Un nouveau groupe de Chlamydiae possède des gènes producteurs d'hydrogène qui les aident à survivre sans oxygène

Une équipe internationale de chercheurs a découvert un nouveau groupe de Chlamydiae – Anoxychlamydiales – vivant sous le fond de l'océan sans oxygène. Ces Chlamydiae ont des gènes qui leur permettent de survivre sans oxygène tout en produisant de l'hydrogène gazeux.

Les chercheurs ont découvert que nos ancêtres unicellulaires avaient «  attrapé '' ces gènes producteurs d'hydrogène provenant d'anciennes Chlamydiae il y a jusqu'à deux milliards d'années – un événement qui était essentiel pour l'évolution de toute vie complexe vivante aujourd'hui. Les résultats sont publiés dans Progrès scientifiques.

La vie sur Terre peut être classée en deux catégories principales: les eucaryotes (par exemple, les plantes, les animaux, les champignons, les amibes) et les procaryotes (par exemple, les bactéries et les archées). Par rapport aux cellules procaryotes relativement simples, les cellules eucaryotes ont une organisation cellulaire complexe. L'évolution de la complexité cellulaire a intrigué les scientifiques pendant des décennies.

L'hypothèse dominante pour l'évolution des eucaryotes implique la fusion, ou symbiose, de deux procaryotes – un archéon et une bactérie – il y a près de deux milliards d'années, dans des environnements avec peu d'oxygène. Les scientifiques supposent que ces microbes ont coopéré les uns avec les autres pour survivre sans oxygène en échangeant des nutriments. Bien que nous ne sachions pas quels étaient ces nutriments, de nombreux scientifiques pensent que l'hydrogène pourrait être la réponse.

Pour trouver une réponse à ce mystère vieux de deux milliards d'années, les scientifiques examinent les génomes des procaryotes et des eucaryotes modernes pour trouver des gènes pour vivre sans oxygène et le métabolisme des nutriments avec l'hydrogène. Tout comme les fossiles, les génomes contiennent des indices sur l'histoire évolutive de leurs ancêtres. Dans nos cellules, nous avons une usine spécialisée appelée la mitochondrie – ou centrale électrique de la cellule – qui nous aide à produire de l'énergie en utilisant l'oxygène que nous respirons et le sucre que nous mangeons.

Cependant, certaines mitochondries sont capables de produire de l'énergie sans oxygène en produisant de l'hydrogène gazeux. Puisque l'hydrogène a été proposé comme étant un nutriment important pour l'origine des eucaryotes, les scientifiques pensent que la production d'hydrogène était présente chez l'un des partenaires vieux de deux milliards d'années: l'archéon ou la bactérie. Cependant, il n'y a aucune preuve de cela avec les données actuelles.

Dans un article publié dans Progrès scientifiques, une équipe de chercheurs internationaux a découvert une source inattendue de ces gènes au fond de l'océan des Anoxychlamydiales, un groupe nouvellement découvert de Chlamydiae. Les anoxychlamydiales vivent sans oxygène et possèdent des gènes pour produire de l'hydrogène – un trait qui n'a jamais été identifié auparavant chez les Chlamydiae.

Les chercheurs ont été surpris de constater que les gènes chlamydiaux pour la production d'hydrogène ressemblaient étroitement à ceux trouvés chez les eucaryotes. Cela suggère fortement que les anciennes chlamydia ont contribué à ces gènes au cours de l'évolution des eucaryotes.

« Dans notre étude, nous avons identifié la première preuve de la façon dont les eucaryotes ont obtenu les gènes pour produire de l'hydrogène et cela provenait d'une source complètement inattendue! » dit le co-auteur principal Courtney Stairs, chercheur postdoctoral à l'Université d'Uppsala en Suède. L'auteure co-principale Jennah Dharamshi, étudiante au doctorat de l'Université d'Uppsala, ajoute: « Nous avons trouvé de nouvelles preuves que le génome eucaryote a une histoire évolutive en mosaïque, et provient non seulement d'Archaea et de la mitochondrie, mais aussi de Chlamydiae ».

«Comprendre d'où vient le métabolisme de l'hydrogène chez les eucaryotes est important pour mieux comprendre comment nos ancêtres vieux de deux milliards d'années ont évolué», déclare l'auteur principal Thijs Ettema, professeur à l'Université et recherche de Wageningen aux Pays-Bas et coordinateur de l'équipe internationale de des chercheurs.

«Pendant des années, j'ai pensé que si jamais nous découvrions d'où venait le métabolisme de l'hydrogène eucaryote, nous aurions une image plus claire de la façon dont les eucaryotes ont évolué – cependant, découvrir que ces gènes pourraient provenir de Chlamydiae a soulevé encore plus de questions», Courtney Escalier ajoute.

Comment les eucaryotes se sont-ils emparés de ces gènes?

«Nous savons que les micro-organismes partagent régulièrement des gènes entre eux dans un processus appelé« transfert de gène ». Nous pouvons trouver ces événements de transfert en construisant des arbres généalogiques de chaque gène et en recherchant des modèles dans leur évolution», explique Courtney Stairs. Aujourd'hui, les plus proches parents de l'archéon qui ont participé à la symbiose initiale sont les archées Asgard. Ces archées se trouvent également au fond de l'océan où résident les Anoxychlamydiales.

« Asgard archées et Anoxychlamydiales vivent tous deux sous le fond de l'océan où il n'y a pas d'oxygène », explique Thijs Ettema, « leur cohabitation aurait pu permettre le transfert de gènes entre les ancêtres de ces microbes ».

Trouver des chlamydia qui peuvent vivre sans oxygène a des implications importantes en soi. Ces bactéries sont généralement connues comme agents pathogènes des humains et d'autres animaux, même si elles peuvent également infecter les eucaryotes unicellulaires tels que l'amibe. Toutes les chlamydies connues à ce jour vivent à l'intérieur de cellules eucaryotes.

Trouver des chlamydia qui pourraient vivre sans oxygène, produire de l'hydrogène et vivre à l'extérieur d'un eucaryote remet en question nos conceptions antérieures. nos résultats suggèrent que les chlamydia peuvent être des membres importants de l'écosystème au fond de l'océan et que peut-être que toutes les chlamydiae ne sont pas si mauvaises après tout. « 

Jennah Dharamshi, doctorante, co-auteur principal de l'étude, Université d'Uppsala