Deinococcus deserti VCD115

Pour la plupart des organismes vivants, quelques cassures double-brins de l’ADN induites par des radiations ionisantes sont létales. Toutefois, les bactéries appartenant au genre Deinococcus sont connues pour être très tolérantes au rayonnement ionisant. Cette tolérance est en grande partie liée à la capacité à réparer efficacement de nombreuses (des centaines) cassures de l’ADN. Il est à noter que de fortes doses de radiation gamma, nécessaires pour générer de très nombreuses cassures de l’ADN, n’existent pas naturellement sur Terre, suggérant que la résistance au rayonnement ionisant est liée à la réponse des bactéries à des conditions naturelles qui peuvent endommager l’ADN comme la dessiccation. Effectivement, les bactéries du genre Deinococcus présentent non seulement une résistance exceptionnelle au rayonnement gamma mais également à la dessiccation ainsi qu’aux rayons ultraviolets.

Deinococcus radiodurans R1

Parmi les différentes espèces de Deinococcus décrites jusqu’à présent, seule Deinococcus radiodurans souche R1 a largement été étudiée. L’irradiation gamma à de fortes doses, ainsi qu’une longue période de dessiccation, génèrent de très nombreuses cassures double-brins du génome de D. radiodurans. Il a été montré que D. radiodurans est toutefois capable de réparer ces cassures induites par l’irradiation gamma en quelques heures, en milieu riche. Le génome de D. radiodurans R1 a été entièrement séquencé et analysé (Makarova et al., 2001, Microbiol Mol Biol Rev 65  : 44), et les effets d’une exposition au rayonnement gamma sur le transcriptome et le protéome ont été mesurés, mettant en évidence une modulation de l’expression de nombreux gènes. Sur la base des connaissances actuelles, trois hypothèses peuvent être proposées pour expliquer sa radio-tolérance :

• D. radiodurans utilise des mécanismes de réparation conventionnels, mais avec beaucoup plus d’efficacité que les autres bactéries ;
• de nouvelles fonctions de réparation pourraient être associées aux protéines hypothétiques ayant pour l’instant des fonctions inconnues ;
• l’ADN est présent sous forme d’une structure condensée qui limite la dispersion des fragments générés par l’irradiation, ce qui pourrait faciliter la réparation.

Malgré ces hypothèses, les mécanismes de réparation du génome de D. radiodurans, et donc l’extrême radio-tolérance, ne sont toujours pas élucidés (Cox & Battista, 2005, Nat Rev Microbiol 3 : 882).

Deinococcus deserti VCD115

Une analyse de génomique comparative de D. radiodurans avec une autre espèce de Deinococcus devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes de radio-tolérance.
Pour cette étude, Deinococcus deserti souche VCD115 a été sélectionnée. Cette bactérie, récemment isolée du désert du Sahara, ne pousse pas en milieu riche contrairement à D. radiodurans (de Groot et al., 2005, Int J Syst Evol Microbiol 55 : 2441). Les cellules de D. deserti se présentent sous forme de bâtonnets non mobiles, alors que celles de D. radiodurans sont sphériques. Contrairement aux colonies roses ou rouges formées par les autres espèces de Deinococcus, celles formées par D. deserti sont blanchâtres. D. deserti présente un comportement de type Gram négatif, alors que D. radiodurans présente un comportement de type Gram positif. La taille du génome de D. deserti VCD115 a été estimée à 3,8 Mb, alors que celle de D. radiodurans est de 3,2 Mb.
Nous avons montré que la souche D. deserti VCD115 est très tolérante aux rayonnements gamma et UV, et à la dessiccation (de Groot et al., soumis). L’exposition de D. deserti à une forte dose de rayonnement gamma génère la fragmentation de son génome (cassures double-brins de l’ADN), mais D. deserti a la capacité de le réparer en quelques heures en milieu pauvre.

Résistance aux rayonnements gamma et UV

Le séquençage du génome de D. deserti VCD115

Pour mieux comprendre l’extrême radio-tolérance chez Deinococcus, D. deserti sera comparée à D. radiodurans d’abord à l’aide de l’approche génomique, puis d’autres approches globales (transcriptomique, protéomique) et ciblées (génétiques, biochimiques, structurales). Pour cette étude comparative, le génome de D. deserti souche VCD115 est en cours de séquençage. La séquence du génome de D. deserti permettra de mettre en évidence :

• à la fois les points communs entre les deux génomes (D. deserti VCD115 vs D. radiodurans R1),
• les différences avec des génomes complets de bactéries radio-sensibles,
• et les gènes uniques de VCD115.

La connaissance des génomes complets de D. radiodurans R1 et de D. deserti VCD115 permettra de hiérarchiser les gènes selon leur importance et/ou leur originalité dans la tolérance aux différents stress endommageant l’ADN. L’analyse comparative et fonctionnelle devrait nous permettre d’améliorer notre compréhension des mécanismes impliqués dans la réparation de l’ADN et la résistance extraordinaire aux rayonnements gamma, UV et à la dessiccation.