Il y a dix ans, personne ne savait qu'Asgard Archaea existait. En 2015, cependant, les chercheurs examinant les sédiments en haute mer ont découvert des fragments de gènes qui indiquaient une nouvelle forme de microbes auparavant non découverte.
Avec l'aide informatique, les chercheurs ont assemblé ces fragments comme des pièces de puzzle pour compiler l'ensemble du génome. Ce n'est qu'à ce moment-là qu'ils ont réalisé qu'ils avaient affaire à un groupe d'Archaea auparavant inconnu.
Comme les bactéries, les archées sont des organismes unicellulaires. Génétiquement, cependant, il existe des différences significatives entre les deux domaines, en particulier en ce qui concerne leurs enveloppes cellulaires et leurs processus métaboliques.
Après une autre recherche, les microbiologistes ont identifié les organismes correspondants, les ont décrits et les ont classés comme un sous-groupe archéal distinct: Asgard Archaea. Leur nom, tiré du royaume céleste de la mythologie nordique, fait référence à leur découverte initiale près du château de Loki – un fumeur noir sur la crête du milieu de l'atlantique entre la Norvège et Svalbard.
En fait, Asgard Archaea est apparu presque paradisiaque pour la recherche: ils se sont avérés être un lien manquant entre Archaea et Eucaryotes – c'est-à-dire entre les archées et les organismes dont les cellules contiennent un noyau, comme les plantes et les animaux.
Arbre de vie avec une branche de moins
Ces dernières années, les chercheurs ont trouvé des indications croissantes de liens étroits entre Asgard Archaea et Eucaryotes, et que cette dernière a peut-être évolué de la première. La division de tous les organismes vivants dans les trois domaines des bactéries, des archées et des eucaryotes n'a pas résisté à cette découverte surprenante.
Certains chercheurs ont depuis proposé concernant les eucaryotes en tant que groupe au sein d'Asgard Archaea. Cela réduirait le nombre de domaines de vie de trois à deux: archées, y compris les eucaryotes et les bactéries.
À ETH Zurich, le professeur Martin Pilhofer et son équipe sont fascinés par Asgard Archaea et ont examiné les mystérieux microbes depuis plusieurs années.
Dans un article publié dans Nature Il y a deux ans, les chercheurs de l'ETH ont exploré les détails de la structure cellulaire et de l'architecture de Lokiarchaeum ossiferum. Originaire des sédiments d'un canal d'eau saumâtre en Slovénie, cet archaeon Asgard a été isolé par des chercheurs du laboratoire de Christa Schleper à l'Université de Vienne.
Dans cette étude, Pilhofer et ses chercheurs postdoctoraux Jingwei Xu et Florian Wollweber ont démontré que Lokiarchaeum ossiferum possède certaines structures également typiques des eucaryotes. « Nous avons trouvé une protéine d'actine dans cette espèce qui semble très similaire à la protéine trouvée chez les eucaryotes – et se produit dans presque tous les Asgard Archaea découverts à ce jour », explique Pilhofer.
Dans la première étude, les chercheurs ont combiné différentes techniques de microscopie pour démontrer que cette protéine – appelée Lokiactine – forme des structures filamenteuses, en particulier dans les nombreux protubérances de type tentacule des microbes. « Ils semblent former le squelette pour l'architecture cellulaire complexe d'Asgard Archaea », ajoute Florian Wollweber.
En plus des filaments d'actine, les eucaryotes possèdent également des microtubules. Ces structures en forme de tube sont le deuxième composant clé du cytosquelette et sont composées de nombreuses protéines de tubuline. Ces minuscules tubes sont importants pour les processus de transport dans une cellule et la ségrégation des chromosomes pendant la division cellulaire
L'origine de ces microtubules n'a pas été claire – jusqu'à présent. Dans un article récemment publié dans Cellule les chercheurs de l'ETH ont découvert des structures connexes dans Asgard Archaea et décrivent leur structure. Ces expériences montrent que les tubulines Asgard forment des microtubules très similaires, bien que plus petits que ceux de leurs parents eucaryotes.
Cependant, seulement quelques-uns Lokiarchaeum Les cellules forment ces microtubules. Et, contrairement à l'actine, ces protéines de tubuline n'apparaissent que dans très peu d'espèces d'Asgard Archaea.
Les scientifiques ne comprennent pas encore pourquoi les tubulines apparaissent si rarement en Lokiarchaea, ni pourquoi elles sont nécessaires par les cellules. Chez les eucaryotes, les microtubules sont responsables des processus de transport dans la cellule. Dans certains cas, les protéines motrices «marchent» de ces tubes. Les chercheurs de l'ETH n'ont pas encore observé de telles protéines motrices dans Asgard Archaea.
« Nous avons cependant montré que les tubes formés à partir de ces tubulines se développent à une extrémité. Nous soupçonnons donc qu'ils remplissent des fonctions de transport similaires comme les microtubules dans les eucaryotes », explique Jingwei Xu, co-premier auteur de la Cellule étude. Il a produit les tubulines dans une culture cellulaire avec des cellules insectes et a examiné leur structure.
Des chercheurs des domaines de la microbiologie, de la biochimie, de la biologie cellulaire et de la biologie structurelle ont collaboré étroitement à l'étude. « Nous n'aurions jamais progressé jusqu'à présent sans cette approche interdisciplinaire », souligne Pilhofer avec un degré de fierté.
Le cytosquelette était-il essentiel au développement d'une vie complexe? Bien que certaines questions restent sans réponse, les chercheurs sont convaincus que le cytosquelette était une étape importante dans l'évolution des eucaryotes.
Cette étape aurait pu se produire il y a des éons, lorsqu'un archaeon Asgard a entrelacé une bactérie avec ses appendices. Au cours de l'évolution, cette bactérie est devenue une mitochondrie, qui sert de puissance des cellules modernes. Au fil du temps, le noyau et d'autres compartiments ont évolué – et la cellule eucaryote est née.
« Ce cytosquelette remarquable était probablement au début de ce développement. Il aurait pu permettre à Asgard Archaea de former des appendices, leur permettant ainsi d'interagir, puis de saisir et d'engloutir une bactérie », explique Pilhofer.
Pêche pour Asgard Archaea
Pilhofer et ses collègues prévoient désormais de tourner leur attention vers la fonction des filaments d'actine et de la tubuline archéique avec les microtubules résultants.
Ils visent également à identifier les protéines que les chercheurs ont découvertes à la surface de ces microbes. Pilhofer espère que son équipe sera en mesure de développer des anticorps précisément adaptés à ces protéines. Cela permettrait aux chercheurs de «pêcher» spécifiquement pour Asgard Archaea dans des cultures microbes mixtes.
« Nous avons encore beaucoup de questions sans réponse sur Asgard Archaea, en particulier en ce qui concerne leur relation avec les eucaryotes et leur biologie cellulaire inhabituelle », explique Pilhofer. « Le retrait des secrets de ces microbes est fascinant. »
