Origine des cellules eucaryotes : gènes de multiples microbes

Un modèle de symbiose à plusieurs acteurs

Pendant des décennies, la biologie a reposé sur un récit relativement simple pour expliquer l’émergence de la complexité cellulaire. Selon le consensus établi, une cellule hôte issue des archées Asgard aurait formé une relation symbiotique avec une bactérie, l’alphaprotéobactérie, pour donner naissance à la mitochondrie. Cette alliance unique est considérée comme le point de bascule ayant permis l’apparition des cellules eucaryotes, qui composent aujourd’hui les animaux, les plantes et les champignons.

Cependant, de nouveaux travaux publiés par l’équipe de Toni Gabaldón, chercheuse à l’ICREA, remettent en question cette vision binaire. Comme le rapporte Genetic Engineering and Biotechnology News, l’étude suggère que la complexité cellulaire est le fruit d’un processus de coopération beaucoup plus long et graduel qu’on ne le pensait.

« Pendant longtemps, nous avons expliqué l’origine des cellules complexes comme une histoire avec deux protagonistes principaux : un archée et la bactérie qui a donné naissance à la mitochondrie. Notre étude suggère que ce récit est incomplet et qu’il y avait d’autres acteurs sur scène, y compris d’autres groupes bactériens et des virus géants qui pourraient avoir facilité l’échange de gènes.

Cette découverte ne nie pas le rôle central de la mitochondrie, mais elle déplace le curseur d’un événement unique vers une série d’interactions microbiennes s’étendant sur des millions d’années.

L’apport des bactéries Planctomycetota et Myxococcota

L’analyse approfondie des ancêtres géniques a permis d’identifier des contributions significatives provenant de groupes qui n’étaient pas initialement inclus dans les modèles de symbiose classiques. L’étude révèle que deux autres groupes bactériens ont joué un rôle majeur dans la construction du répertoire génétique de l’ancêtre commun des eucaryotes.

For more on this story, see Étude révèle l’origine des cellules eucaryotes via plusieurs bactéries et virus géants.

• Planctomycetota : Un groupe bactérien ayant fourni des contributions génétiques comparables à d’autres acteurs clés.
• Myxococcota : Un groupe dont l’apport a été identifié, notamment via l’acquisition d’enzymes de biosynthèse de stéroïdes.
• Virus géants : Des entités qui auraient contribué davantage qu’un seul groupe bactérien individuel au transfert de matériel génétique.

Selon les détails fournis par Ars Technica, ces résultats ont été confirmés à travers différentes méthodes d’analyse, ce qui écarte la possibilité d’un simple artefact de calcul. Cette diversité de donneurs suggère que l’évolution ne s’est pas faite en vase clos, mais au sein d’un environnement riche en échanges.

Une archéologie moléculaire par supercalculateur

L’un des défis majeurs de cette recherche réside dans l’absence totale de fossiles directs. Contrairement à la paléontologie classique, les chercheurs doivent pratiquer une forme d’archéologie moléculaire pour remonter le temps jusqu’à l’apparition des premières cellules complexes, il y a environ deux milliards d’années.

Pour ce faire, l’équipe a utilisé la puissance de calcul de la série de supercalculateurs MareNostrum pour analyser des données génomiques publiques couvrant une vaste biodiversité. En reconstruisant le protéome du dernier ancêtre commun eucaryote (LECA), les scientifiques ont pu tracer l’origine phylogénétique de chaque famille de protéines.

« Nous essayons de reconstruire une histoire qui s’est déroulée il y a des milliards d’années et pour laquelle nous n’avons pas de fossiles directs. C’est pourquoi nous avons été très prudents : nous n’avons conservé que les signaux évolutifs les plus robustes — ceux dont la force est comparable aux signaux déjà acceptés pour l’archée ancestrale et pour la bactérie qui a donné naissance à la mitochondrie.

Cette rigueur méthodologique est essentielle pour valider une théorie qui bouleverse les fondements de la biologie cellulaire. Comme l’indique Nature, l’analyse a permis de réviser la compréhension de la structure même du protéome ancestral de l’eucaryote.

This follows our earlier report, Les champignons, cousins génétiques des humains, révèlent un ancêtre commun vieux de 2 milliards d’années.

L’hypothèse des tapis microbiens pour la complexité cellulaire

La présence de multiples sources de gènes — bactéries, archées et virus — suggère un contexte écologique spécifique. Les chercheurs avancent que cette évolution a probablement eu lieu au sein de tapis microbiens, des structures où de nombreuses espèces coexistent dans une proximité étroite pendant de longues périodes.

Dans ces environnements, les échanges de métabolites et de matériel génétique sont fréquents, favorisant ainsi une coopération inter-espèces. L’étude note que certains groupes de gènes ont été introduits avant même la présence de la mitochondrie, tandis que d’autres l’ont été après, confirmant une séquence d’événements étalée dans le temps.

Alors que la science continue de déchiffrer les traces laissées dans nos propres génomes, cette recherche impose une nouvelle perspective : la cellule complexe n’est pas le produit d’une rencontre fortuite, mais le résultat d’une longue et riche collaboration communautaire au sein du monde microbien.

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