- La découverte d’un organisme unicellulaire au génome extrêmement réduit attire l’attention comme un cas qui pousse à repenser la définition du vivant
- Ce micro-organisme a perdu la plupart des gènes liés au métabolisme, si bien qu’il ne peut ni traiter seul les nutriments ni croître, et dépend entièrement d’une cellule hôte
- Les chercheurs ont nommé cet archée Candidatus Sukunaarchaeum mirabile, qui possède un génome circulaire de 238 000 paires de bases
- Cet organisme ne conserve que le minimum de gènes nécessaire à l’autoréplication ; il dispose d’un appareil d’expression de base, dont les ribosomes, mais n’a presque aucune fonction métabolique
- Cette découverte élargit les limites minimales et la diversité de la vie cellulaire et invite à reconsidérer la frontière entre le vivant et le non-vivant
La structure fondamentale de la vie et une nouvelle découverte
- La cellule est l’unité fondamentale du vivant, et le métabolisme, la croissance et la réplication du matériel génétique sont généralement considérés comme ses fonctions essentielles
- Or, la cellule découverte ici est dépourvue de la plupart de ces fonctions
- Cet organisme a un génome extrêmement petit, et les gènes liés au métabolisme ont presque disparu
- Il ne peut ni traiter seul les nutriments ni croître et doit dépendre d’un hôte ou d’une communauté cellulaire
- Les chercheurs estiment qu’il s’agit d’un cas qui ébranle les définitions existantes de la vie
- Il montre qu’« une cellule sans métabolisme peut aussi exister »
Comment l’existence de cet infime génome a été confirmée
- L’équipe de recherche a collecté et analysé dans l’océan Pacifique un dinoflagellé appelé Citharistes regius
- Cette algue abrite en son sein des cyanobactéries symbiotiques
- Lors de l’analyse génomique, des séquences d’ADN d’une nouvelle archée ont été découvertes
- Avec 238 000 paires de bases, sa taille représente environ la moitié de celle du plus petit génome archéen connu jusque-là (Nanoarchaeum equitans)
- Une revérification à l’aide de plusieurs techniques et logiciels a confirmé qu’il s’agissait d’un génome circulaire complet
- Le nouvel organisme a été nommé Candidatus Sukunaarchaeum mirabile
- Ce nom combine le dieu nain de la mythologie japonaise « Sukuna-bikona » et le latin signifiant « étrange »
Le spectre du quasi-vivant
- Sukunaarchaeum ne possède qu’un minimum de protéines liées à la réplication
- Les gènes associés au métabolisme sont presque totalement absents
- Il appartient au groupe des archées DPANN, généralement connues comme des symbiotes fixés à la surface de cellules hôtes
- Mais Sukunaarchaeum possède, parmi elles, le génome le plus radicalement réduit
- Certains chercheurs analysent cet organisme comme ayant une tendance parasitaire
- Il ne fournit pas de produits métaboliques et tire des ressources de son hôte à sens unique
- D’autres bactéries ultraminimales (Carsonella ruddii) ont un génome encore plus petit, mais conservent des fonctions métaboliques au service de l’hôte
- Sukunaarchaeum, à l’inverse, n’a gardé que les fonctions de réplication et a perdu les fonctions métaboliques
- Contrairement aux virus, il possède lui-même l’appareil d’expression génétique, dont les ribosomes
- Il existe donc une différence fondamentale avec les virus
Débat sur la définition de la vie
- Les chercheurs estiment que Sukunaarchaeum est incapable de survivre de manière autonome
- Mais comme les organites cellulaires (par exemple les mitochondries) ne peuvent pas non plus survivre de façon indépendante, la frontière de la définition du vivant reste floue
- Cette découverte soulève la question philosophique et biologique suivante : « à partir de quand peut-on parler de vie ? »
Une forme minimale de vie encore inconnue
- Une part importante du génome de Sukunaarchaeum ne correspond à aucune séquence connue
- Elle code de grandes protéines et pourrait être impliquée dans les interactions avec l’hôte
- On ignore encore si l’hôte réel est C. regius ou une autre archée
- On ne sait pas non plus s’il s’agit d’un organisme fixé extérieurement ou d’un symbiote interne
- Certains chercheurs avancent la possibilité que, du fait d’une évolution rapide, les gènes métaboliques soient devenus impossibles à identifier
- Les méthodes d’analyse actuelles peuvent écarter ce type de génome ultraminimal en le considérant comme une donnée incomplète
- Il est donc possible que des organismes similaires existent déjà mais aient été négligés
- Une recherche dans les bases de données marines mondiales n’a trouvé aucune séquence identique, mais de nombreuses séquences proches
- Sukunaarchaeum pourrait n’être qu’une partie d’une immense diversité microbienne
- Les microbes pourraient parasiter d’autres microbes et former un réseau complexe de relations écologiques
1 commentaires
Avis Hacker News
Cette découverte est vraiment impressionnante. Cela dit, il s’agit du plus petit génome archéen connu, pas du plus petit parmi toutes les bactéries
L’article mentionne C. ruddii (159 kpb), mais Nasuia deltocephalinicola semble détenir le plus petit génome bactérien connu avec 112 kpb
En revanche, Sukunaarchaeum découvert ici ne produit pratiquement que les protéines nécessaires à sa propre réplication, avec très peu de fonctions utiles à l’hôte
Autrement dit, son génome de 238 kpb ne code quasiment que le strict minimum requis pour la réplication, avec presque aucun gène lié au métabolisme
À l’inverse, les bactéries à 159 kpb possèdent des gènes de synthèse d’acides aminés et de vitamines utiles à l’hôte
Il existe plusieurs hypothèses sur l’origine de la vie, mais il est aussi possible que les formes de vie modernes aient déjà « tout dévoré » dans cet environnement
Ou bien il faut envisager des scénarios plus fondamentaux comme une origine panspermique (panspermia)
On peut se demander si la réplication n’est pas l’activité métabolique la plus importante du vivant
Sukunaarchaeum ne peut ni synthétiser seul ses nutriments ni croître, mais il conserve les gènes nécessaires à la réplication
Il peut donc recevoir énergie et matériaux de son hôte et assembler sa propre réplication
La vraie question est de savoir sous quelle forme les matières premières sont fournies par l’hôte, et comment cette archée les exploite pour se répliquer
Tout dépend finalement d’où l’on place la frontière de l’« autonomie »
Comme un virus détourne la machinerie cellulaire de son hôte, cette archée dépend elle aussi profondément du métabolisme de son hôte
À la question « est-ce que ce n’est pas un virus ? », l’article précise bien qu’il existe des gènes codant des tRNA et des rRNA
C’est une caractéristique biologique qui le distingue clairement des virus
Le texte original est consultable dans le papier bioRxiv
Le génome de Carsonella ruddii fait environ 159 000 paires de bases (environ 40 KB), ce qui donne l’impression d’une sorte de « taille minimale du firmware cellulaire »
Pour une cellule aussi simple, on peut se demander s’il serait possible d’interpréter complètement la fonction de chaque paire de bases
Ce serait intéressant d’en faire un site web interactif de visualisation
Selon l’article, Candidatus Sukunaarchaeum mirabile est une nouvelle archée dotée d’un génome ultraminimal de 238 kpb
C’est moins de la moitié de la taille du plus petit génome archéen connu jusqu’ici
Dans l’article, la formule « des chercheurs sous le choc » semble un peu exagérée
On dirait presque un script YouTube de “Biohacker Lab”
Si les deux propriétés essentielles du vivant sont l’homéostasie (homeostasis) et la reproduction (reproduction), alors on pourrait considérer que cette cellule, qui les a perdues, n’est pas vivante
Il n’existe pas de critère consensuel pour définir la vie, et on la décrit plutôt comme un ensemble de propriétés qui maintiennent et renforcent leur propre existence
La reproduction des organismes unicellulaires est bien plus simple, et dans ce cas l’expression « commensalisme obligatoire (Obligate commensalism) » semble plus appropriée
Je me demande d’où cette archée tire son ATP
Si elle n’a presque aucune fonction métabolique, il est probable que l’énergie lui soit fournie entièrement par l’hôte
J’ai l’impression que le génome fonctionne un peu comme un fichier de configuration (config file)
La cellule elle-même possède déjà une machinerie complexe, et le génome n’est qu’un ensemble de flags et de paramètres qui la pilotent
Autrement dit, juger de la complexité du vivant uniquement à partir de la taille du génome peut être trompeur
La définition du vivant est trop restrictive
Pour moi, tout ce qui peut se répliquer et évoluer par variation génétique est vivant
J’ai du mal à accepter l’idée que les virus ne soient pas vivants
Les animaux stériles ou les globules rouges dépourvus de gènes ne sont-ils donc pas vivants ?
À l’inverse, les algorithmes génétiques ou les manuscrits ont eux aussi réplication et variation : faut-il alors les considérer comme vivants ?
Au fond, le « vivant » n’est peut-être qu’un système complexe qui maintient et réplique sa forme en exploitant des flux d’énergie, sans frontière nette