Faire la lumière sur l'origine des formes de vie complexes
Des chercheurs cultivent un micro-organisme "chaînon manquant"
Comment les organismes complexes de la Terre sont-ils apparus ? C'est l'une des grandes questions ouvertes en biologie. Une collaboration entre les groupes de travail de Christa Schleper à l'Université de Vienne et de Martin Pilhofer à l'ETH Zurich a permis de se rapprocher de la réponse. Les chercheurs ont réussi à cultiver une archée particulière et à la caractériser plus précisément à l'aide de méthodes microscopiques. Ce membre de l'archée Asgard présente des caractéristiques cellulaires uniques et pourrait représenter un "chaînon manquant" de l'évolution vers des formes de vie plus complexes comme les animaux et les plantes. L'étude a été publiée dans la revue "Nature".
La tomographie cryo-électronique a permis de mieux comprendre la structure cellulaire d'une archée d'Asgard récemment cultivée, illustrée ici. On remarque les nombreux filaments du cytosquelette d'actine (orange) dans les corps et les protubérances cellulaires, ainsi que l'enveloppe cellulaire unique (bleu).
© Margot Riggi, The Animation Lab, University of Utah
Toutes les formes de vie sur terre sont divisées en trois grands domaines : les eucaryotes, les bactéries et les archées. Les eucaryotes comprennent les groupes d'animaux, de plantes et de champignons. Leurs cellules sont généralement beaucoup plus grandes et, à première vue, plus complexes que celles des bactéries et des archées. Le matériel génétique des eucaryotes, par exemple, est emballé dans un noyau cellulaire et les cellules possèdent également un grand nombre d'autres compartiments. La forme et le transport à l'intérieur de la cellule eucaryote reposent également sur un vaste cytosquelette. Mais comment le saut évolutif vers des cellules eucaryotes aussi complexes s'est-il produit ?
La plupart des modèles actuels supposent que les archées et les bactéries ont joué un rôle central dans l'évolution des eucaryotes. Une cellule primordiale eucaryote aurait évolué à partir d'une symbiose étroite entre des archées et des bactéries il y a environ deux milliards d'années. En 2015, des études génomiques d'échantillons environnementaux des profondeurs marines ont permis de découvrir le groupe des "archées d'Asgard", qui, dans l'arbre de vie, représentent les plus proches parents des eucaryotes. Les premières images de cellules Asgard ont été publiées en 2020 à partir de cultures d'enrichissement par un groupe japonais.
Archéas Asgard cultivées à partir de sédiments marins
Le groupe de travail de Christa Schleper à l'Université de Vienne a réussi pour la première fois à cultiver un représentant de ce groupe à des concentrations plus élevées. Il provient de sédiments marins de la côte de Piran, en Slovénie, mais il est également un habitant de Vienne, par exemple dans les sédiments des berges du Danube. En raison de sa croissance à des densités cellulaires élevées, ce représentant peut être particulièrement bien étudié. "Il a été très difficile et laborieux d'obtenir cet organisme extrêmement sensible dans une culture stable en laboratoire", rapporte Thiago Rodrigues-Oliveira, postdoc dans le groupe de travail Archaea de l'Université de Vienne et l'un des premiers auteurs de l'étude.
Les archées Asgard ont une forme cellulaire complexe avec un cytosquelette étendu
Le succès remarquable du groupe viennois à cultiver un représentant d'Asgard hautement enrichi a finalement permis un examen plus détaillé des cellules par microscopie. Les chercheurs de l'ETH du groupe de Martin Pilhofer ont utilisé un microscope cryo-électronique moderne pour prendre des photos de cellules congelées par choc. "Cette méthode permet d'avoir un aperçu tridimensionnel des structures cellulaires internes", explique Martin Pilhofer. "Les cellules se composent de corps cellulaires ronds avec des extensions cellulaires fines, parfois très longues. Ces structures ressemblant à des tentacules semblent parfois même relier différents corps cellulaires entre eux", explique Florian Wollweber, qui a passé des mois à traquer les cellules au microscope. Les cellules contiennent également un vaste réseau de filaments d'actine que l'on pense être unique aux cellules eucaryotes. Ces résultats suggèrent que des structures cytosquelettiques étendues sont apparues chez les archées avant l'apparition des premiers eucaryotes et alimentent les théories évolutionnistes sur cet événement important et spectaculaire de l'histoire de la vie.
Perspectives d'avenir grâce au nouvel organisme modèle
Notre nouvel organisme, appelé "Lokiarchaeum ossiferum", a un grand potentiel pour fournir d'autres informations révolutionnaires sur l'évolution précoce des eucaryotes", commente la microbiologiste Christa Schleper. "Il a fallu six longues années pour obtenir une culture stable et hautement enrichie, mais nous pouvons maintenant utiliser cette expérience pour réaliser de nombreuses études biochimiques et cultiver également d'autres archées asgardiennes." En outre, les scientifiques peuvent désormais utiliser les nouvelles méthodes d'imagerie développées à l'ETH pour étudier, par exemple, les interactions étroites entre les archées Asgard et leurs partenaires bactériens. Les processus fondamentaux de la biologie cellulaire, comme la division cellulaire, pourront également être étudiés à l'avenir afin de faire la lumière sur l'origine évolutive de ces mécanismes chez les eucaryotes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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