Dans le génome de certains phages, la base azotée A est remplacée par une base Z, ce qui rend l'ADN plus stable et plus résistant. Une possible voie vers une forme de vie alternative aux applications infinies.

adn genome
Chez tous les être vivants (plantes, mammifères, invertébrés...), l'ADN est composé de la combinaison de quatre types de nucléotides, respectivement cytosine (C), thymine (T), adénine (A) et guanine (G). L'adénine se lie à la thymine et la cytosine à la guanine pour former la double hélice de l'ADN. En 1977, des scientifiques découvrent pourtant un phage, un virus mangeur de bactéries, où la base A est remplacée par la diaminopurine, notée Z, qui se lie à la thymine de la même façon. En d'autres termes, l'alphabet CTAG est remplacé par un alphabet CTZG.

Une stratégie pour résister aux attaques

Pendant des décennies, les chercheurs ont essayé de comprendre comment cette substitution était possible et pourquoi ce virus avait troqué son code génétique A pour un génome Z. Ils ont notamment émis l'hypothèse que la substitution est une forme de tactique d'évasion, rendant l'ADN du phage S-2L résistant aux protéines ciblant son ADN. L'ADN CTZG est également plus résistant aux températures élevées, et plus stable, ce qui pourrait lui permettre de résister à des conditions extrêmes et d'infecter un plus large éventail d'hôtes.

Un génome Z plus répandu qu'il n'y paraît

Mais alors que l'on pensait ce cas isolé, trois études montrent aujourd'hui que ce curieux alphabet alternatif est plus répandu qu'on ne l'estimait. Les chercheurs ont d'abord identifié deux protéines majeures impliquées dans la fabrication du nucléotide Z, nommées purZ et purB. « En recherchant dans des bases de données génomiques des séquences PurZ similaires, un ensemble diversifié de 50 à 100 génomes contenant PurZ a été identifié, principalement à partir de bactériophages, mais aussi de plusieurs archées et bactéries », atteste un article accompagnant deux des études et publié dans Science.

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© Pierre-Alexandre Kaminski et al., Nature Communications, 2021
Les deux liaisons « classiques » de l’ADN (adénine-thymine et guanine-cytosine), et la liaison précurseur de Z-T (2-aminoadenine-thymine). Cette dernière est plus stable que A-T car elle possède trois liaisons hydrogènes au lieu de deux.
Surtout, les chercheurs ont découvert comment les virus s'y prennent pour fabriquer la diaminopurine. Lorsque le virus injecte son ADN dans les bactéries pour s'y répliquer, les protéines purZ et purB produisent une molécule Z précurseur, qui est ensuite convertie en nucléotide Z. Ces phages détournent également les enzymes de l'hôte pour aider à synthétiser la diaminopurine et à l'incorporer dans le génome du phage. L'enzyme trouvée par l'équipe de Valérie Pezzo, au Génoscope de l'Institut de biologie François Jacoben en France, et que les chercheurs ont nommé DpoZ, affaiblit ainsi l'adénosine triphosphate et son précurseur, empêchant ainsi les phages d'incorporer A dans leur génome.

« Les phages, porteurs de ce génome Z, pourraient être considérés comme une forme de vie différente », soutient Pierre Alexandre Kaminski, chercheur à l'Institut Pasteur en France et coauteur de la troisième étude publiée dans Nature Communications, dans un entretien au site Live Science. Le scientifique et son équipe ont étudié l'histoire évolutive de la protéine purZ et découvert un ancêtre de cette protéine dans des bactéries nommé purA et synthétisant le nucléotide A. « Cette connexion évolutive lointaine soulève la question de savoir si les protéines spécifiques au Z proviennent de gènes hôtes bactériens adaptés par les virus ou sont des vestiges d'une biologie préliminaire, où les génomes Z existaient beaucoup plus fréquemment », questionne l'article de Science.

Un tout nouveau champ d'applications

L'incorporation de Z dans le génome de virus modifiés pourrait permettre de développer des applications de phagothérapie contre les bactéries résistantes estime Suwen Zhao, principal auteur de l'étude chinoise. Étant plus stable et plus précis, il pourrait aussi améliorer la longévité et la capacité de ciblage des brins d'ADN utilisés en thérapie génique, ou encore servir à des applications dans l'environnement ou l'alimentation. « Les scientifiques rêvent depuis des années à la création d'un code ADN alternatif. Nos travaux montrent que la nature a déjà réalisé ce rêve », conclut Suwen Zhao.