Les mutations ne sont pas neutres

  Il devrait être évident que des erreurs aléatoires ne peuvent pas être bonnes.

Une nouvelle étude confirme cette intuition.

David  Coppedge

Est-ce que tirer sur un ordinateur avec un fusil améliore-t-il son fonctionnement ?

La plupart des mutations génétiques "silencieuses" sont nocives, et non neutres, une découverte aux implications importantes. La théorie néo-darwinienne s'appuie sur les mutations pour passer des molécules à l'homme. Avant d'examiner les implications de cette nouvelle étude, apprenons quelques termes :

Parfois, des erreurs d'orthographe d'une seule lettre dans le code génétique, appelées mutations ponctuelles, se produisent. Les mutations ponctuelles qui modifient les séquences protéiques résultantes sont appelées mutations non synonymes, tandis que celles qui ne modifient pas les séquences protéiques sont appelées mutations silencieuses ou synonymes.

La plupart des mutations sont néfastes, reconnaissent les évolutionnistes, mais il arrive parfois qu'une mutation bénéfique se produise et permette à une molécule de devenir une personne. Entre les bonnes et les mauvaises mutations se trouve un vaste champ de mutations "silencieuses" ou neutres - celles qui ne modifient pas la protéine, mais qui attendent leur chance pour apporter des variations au magasin de bricolage de l'évolution. Ils pensent que suffisamment de mutations silencieuses pourraient se combiner de manière fortuite pour produire quelque chose de nouveau. De telles innovations sont la base du progrès de l'évolution. Tout, des éponges aux trilobites, en passant par les dinosaures et les aigles, est né de cette façon, y compris nous. C'est ce que dit l'histoire.

D'autres, comme le généticien John Sanford, ont soutenu que les mutations neutres alourdissent le génome. Elles s'accumulent comme les fautes de frappe dans un livre. Un livre peut encore être lu avec quelques coquilles, mais il finit par devenir illisible. Au fil du temps, cette "entropie génétique" conduit les populations vers l'extinction. Selon lui, c'est un faux espoir que d'attendre des mutations, même neutres, qu'elles apportent quelque chose de bon. Les êtres humains, dit-il dans son livre L'entropie génétique et le mystère du génome, accumulent environ 100 mutations par génération. La médecine moderne peut aider à surmonter les effets de certaines erreurs génétiques, mais le processus inexorable de la charge mutationnelle ne peut être arrêté. Il conduira l'Homo sapiens à l'extinction, soutient Sanford.

Aujourd'hui, des scientifiques de l'Université du Michigan font paraître la prédiction de Sanford trop optimiste !

Entre un quart et un tiers des mutations ponctuelles dans les séquences d'ADN codant pour des protéines sont synonymes. Depuis que le code génétique a été déchiffré, ces mutations ont généralement été considérées comme neutres, ou presque.
Mais dans une étude publiée en ligne le 8 juin dans la revue Nature, qui a nécessité la manipulation génétique de cellules de levure en laboratoire, des biologistes de l'Université du Michigan montrent que la plupart des mutations synonymes sont fortement nuisibles.

Avez-vous compris ? Non seulement nuisibles. Fortement nuisibles.

Selon les auteurs de l'étude, la forte non-neutralité de la plupart des mutations synonymes - si elle s'avère être vraie pour d'autres gènes et dans d'autres organismes - aurait des implications majeures pour l'étude des mécanismes des maladies humaines, la biologie des populations et de la conservation, et la biologie de l'évolution.

Quelles implications cela pourrait-il avoir pour la biologie de l'évolution ? Il n'est pas difficile de répondre à cette question. Les mutations synonymes ou silencieuses "ont généralement été considérées comme bénignes", explique l'un des auteurs de l'étude parue dans Nature, George Zhang. "Nous montrons maintenant que cette croyance est fausse". Zhang ne mâche pas ses mots. Les mutations silencieuses ne sont pas bénignes. Cette croyance est fausse.

Dans l'article, les auteurs décrivent comment ils ont calculé les effets des mutations. En utilisant des levures, qui poussent et se reproduisent facilement en laboratoire, "ils ont utilisé l'édition du génome CRISPR/Cas9 pour construire plus de 8 000 souches de levures mutantes, chacune portant une mutation synonyme, non synonyme ou non-sens dans l'un des 21 gènes ciblés par les chercheurs", explique le communiqué de presse.

Ils ont ensuite quantifié la "valeur sélective" de chaque souche mutante en mesurant la vitesse à laquelle elle se reproduit par rapport à la souche non mutante. La valeur sélective darwinienne, en termes simples, fait référence au nombre de descendants d'un individu. Dans ce cas, la mesure des taux de reproduction des souches de levure a permis de déterminer si les mutations étaient bénéfiques, nuisibles ou neutres.
À leur grande surprise, les chercheurs ont constaté que 75,9 % des mutations synonymes étaient significativement délétères, tandis que 1,3 % étaient significativement bénéfiques.

 Ils ont notamment découvert que les mutations synonymes modifient les niveaux d'expression des gènes. Des études antérieures ont montré que les mutations synonymes peuvent agir comme des rhéostats pour régler avec précision l'expression des gènes. À cet égard, les mutations synonymes peuvent avoir une fonction. Mais toutes choses égales par ailleurs, si les cellules de levure initiales étaient saines, le nombre de descendants produits par les souches de levure mutantes donne une mesure rapide de la santé en tant que conséquence des mutations.

Des résultats choquants

Les quatre scientifiques s'attendaient-ils à ce résultat ? Ils savaient, grâce à d'autres études, que les mutations dites "neutres" provenant de codons synonymes pouvaient pencher du côté obscur.

"Mais nous avons été choqués par le grand nombre de ces mutations", a-t-il déclaré. "Nos résultats impliquent que les mutations synonymes sont presque aussi importantes que les mutations non synonymes pour causer la maladie et appellent à un renforcement des efforts pour prédire et identifier les mutations synonymes pathogènes."

Le communiqué de presse n'est jamais revenu sur les implications de cette découverte pour la théorie de l'évolution. L'article paru dans Nature l'a entièrement ignoré. Dans le même numéro de Nature, Nathaniel Sharp a envoyé ce titre : "Les mutations comptent même si les protéines restent les mêmes."

Voici une des conséquences de l'étude sur l'évolution : elle fait passer la plupart des mutations "neutres" de la colonne "peut-être utile" à la colonne "délétère". Darwin vient de perdre un sacré paquet de dés dans son jeu de hasard.

Comme nous l'avons souvent dit, mesurer la valeur sélective par la reproduction est une tautologie. Mesurer le nombre de cellules de levure qui se divisent pour déterminer celles qui sont "aptes" ne peut donner que des résultats ambigus. Mais si le stock initial se divisait normalement à un rythme particulier et que les souches mutantes étaient toutes plus lentes à se reproduire, cela donne une estimation de premier ordre que quelque chose a mal tourné dans 75,9 % d'entre elles.

L'affirmation selon laquelle 1,3 % des souches étaient "significativement bénéfiques" doit également être examinée. Une plus grande division cellulaire n'est pas nécessairement meilleure (par exemple, les cellules cancéreuses). Les descendants mutants étaient tous porteurs d'un défaut. Il se peut qu'elle ait augmenté le taux de reproduction mais qu'elle ait causé des dommages d'une autre manière. Les évolutionnistes ne devraient donc pas se tourner vers les 1,3 % pour alimenter l'innovation et le progrès, sans analyser soigneusement toutes les conséquences physiologiques des mutations.

Message à retenir : La théorie de la sélection naturelle vient de prendre un grand coup.