Lokiarchaeota - Lokiarchaeota

Lokiarchaeota est un phylum proposé des Archaea . Le phylum comprend tous les membres du groupe précédemment nommé Deep Sea Archaeal Group (DSAG), également connu sous le nom de Marine Benthic Group B (MBG-B). Une analyse phylogénétique a révélé un groupement monophylétique des Lokiarchaeota avec les eucaryotes . L'analyse a révélé plusieurs gènes avec des fonctions liées à la membrane cellulaire . La présence de tels gènes supporte l'hypothèse d'un hôte archéen pour l'émergence des eucaryotes ; les scénarios de type éocytaire .

Lokiarchaeota a été introduit en 2015 après l'identification d'un génome candidat dans une analyse métagénomique d'un échantillon de sédiment médio-océanique. Cette analyse suggère l'existence d'un genre de vie unicellulaire baptisé Lokiarchaeum . L'échantillon a été prélevé près d'un évent hydrothermal dans un champ d'évent connu sous le nom de château de Loki situé au coude entre la crête Mohns / Knipovitch dans l' océan Arctique .

Découverte

Les sédiments d'une carotte gravitaire prélevée en 2010 dans la vallée du Rift sur la crête de Knipovich dans l'océan Arctique, près du site d' évent hydrothermal du château de Loki , ont été analysés. Des horizons de sédiments spécifiques, précédemment montrés pour contenir des abondances élevées de nouvelles lignées d'archées, ont été soumis à une analyse métagénomique. En raison de la faible densité de cellules dans le sédiment, la séquence génétique résultante ne provient pas d'une cellule isolée, comme ce serait le cas en analyse conventionnelle, mais est plutôt une combinaison de fragments génétiques. Le résultat était un génome composite complet à 92 %, 1,4 fois redondant, nommé Lokiarchaeum .

L'analyse métagénomique a déterminé la présence du génome d'un organisme dans l'échantillon. Cependant, l'organisme lui-même n'a été cultivé que des années plus tard, un groupe japonais ayant signalé pour la première fois l'isolement et la culture d'une souche de Lokiarcheota en 2019.

Le phylum Lokiarchaeota a été proposé sur la base d' analyses phylogénétiques utilisant un ensemble de gènes codant pour des protéines hautement conservés. Grâce à une référence au complexe hydrothermal d'où provient le premier échantillon de génome, le nom fait référence à Loki , le dieu nordique qui change de forme. Le Loki de la littérature a été décrit comme « une figure incroyablement complexe, déroutante et ambivalente qui a été le catalyseur d'innombrables controverses scientifiques non résolues », une analogie avec le rôle de Lokiarchaeota dans les débats sur l'origine des eucaryotes.

La description

Le génome composite de Lokiarchaeum se compose de 5 381 gènes codant pour des protéines . Parmi celles-ci, environ 32 % ne correspondent à aucune protéine connue, 26 % ressemblent étroitement à des protéines archéennes et 29 % correspondent à des protéines bactériennes. Cette situation est cohérente avec : (i) les protéines d'un nouveau phylum (avec peu de parents proches, voire aucun) étant difficiles à attribuer à leur domaine correct ; et (ii) les recherches existantes qui suggèrent qu'il y a eu un transfert de gènes inter-domaines important entre les bactéries et les archées.

Une petite mais importante partie des protéines (175, 3,3 %) que codent les gènes récupérés sont très similaires aux protéines eucaryotes . La contamination des échantillons est une explication improbable des protéines inhabituelles car les gènes récupérés étaient toujours flanqués de gènes procaryotes et aucun gène d'origine eucaryote connue n'a été détecté dans le métagénome à partir duquel le génome composite a été extrait. De plus, des analyses phylogénétiques antérieures suggéraient que les gènes en question avaient leur origine à la base des clades eucaryotes .

Chez les eucaryotes, la fonction de ces protéines partagées comprend la déformation de la membrane cellulaire, la formation de la forme cellulaire et un cytosquelette protéique dynamique . On en déduit alors que Lokiarchaeum peut avoir certaines de ces capacités. Une autre protéine partagée, l' actine , est essentielle pour la phagocytose chez les eucaryotes. La phagocytose est la capacité d'engloutir et de consommer une autre particule; une telle capacité faciliterait l' origine endosymbiotique des mitochondries et des chloroplastes , ce qui est une différence clé entre les procaryotes et les eucaryotes.

Signification évolutive

Un arbre évolutif schématique des archées comprenant Lokiarchaeota et la racine des eucaryotes

Une analyse comparative du génome de Lokiarchaeum avec des génomes connus a abouti à un arbre phylogénétique qui a montré un groupe monophylétique composé des Lokiarchaeota et des eucaryotes, soutenant un hôte archéen ou des scénarios de type éocyte pour l'émergence des eucaryotes. Le répertoire des fonctions membranaires de Lokiarchaeum suggère que l' ancêtre commun des eucaryotes pourrait être une étape intermédiaire entre les cellules procaryotes, dépourvues de structures subcellulaires, et les cellules eucaryotes, qui abritent de nombreux organites .

Carl Woese « s système à trois domaines classifie la vie cellulaire dans trois domaines: les archées, les bactéries et eucaryotes; le dernier étant caractérisé par de grandes cellules hautement évoluées, contenant des mitochondries , qui aident les cellules à produire de l' ATP (adénosine triphosphate, la monnaie énergétique de la cellule), et un noyau lié à la membrane contenant des acides nucléiques . Les protozoaires et tous les organismes multicellulaires tels que les animaux, les champignons et les plantes sont des eucaryotes.

On pense que les bactéries et les archées sont les plus anciennes des lignées, car les strates fossiles portant la signature chimique des lipides des archées remontent à 3,8 milliards d'années. Les eucaryotes comprennent toutes les cellules complexes et presque tous les organismes multicellulaires. On pense qu'ils ont évolué il y a entre 1,6 et 2,1 milliards d'années. Alors que l'évolution des eucaryotes est considérée comme un événement d'une grande importance évolutive, aucune forme intermédiaire ou "chaînon manquant" n'avait été découvert auparavant. Dans ce contexte, la découverte de Lokiarchaeum , avec certaines mais pas toutes les caractéristiques des eucaryotes, fournit des preuves sur la transition des archées aux eucaryotes. Lokiarchaeota et les eucaryotes partagent probablement un ancêtre commun et, si c'est le cas, ont divergé il y a environ deux milliards d'années. Cet ancêtre putatif possédait des gènes « démarreurs » cruciaux qui permettaient une complexité cellulaire accrue. Cet ancêtre commun, ou un parent, a finalement conduit à l'évolution des eucaryotes.

En 2020, un groupe de recherche japonais a signalé avoir cultivé une souche de Lokiarcheota en laboratoire. Cette souche, actuellement nommée Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum souche MK-D1, a été observée en association syntrophique avec deux microbes consommateurs d'hydrogène : une bactérie sulfato-réductrice du genre Halodesulfovibrio et un méthanogène du genre Methanogenium . L'organisme MK-D1 produit de l'hydrogène en tant que sous-produit métabolique, qui est ensuite consommé par les syntrophes symbiotiques . MK-D1 semble également organiser sa membrane externe en structures complexes en utilisant des gènes partagés avec les eucaryotes. Bien que l'association avec les alphaprotéobactéries (dont on pense que les mitochondries descendent) n'ait pas été observée, ces caractéristiques suggèrent que MK-D1 et ses syntrophes peuvent représenter un exemple existant de symbiose archées-bactéries similaire à celle qui a donné naissance aux eucaryotes. À ce jour, c'est le seul archéon Asgard pour lequel une co-culture est disponible.

Les références