Le regroupement traditionnel des formes de vie en procaryotes et eucaryotes a été révisé en 1977 lorsque la caractérisation de la séquence d'ARNr a révélé que les archées (alors appelées «archaebactéries») sont «aussi éloignées des bactéries que les bactéries le sont des eucaryotes». en eubactéries (comprenant toutes les bactéries typiques), les archées et les eucaryotes. Reste la question de l'origine des eucaryotes. En temps voulu, des preuves ont commencé à s'accumuler en faveur de l'ascendance archéenne des eucaryotes. La découverte qu'Asgard archaea possède plusieurs centaines de gènes de protéines de signature eucaryotes (ESP) dans son génome est particulièrement intéressante. Les ESP jouent un rôle crucial dans le développement du cytosquelette et des structures cellulaires complexes caractéristiques des eucaryotes. Dans une étude révolutionnaire publiée le 21 décembre 2022, les chercheurs ont rapporté la culture réussie d'une culture enrichie d'archées Asgard insaisissables qu'ils ont imagées à l'aide de la tomographie cryo-électronique. Ils ont observé que les cellules d'Asgard avaient en effet un cytosquelette complexe à base d'actine. Il s'agissait de la première preuve visuelle directe de l'ascendance archéenne des eucaryotes, une étape importante dans la compréhension de l'origine des eucaryotes.
Jusqu'en 1977, les formes de vie sur Terre étaient classées en eucaryotes (organismes complexes caractérisés par la présence d'un noyau bien défini pour le matériel génétique et d'un cytosquelette) et en procaryotes (organismes plus simples possédant un matériel génétique dans le cytoplasme, sans noyau défini, incluant les bactéries et les archées). On pensait que les eucaryotes cellulaires avaient évolué il y a environ deux milliards d'années, probablement à partir des procaryotes. Mais comment les eucaryotes sont-ils apparus exactement ? Quel est le lien entre les organismes cellulaires complexes et les organismes cellulaires plus simples ? Cette question restait largement ouverte en biologie.
Les progrès technologiques en biologie moléculaire des gènes et des protéines ont permis d'approfondir la question lorsque, en 1977, on a découvert que les archées (alors appelées « archéobactéries ») étaient « aussi éloignées des bactéries que les bactéries le sont des eucaryotes ». La distinction antérieure entre procaryotes et eucaryotes reposait sur des différences phénotypiques au niveau des organites cellulaires. Les relations phylogénétiques devraient plutôt se fonder sur une molécule largement répandue. L'ARN ribosomique (ARNr) est une telle biomolécule, présente dans tous les systèmes autoréplicatifs et dont la séquence évolue très peu au fil du temps. L'analyse basée sur la caractérisation de la séquence d'ARNr a nécessité le regroupement des organismes vivants en eubactéries (comprenant toutes les bactéries typiques), archées et eucaryotes¹.
Par la suite, des preuves d'une relation plus étroite entre les archées et les eucaryotes ont commencé à apparaître. En 1983, il a été découvert que les ARN polymérases ADN-dépendantes des archées et des eucaryotes sont du même type ; elles présentent des propriétés immunochimiques remarquablement similaires et dérivent d'une structure ancestrale commune² . Une autre étude, publiée en 1989 et basée sur un arbre phylogénétique composite inféré d'une paire de protéines, a révélé une relation plus étroite entre les archées et les eucaryotes qu'avec les eubactéries³ . À cette époque, l'origine archéenne des eucaryotes était établie, mais les espèces archéennes exactes restaient à identifier et à étudier.
L'essor des études génomiques suite au succès du projet génome a donné un élan indispensable à ce domaine. Entre 2015 et 2020, plusieurs études ont révélé que les archées Asgard possèdent des gènes spécifiques aux eucaryotes. Leurs génomes sont enrichis en protéines considérées comme spécifiques aux eucaryotes. Ces études ont clairement établi que les archées Asgard présentent la plus grande proximité génétique avec les eucaryotes, grâce à la présence de centaines de gènes codant pour des protéines signatures eucaryotes (ESP) dans leur génome.
L'étape suivante consistait à visualiser physiquement la structure interne de la cave des archées d'Asgard pour confirmer le rôle des ESP, car il est largement admis que les ESP jouent un rôle clé dans la formation de structures cellulaires complexes. Pour cela, des cultures hautement enrichies de cette archée étaient nécessaires mais Asgard est connu pour être insaisissable et mystérieux. provoquant des difficultés de culture en quantité suffisante pour les étudier en laboratoire. Selon une étude rapportée récemment le 21 décembre 2022, cette difficulté est désormais surmontée.
Après six années de travail acharné, les chercheurs ont perfectionné leurs techniques et sont parvenus à cultiver en laboratoire une culture très enrichie de « Candidatus Lokiarchaeum ossiferum » , un membre du phylum Asgard. Ce résultat est remarquable, car il leur a permis de visualiser et d'étudier les structures cellulaires internes d'Asgard.
La cryo-tomographie électronique a été utilisée pour imager la culture d'enrichissement. Les cellules d'Asgard présentaient des corps cellulaires coccoïdes et un réseau de prolongements ramifiés. La structure de leur surface était complexe. Le cytosquelette s'étendait sur toute la surface cellulaire. Les filaments double brin torsadés étaient composés de lokiactine (homologues de l'actine codés par les Lokiarchaeota). Ainsi, les cellules d'Asgard possédaient un cytosquelette complexe à base d'actine, qui, selon les chercheurs, était antérieur à l'évolution des premiers eucaryotes.
En tant que première preuve physique / visuelle concrète de l'ascendance archéenne des eucaryotes, il s'agit d'un progrès remarquable en biologie.
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Références:
- Woese CR et Fox GE, 1977. Structure phylogénétique du domaine procaryote : Les règnes primaires. Publié en novembre 1977. PNAS. 74 (11) 5088-5090. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088
- Huet, J., et al 1983. Les archéobactéries et les eucaryotes possèdent des ARN polymérases dépendantes de l'ADN d'un type commun. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x
- Iwabé, N., et al 1989. Relation évolutive des archaebactéries, des eubactéries et des eucaryotes déduites des arbres phylogénétiques de gènes dupliqués. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 86, 9355–9359. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355
- Rodrigues-Oliveira, T., et al. 2022. Cytosquelette d'actine et architecture cellulaire complexe dans un archéon d'Asgard. Publication : 21 décembre 2022. Nature (2022). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y
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