalliques, peut paraître simple, mais en réalité dénouer et séparer les ADN enlacés est bien plus complexe.
Dans une étude récente, publiée en ligne dans le journal « Proceedings of the National Academy of Sciences », la professeure de mathématiques Mariel Vazquez (San Francisco) et une équipe internationale de scientifiques proposent une étude mathématique analysant comment ces chromosomes sont déconnectés par l’enzyme de recombinaison XerCD.
Certains antibiotiques, comme la ciprofloxacine, prescrits pour les infections de Escherichia coli, ciblent les enzymes responsables de la déconnection de l’ADN. Mais les cellules bactériennes traitées par ces médicaments peuvent trouver d’autre moyens de se séparer, comme celles présentées dans l’étude de M. Vazquez, leur permettant de survivre (rendant donc inutile l’action de l’antibiotique). La compréhension du processus de déconnection « peut aussi conduire à la fabrication de meilleurs médicaments anti-bactériens, avec un effet clairement positif sur la santé humaine », observe M. Vazquez.
Comprendre les infections bactériennes
Les infections par l’Escherichia coli et d’autres bactéries représentent un risque élevé pour la santé humaine. Selon le centre américain de contrôle des maladies et de la prévention, chaque année au moins deux millions de personnes sont infectées par des bactéries résistant aux antibiotiques et au moins vingt-trois mille personnes meurent chaque année suite à ces infections. Et pour comprendre les infections bactériennes, il est essentiel d’étudier comment les cellules comme l’Escherichia coli se dupliquent.
Des expériences biologiques ont donné à M. Vazquez et à ses collègues des indices concernant la séparation de chromosomes de l’Escherichia coli avant la séparation cellulaire. Cependant, ces expériences ne fournissent pas un cadre clair à toutes les étapes qui composent la séparation cellulaire.
Pour compléter ce cadre, les chercheurs proposent une analyse mathématique rigoureuse qui utilise une méthode d’enchevêtrement pour décrire les changements qui ont lieu pendant la séparation, étape par étape. Dans ce cas, « l’enchevêtrement » représente deux sites spécifiques du chromosome, liés par une enzyme de recombinaison. Les chromosomes liés après la duplication sont convertis en nœuds, puis en liens, puis en nœuds, jusqu’à ce qu’il reste deux cercles.
Les chercheurs considèrent que d’autres expériences biologiques aideraient à justifier ce modèle mathématique, mais avouent que ces expériences seraient extrêmement difficiles à produire. « Même sans ces expériences, l’analyse mathématique est une avancée significative par rapport aux études biologiques précédentes », a dit M. Vazquez.
De plus, M. Vazquez souligne que les mathématiques, la physique, l’informatique et les statistiques jouent un rôle important en biologie pour la compréhension de la topologie de l’ADN.
l’ADN n’est pas qu’une séquence de lettres
Selon M. Vazquez « il est important que les gens sachent que l’ADN n’est pas qu’une séquence de lettres. C’est une très longue molécule qui peut prendre des structures tri-dimensionnelles complexes quand il est situé dans un noyau cellulaire. Tout processus biologique qui concerne l’ADN sera affecté par cette topologie, et les changements topologiques peuvent avoir des implications biologiques importantes ».
Leave a Reply