Introduction
La transmission des gènes est généralement associée à la reproduction : chaque individu hérite de l’ADN de ses parents dans un processus dit vertical. Pourtant, certains organismes, en particulier les bactéries, peuvent acquérir des gènes en dehors de toute reproduction. Ce phénomène, appelé transfert horizontal de gènes (THG), modifie durablement les génomes et constitue une voie d’évolution complémentaire aux mécanismes classiques.
Cette leçon présente les mécanismes du transfert horizontal, leurs effets sur les génomes, leur importance évolutive, ainsi que les usages et limites de ce principe en biotechnologie. Elle permet de distinguer ce mode de transmission des lois classiques de l’hérédité.
Des échanges de gènes entre organismes non apparentés
Le transfert horizontal de gènes permet à un organisme d’intégrer un fragment d’ADN issu d’un autre individu, sans reproduction. Contrairement à la transmission verticale (de parent à descendant), il peut concerner des individus très différents, y compris d’espèces distinctes.
Chez les bactéries, trois grands mécanismes de THG ont été identifiés :
La conjugaison : une bactérie donneuse transfère un plasmide (petit ADN circulaire) à une bactérie receveuse à travers un pilus sexuel, un fin prolongement membranaire formant un pont entre les deux cellules.
La transduction : un virus (bactériophage) infecte une bactérie et emporte accidentellement un fragment de son ADN qu’il transmet à une autre cellule.
La transformation : une bactérie intègre dans son propre génome de l’ADN libre présent dans son environnement, souvent issu de la dégradation d’autres cellules.
Ces transferts ont lieu plus fréquemment dans certaines conditions : lorsqu’un stress environnemental ou une pression de sélection est présent. Cette pression de sélection désigne toute situation dans laquelle certains génotypes sont avantagés pour survivre et se reproduire (ex. : présence d’un antibiotique qui tue les bactéries sensibles et favorise les résistantes).
À retenir
Le transfert horizontal permet l’acquisition de gènes sans reproduction.
Chez les bactéries, les principaux mécanismes sont la conjugaison, la transduction et la transformation.
Ces échanges sont favorisés dans des environnements contraignants soumis à une pression de sélection.
Des effets majeurs sur les génomes
Un gène transmis horizontalement peut s’intégrer durablement au génome de l’organisme receveur et être transmis lors des divisions cellulaires. Ces intégrations modifient potentiellement les capacités d’adaptation, de défense ou de métabolisme.
Effets fréquents :
Acquisition de fonctions nouvelles, comme la production de toxines ou la dégradation de substances inédites.
Résistance à des agents extérieurs, notamment aux antibiotiques.
Accroissement de la variabilité génétique, avec des conséquences rapides sur la structure des populations.
Chez les eucaryotes, des traces de transferts horizontaux existent aussi. Le génome humain contient des rétrovirus endogènes : des fragments d’ADN d’origine virale, intégrés aléatoirement dans des cellules germinales (c’est-à-dire les cellules qui donnent naissance aux gamètes : spermatozoïdes ou ovules). Ces séquences, si elles ne perturbent pas gravement l’organisme, peuvent être transmises à la descendance. Environ 8 % du génome humain provient de telles insertions virales. Si la majorité de ces séquences sont inactives, certaines ont été conservées par sélection et remplissent aujourd’hui des fonctions importantes, comme dans la formation du placenta.
À retenir
Les gènes issus de THG peuvent s’intégrer au génome et devenir héréditaires.
Ils modifient les capacités fonctionnelles de l’organisme receveur.
Les rétrovirus endogènes représentent environ 8 % du génome humain, transmis via les cellules germinales.
Un rôle important dans l’évolution
Le transfert horizontal constitue une voie rapide pour introduire de nouveaux gènes dans une population. Ces gènes, déjà fonctionnels ailleurs, n’ont pas besoin d’être inventés par mutation. Cela accélère fortement l’évolution.
Chez les bactéries, ces transferts expliquent :
L’émergence de souches multirésistantes aux antibiotiques.
La propagation de caractères adaptatifs entre espèces ou souches.
Chez les eucaryotes, bien que les transferts soient plus rares, ils ont parfois joué un rôle décisif dans certains lignages (plantes, champignons, animaux).
Les THG remettent en question la représentation strictement arborescente des relations évolutives : plutôt qu’un arbre généalogique simple, les relations entre espèces, notamment chez les micro-organismes, ressemblent parfois à un réseau complexe, avec des croisements multiples entre lignées.
À retenir
Les transferts horizontaux peuvent introduire des gènes fonctionnels en dehors de la reproduction.
Ils accélèrent l’évolution, surtout chez les micro-organismes.
Ils complexifient notre représentation des relations évolutives entre espèces.
Le principe des THG exploité en biotechnologie
Si les transferts horizontaux se produisent naturellement, leur principe est aussi exploité en biotechnologie, en santé et en agriculture.
En santé publique, comprendre les THG permet de mieux anticiper la diffusion de résistances aux antibiotiques entre bactéries pathogènes.
En biotechnologie médicale, des gènes humains ou animaux sont insérés dans des bactéries pour produire des protéines thérapeutiques comme l’insuline.
En agriculture, les techniques de transgénèse utilisent l’introduction de gènes issus d’autres espèces (souvent bactériennes) dans des plantes pour les rendre résistantes à des parasites ou à des herbicides.
Ces applications soulèvent des questions éthiques et environnementales. Par exemple : quels effets peuvent avoir ces gènes une fois intégrés dans les écosystèmes ? Peuvent-ils être transférés à d’autres organismes sauvages ? Quelle régulation faut-il mettre en place pour encadrer leur usage ?
À retenir
Le principe du transfert horizontal est utilisé pour créer des organismes transgéniques.
Il permet la production de médicaments ou de cultures résistantes.
Ces usages nécessitent un encadrement éthique et une surveillance écologique.
Conclusion
Les transferts horizontaux de gènes sont des mécanismes d’évolution puissants qui permettent l’acquisition de nouvelles fonctions en dehors de toute reproduction. Ils modifient profondément les génomes, accélèrent l’adaptation des organismes et complexifient notre vision des relations entre espèces. Leur principe est aujourd’hui au cœur des biotechnologies modernes, entre promesses médicales et enjeux environnementaux.