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Les scientifiques ont récemment découvert un microbe avec l’un des plus petits génomes de la Terre. Plus surprenant, la créature dépend presque entièrement de son hôte: ses gènes ne soutiennent aucune des fonctions du métabolisme, l’un des principaux processus de la vie. En tant que tel, il remet en question les notions fondamentales de ce que signifie être un organisme vivant.
La découverte était «une pure sérendipité», explique Takuro Nakayama, microbiologiste évolutif à l’Université de Tsukuba au Japon. Takayama voulait étudier les nombreux microbes qui vivent dans un dinoflagellate marin à cellule unique, Citharist Royalune sorte de plancton. Mais lorsque lui et ses collègues ont séquencé les gènes de cette communauté microbienne, ils ont continué à se présenter de minuscules morceaux étranges d’ADN.
Il s’avère que ces morceaux d’ADN appartiennent à une archaea inhabituelle – une branche sur l’arbre de vie peuplé de microbes à cellule qui peuvent souvent survivre dans des environnements extrêmes. (Les archées sont similaires aux bactéries, mais distinctes dans leur structure, leur génétique et leur métabolisme.)
Comment Sukunaarchaeum s’est-elle retrouvée avec un génome aussi minuscule?
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Nakayama et ses collègues ont proposé le nom de Sukunaarchaeum Mirabile pour le microbe nouvellement découvert: Sukunaarchaeum après la divinité naine japonaise Snow-obset mirabile pour merveilleux. À seulement 238 000 paires de bases, le nombre de gènes dans l’ADN de Sukunaarchaeum est plus petit que celui de toute autre archée connue. Les scientifiques ont décrit leur conclusion dans une préimpression biorxiv plus tôt cette année.
Alors, comment Sukunaarchaeum s’est-il retrouvé avec un génome aussi étonnamment petit? Au cours de l’évolution, les instructions génétiques pour la vie deviennent souvent de plus en plus complexes. Mais l’évolution peut également aller dans l’autre sens, conduisant à une plus grande simplicité dans le génome. Cette soi-disant réduction génomique, où les organismes se retrouvent avec moins de gènes que leurs ancêtres, est généralement observé dans les domaines des bactéries et des archées. Ce qui a frappé Nakayama et ses collègues à propos de Sukunaarchaeum, c’est l’étendue de la réduction et de la spécialisation dans ses gènes.
Avec son génome dépouillé, Sukunaarchaeum semble dépendre complètement de son hôte, C. Royalpour l’énergie et les nutriments essentiels. «Il ne peut probablement pas produire ses propres blocs de construction cellulaire», note Nakayama. “Aucun microbe découvert précédemment n’a montré un degré de dépendance métabolique aussi extrême.”
Sukunaarchaeum semble habiter presque une nouvelle catégorie de vie, suspendue quelque part entre les archées et le virus. C’est comme des virus – qui ne sont généralement pas considérés comme «vivants» – en ce qu’il a un petit génome et dépend totalement de son hôte pour le métabolisme. Mais contrairement à un virus, Sukunaarchaeum a ses propres ribosomes, des structures cellulaires qui synthétisent les protéines, et il peut se reproduire sans l’aide d’un hôte.
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Pour avoir une idée de la sukunararchaeum inhabituelle, les chercheurs ont décidé de scanner les océans pour des parents potentiels. Ils ont analysé les données de séquence génétique environnementale des environnements marins du monde entier, en se concentrant sur les spots où C. Royal est connu pour vivre. En utilisant une base de données appelée le projet Tara Oceans, ils ont découvert un vaste éventail de séquences comparables à celles de Sukunaarchaeum, qui, selon eux, pourraient représenter une nouvelle lignée archéale profondément ramifiée.
Pour Nakayama, cette constatation supplémentaire suggère que beaucoup plus de microbes qui remettent en question la définition de la vie peuvent être là-bas, vivant dans ce que Nakayama appelle «la matière noire microbienne» ou des microbes qui ne peuvent pas être cultivés en laboratoire. «Le mode de vie extrême et virus que nous émettons pour Sukunaarchaeum est un parfait exemple des résultats surprenants trouvés dans ce« laboratoire naturel de l’évolution », dit-il.
Mart Krupovic, virologue et microbiologiste à l’Institut Pasteur en France qui n’a pas été impliqué dans l’étude, a qualifié la constatation de «remarquable». Krupovic a étudié les virus géants qui, comme Sukunaarchaeum, défient la catégorisation. Ces virus géants ont évolué des génomes plus grands et plus complexes qui incluent certains des gènes de la traduction de l’ADN, une pensée caractéristique réservée à la vie cellulaire. «Je pense que c’est fascinant», explique Krupovic, «à quel point nous savons encore sur le monde qui nous entoure.»
Ensuite, Nakayama veut culture et isoler Sukunaarchaeum dans le laboratoire, pas seulement ses gènes, et en prendre une image ou une vidéo. Il espère que cela l’aidera à mieux comprendre sa biologie, son écologie et sa façon de construire – comment cela réalise cet exploit curieux de vivre au bord de la vie.
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Image du plomb: Elizabeth Ann Stevens / Shutterstock
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