Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans est l'un des trois organismes les plus résistants à la radioactivité découverts jusqu'à présent avec Deinococcus radiophilus et Rubrobacter radiotolerans. Elle résiste à des niveaux de radiation allant jusqu'à un demi million de rads (5000 Gray), soit 500 fois la dose mortelle de 1 000 rads (10 Gy) susceptible de tuer un être humain[9]. Exposée à 1,5 million de rads (15 000 Gray), Deinococcus radiodurans répare son ADN en seulement quelques heures et sans perte de viabilité. Elle supporte jusqu'à 150 cassures du double brin par chromosome sans effet mutagène alors qu’Escherichia coli n'en supporte que deux ou trois maximum et subit des mutations délétères. Cette résistance est due à son mécanisme de réparation d’ADN, expliqué plus bas.

Cependant, il est logique de questionner l'utilité d'une telle résistance à la radioactivité car aucun milieu sur Terre est aussi radioactif. Cette résistance à la radioactivité serait en fait un sous-produit d'une résistance à la dessiccation[8]. Cela signifie que le mécanisme de réparation des dommages à l'ADN provoquées par la sécheresse assure la réparation des dommages provoquées par la radioactivité. Cette hypothèse est renforcée par le fait que ces caractéristiques sont trouvables chez d'autres organismes comme le Tardigrade (résistance à la dessication et aux radiations).

Deinococcus radiodurans résiste également aux rayonnements ultra-violets, plus particulièrement les UVC. Elle peut tolérer 10 000 fois la dose mortelle de rayonnement UV tolérée par les organismes eucaryotes et 100 fois la dose mortelle pour la plupart des organismes procaryotes, dont 33 fois plus résistante aux UV que Echerischia Coli.

Deinococcus radiodurans résiste aux attaques de bains acides.

Deinococcus radiodurans résiste bien à la déshydratation complète ou dessiccation. Une fois totalement déshydratée, elle résiste encore mieux aux rayonnements et aux températures extrêmes.

Une température de −45 °C rend inactive la bactérie Deinococcus radiodurans mais ne l'endommage pas.

La paroi ne pouvant stopper les rayons gamma – des photons de très haute énergie – et les empêcher d'abîmer les chromosomes, Deinococcus radiodurans ne prévient pas le morcellement de son génome mais le répare. Cependant, pour permettre cette réparation, il faut que les enzymes de réparation soient fonctionnelles et donc protégées de l'oxydation qui découle de l'irradiation.

En effet, d'importants dégâts cellulaires sont provoqués par l'apparition de radicaux libres d'oxygène à la suite de la dessiccation ou de l'exposition aux rayons UV et gamma et la bactérie doit donc posséder des systèmes de protection de ces stress oxydants. Deinococcus radiodurans est doté de toute une série d'enzymes - catalases et superoxyde dismutases (SOD) - spécialisées dans l'élimination de ces radicaux libres ainsi que de molécules antioxydantes telles que la deinoxanthine, pigment responsable de la couleur des Deinococcus.

Des travaux sur des bactéries mutantes ont démontré que la résistance de ces bactéries diminuait si ces divers gènes ne s'expriment plus.

D. radiodurans possède plusieurs copies de son génome qu’elle utilise avec des mécanismes de réparation rapide de celui-ci, ainsi que la protéine RecA, pour régénérer son ADN. Ainsi, D. radiodurans peut vivre dans de conditions extrêmes en restructurant et réparant son ADN.

En effet, les séquences d’ADN endommagées sont cisaillées et expulsées hors de la cellule. Ce système de nettoyage explique la présence de nucléotides défaillants dans le cytoplasme et dans le milieu de D. radiodurans.

L’expulsion du matériel génétique abîmé empêche les mutations et anomalies de l’ADN non-endommagé de D. radiodurans.

La bactérie peut restructurer son ADN en 12 à 14 heures après une destruction partielle de celui-ci. Cette réparation nécessite initialement 2 copies au moins de l’ADN original (sachant que D. radiodurans en compte de 4 à 10) ; et se déroule en deux étapes.

La première phase consiste à rassembler dans l'ordre correct tous les fragments de chromosomes pour régénérer le brin en une chaîne linéaire. Tous les morceaux seront utilisés comme modèles pour déclencher la synthèse d'ADN et allonger la chaîne par simple brin. Les fragments « en trop » sont relâchés, puis réutilisés, sinon évacués.

La deuxième phase de recombinaison génétique consiste à reconstituer les chromosomes circulaires de la cellule, à l’aide d’une protéine qui répare les brisures entre les brins, par « crossing over » (enjambement). C’est la protéine RecA, une protéine spécialiste de la réparation d’ADN, qui participe à la recombinaison entre chromosomes homologues. Une fois le génome restauré à l'identique, la synthèse des protéines est à nouveau opérationnelle : la cellule est vivante alors qu'on pouvait la considérer comme « cliniquement morte ».

La réparation des chromosomes engendre de nombreux déchets sous forme de fragments d'ADN, dangereux pour la bactérie car ces morceaux abîmés peuvent être réincorporés au génome. Deinococcus radiodurans possède un système de nettoyage unique permettant le transport et l'expulsion des nucléotides endommagés à l'extérieur de la cellule.

Une fois ce recyclage réalisé, Deinococcus radiodurans peut commencer un nouveau cycle de division cellulaire.

Deinococcus radiodurans améliore également sa survie en étant capable d'augmenter sa synthèse en précurseurs pour créer de nouvelles molécules et en fournissant des sources d'énergie alternatives.

Des gènes du chromosome II et du mégaplasmide semblent pouvoir fabriquer des précurseurs azotés, impliqués dans la production de protéines, à partir des cellules n'ayant pas réussi à subsister.

D'autres gènes du chromosome II codent des molécules susceptibles de dégrader les acides gras en acétyl-coenzyme A, une source d'énergie cellulaire utilisée lorsque les autres sources de carbone s'épuisent.