ARCHÉES ASGARD

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Prometheoarchaeum synthrophicum : la première archée Asgard mise en culture

Ce scénario a été accueilli avec enthousiasme par de nombreux évolutionnistes. Réussir à cultiver une archée Asgard est donc devenu une priorité pour vérifier si ces organismes, dont les génomes sont désormais connus, correspondent bien à une étape intermédiaire entre procaryotes et Eucaryotes. Dans cette compétition entre équipes de recherche, celle de Ken Takai au Japon était particulièrement bien placée car ces chercheurs maintenaient en culture continue depuis 2007 une communauté de bactéries et d’archées dont des DSAG, détectables par leur ARNr 16S, et qui correspondaient donc aux fameux Loki. Cette culture a été obtenue à partir de sédiments marins récupérés à 2 533 mètres de profondeur au large des côtes japonaises. Ce Loki se trouvait toutefois « perdu » au milieu de centaines d’autres espèces d’archées et de bactéries. Réussir à isoler la souche présente dans cette culture est donc devenu à partir de 2015 la recherche prioritaire de cette équipe menée par un jeune chercheur, Hiroyuki Imachi. Quatre ans d’efforts ont encore été nécessaires pour caractériser cette archée Loki, ces travaux faisant l’objet d’une publication en 2019 dans Nature. Les chercheurs n’ont pas réussi à l’isoler en culture pure, mais en co-culture avec une bactérie sulfato-réductrice du genre Desulfovibrio et une archée productrice du méthane du genre Methanogenium. L’archée Loki produit de l’hydrogène qui est utilisé par la bactérie pour produire du sulfure d’hydrogène et par Methanogenium pour produire du méthane. Hiroyuki Imachi et ses collaborateurs ont finalement réussi à éliminer la bactérie du système, mais pas l’archée méthanogène. Il semble en effet que ce Loki, baptisé Prometheoarchaeum synthrophicum par les auteurs, ne peut vivre seul, mais dépend de son étroite association avec cette archée méthanogène. En retour, Methanogenium fournit au Loki de nombreux composants, dont des acides aminés et des vitamines, qu’il est incapable de produire lui-même. Prometheoarchaeum est un organisme anaérobie, c’est-à-dire qu’il ne peut pas vivre en présence d’oxygène. Il se divise très lentement : il lui faut soixante jours pour démarrer sa croissance et son temps de doublement (temps nécessaire pour la division d’une cellule mère en deux cellules filles) est ensuite d’une vingtaine de jours (contre 20 minutes pour certaines archées vivant dans des sources chaudes). C’est ce qui explique, entre autres, pourquoi il a été si difficile à isoler. D’après les auteurs de cette étude, toutes les archées Asgard pourraient également être dépendantes d’une association symbiotique pour leur développement, d’où la difficulté de les cultiver et l’absence dans leurs génomes d’un certain nombre de voies métaboliques importantes, en particulier les voies de biosynthèse des acides aminés.

Contrairement à ce que le scénario évoqué plus haut prédisait, Prometheoarchaeum ne possède aucun caractère de complexité visible, tel un cytosquelette primitif, qui aurait pu en faire le chaînon manquant entre les Archées et les Eucaryotes. Au contraire, il s’agit d’une très petite cellule, même pour une archée. Ce Loki ressemble à une sphère d’environ 500 nanomètres de diamètre, et l’on observe souvent en microscopie électronique plusieurs Loki fixés à la surface de Methanogenium (une coque irrégulière de diamètre supérieur ou égal à 2 micromètres). Cela a conduit les auteurs à proposer un nouveau modèle pour expliquer comment ce Loki a pu initier l’évolution vers la cellule eucaryote. Comme la plupart des cellules, Promethoarchaeum produit des vésicules et des protubérances membranaires souvent ramifiées. Une photographie montrant une cellule de Promethoarchaeum entourée de quelques longues et fines protubérances a fait le tour du monde et les auteurs ont imaginé que ces structures avaient pu servir à emprisonner une bactérie aérobie (ayant besoin d’oxygène pour vivre) à l’origine des mitochondries. En piégeant l’oxygène, cette bactérie aurait permis à l’ancêtre Asgard des Eucaryotes de survivre au moment où cet élément chimique s’est accumulé dans l’atmosphère terrestre. Les protubérances de l’Asgard en question se seraient ensuite dilatées avant de fusionner pour finir par former le cytoplasme de la cellule eucaryote. Ce modèle reste très hypothétique car il ne semble pas que les protubérances servent à ce Loki [...]

Prometheoarchaeum synthrophicum

Photographie : Prometheoarchaeum synthrophicum

Cette vue au microscope électronique à balayage montre une archée Asgard Prometheoarchaeum synthrophicum qu'une équipe de chercheurs japonais a réussi à cultiver en 2019 après douze années d'efforts. Ce spécimen présente trois longues protubérances ici rectilignes et non ramifiées... 

Crédits : H. Imachi, M.K. Nobu, JAMSTEC

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Diversité des archées Asgard

Diversité des archées Asgard
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Place des archées Asgard dans l’arbre universel du vivant

Place des archées Asgard dans l’arbre universel du vivant
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Prometheoarchaeum synthrophicum

Prometheoarchaeum synthrophicum
Crédits : H. Imachi, M.K. Nobu, JAMSTEC

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Écrit par :

  • : professeur émérite à l'université Paris-Saclay, professeur honoraire à l'Institut Pasteur

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Patrick FORTERRE, « ARCHÉES ASGARD », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/archees-asgard/