Découverte d'un nitroplaste d'organite cellulaire fixateur d'azote dans une algue eucaryote   

Biosynthèse de protéines et acide nucléique exigent azote cependant, l'azote atmosphérique n'est pas disponible pour eucaryotes pour la synthèse organique. Seuls quelques procaryotes (tels que cyanobactéries, Clostridia, archaea etc) ont la capacité de fixer l’azote moléculaire abondamment disponible dans le atmosphère. Un peu de fixation de l'azote les bactéries vivent à l’intérieur des cellules eucaryotes en relation symbiotique en tant qu’endosymbiontes. Par exemple, les cyanobactéries Candidat Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) est un endosymbionte de la microalgue unicellulaire Braarudosphaera bigelowii dans les systèmes marins. On pense que ce phénomène naturel a joué un rôle crucial dans l’évolution des eucaryotes. cellule organites mitochondries et chloroplastes grâce à l'intégration de bactéries endosymbiotiques dans la cellule eucaryote. Dans une étude récemment publiée, des chercheurs ont découvert que les cyanobactéries «UCYN-A" s'était étroitement intégré aux microalgues eucaryotes Braarudosphaera bigelowii et a évolué d'un endosymbionte à un organite cellulaire eucaryote fixateur d'azote appelé nitroplaste. Cela a fait des microalgues Braarudosphaera bigelowii le premier eucaryote fixateur d’azote connu. Cette découverte a élargi la fonction de fixation de l'azote atmosphérique des procaryotes aux eucaryotes.  

La symbiose, c'est-à-dire le fait que des organismes de différentes espèces partagent un habitat et vivent ensemble, est un phénomène naturel courant. Les partenaires dans la relation symbiotique peuvent bénéficier les uns des autres (mutualisme), ou l'un peut bénéficier tandis que l'autre reste inchangé (commensalisme), ou l'un peut bénéficier tandis que l'autre est lésé (parasitisme). La relation symbiotique est appelée endosymbiose lorsqu’un organisme vit à l’intérieur d’un autre, par exemple une cellule procaryote vivant à l’intérieur d’une cellule eucaryote. La cellule procaryote, dans une telle situation, est appelée endosymbionte.  

L'endosymbiose (c'est-à-dire l'intériorisation des procaryotes par une cellule eucaryote ancestrale) a joué un rôle crucial dans l'évolution des mitochondries et des chloroplastes, les organites cellulaires caractéristiques des cellules eucaryotes plus complexes, qui ont contribué à la prolifération des formes de vie eucaryotes. On pense qu’une protéobactérie aérobie est entrée dans une cellule eucaryote ancestrale pour devenir un endosymbionte à une époque où l’environnement devenait de plus en plus riche en oxygène. La capacité de la protéobactérie endosymbionte à utiliser l'oxygène pour produire de l'énergie a permis à l'eucaryote hôte de prospérer dans le nouvel environnement tandis que les autres eucaryotes ont disparu en raison de la pression de sélection négative imposée par le nouvel environnement riche en oxygène. Finalement, la protéobactérie s’est intégrée au système hôte pour devenir une mitochondrie. De même, certaines cyanobactéries photosynthétiques sont entrées dans les eucaryotes ancestraux pour devenir des endosymbiotes. Au fil du temps, ils se sont assimilés au système hôte eucaryote pour devenir des chloroplastes. Les eucaryotes dotés de chloroplastes ont acquis la capacité de fixer le carbone atmosphérique et sont devenus autotrophes. L’évolution des eucaryotes fixateurs de carbone à partir des eucaryotes ancestraux a constitué un tournant dans l’histoire de la vie sur Terre. 

L'azote est nécessaire à la synthèse organique des protéines et des acides nucléiques, mais la capacité à fixer l'azote atmosphérique est limitée à quelques procaryotes (comme certaines cyanobactéries, clostridies, archées, etc.). Aucun eucaryote connu ne peut fixer indépendamment l’azote atmosphérique. Des relations endosymbiotiques mutualistes entre les procaryotes fixateurs d'azote et les eucaryotes fixateurs de carbone qui ont besoin d'azote pour se développer sont observées dans la nature. Un tel exemple est le partenariat entre la cyanobactérie Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) et la microalgue unicellulaire Braarudosphaera bigelowii dans les systèmes marins.  

Dans une étude récente, la relation endosymbiotique entre la cyanobactérie Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) et la microalgue unicellulaire Braarudosphaera bigelowii a été étudiée par tomographie à rayons X mous. La visualisation de la morphologie cellulaire et de la division de l'algue a révélé un cycle cellulaire coordonné dans lequel les cyanobactéries endosymbiontes se divisaient uniformément, tout comme les chloroplastes et les mitochondries d'un eucaryote se divisent pendant la division cellulaire. L'étude des protéines impliquées dans les activités cellulaires a révélé qu'une fraction importante d'entre elles était codée par le génome des algues. Cela comprenait des protéines essentielles à la biosynthèse, à la croissance cellulaire et à la division. Ces résultats suggèrent que les cyanobactéries endosymbiontes s'étaient étroitement intégrées au système cellulaire hôte et étaient passées d'un endosymbionte à un organite à part entière de la cellule hôte. En conséquence, la cellule algale hôte a acquis la capacité de fixer l’azote atmosphérique pour la synthèse des protéines et des acides nucléiques nécessaires à la croissance. Le nouvel organite est nommé nitroplaste en raison de sa capacité à fixer l’azote.  

Cela rend les microalgues unicellulaires Braarudosphaera bigelowii le premier eucaryote fixateur d'azote. Ce développement peut avoir des implications pour l'agriculture et l'industrie des engrais chimiques à long terme.

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Références:  

1. Coale, TH et al. 2024. Organite fixateur d'azote dans une algue marine. Science. 11 avril 2024. Vol 384, numéro 6692, pages 217-222. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Massana R., 2024. Le nitroplaste : Un organite fixateur d'azote. SCIENCE. 11 avril 2024. Vol 384, numéro 6692. pp. 160-161. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

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