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 les cellules des bactéries et des archées. Le matériel génétique des eucaryotes, par exemple, est conditionné dans un noyau cellulaire et les cellules ont également un grand nombre d’autres compartiments. La forme et le transport des cellules au sein de la cellule eucaryote reposent également sur un cytosquelette étendu. 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. On pense qu’une cellule primordiale eucaryote a évolué à partir d’une symbiose étroite entre les archées et les bactéries il y a environ deux milliards d’années. En 2015, des études génomiques d’échantillons environnementaux en haute mer ont découvert le groupe des soi-disant « archées Asgard », qui dans l’arbre de la vie représentent les parents les plus proches des eucaryotes. Les premières images de cellules d’Asgard ont été publiées en 2020 à partir de cultures d’enrichissement par un groupe japonais.

Archées Asgard cultivées à partir de sédiments marins

Le groupe de travail de Christa Schleper à l’Université de Vienne a maintenant réussi pour la première fois à cultiver un représentant de ce groupe dans des concentrations plus élevées. Il provient des sédiments marins de la côte de Piran, en Slovénie, mais est aussi un habitant de Vienne, par exemple dans les sédiments des rives du Danube. En raison de sa croissance à des densités cellulaires élevées, ce représentant peut être particulièrement bien étudié. « Il a été très délicat 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 à 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 un aperçu tridimensionnel des structures cellulaires internes », explique Pilhofer. « Les cellules sont constituées de corps cellulaires ronds avec des extensions cellulaires minces, parfois très longues. Ces structures en forme de tentacule semblent même parfois relier différents corps cellulaires les uns aux autres », 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. Cela suggère que des structures cytosquelettiques étendues sont apparues chez les archées avant l’apparition des premiers eucaryotes et alimentent les théories évolutives autour de cet événement important et spectaculaire de l’histoire de la vie.

Perspectives futures grâce au nouvel organisme modèle

« Notre nouvel organisme, appelé Lokiarchaeum ossiferuma un grand potentiel pour fournir de nouvelles 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 maintenant nous pouvons utiliser cette expérience pour effectuer de nombreuses études biochimiques. et de cultiver également d’autres archées Asgard. » De plus, 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. Processus biologiques cellulaires de base tels que la division cellulaire pourront également être étudiées dans le futur afin d’éclairer l’origine évolutive de ces mécanismes chez les eucaryotes.

Ce texte a été publié sous une forme similaire par l’ETH Zurich. Voir : https://biol.ethz.ch/en/news-and-events/d-biol-news/2022/12/exploring-the-origin-of-complex-life.html

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université de Vienne. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.