Complexité de l’eucaryogenèse au-delà du modèle binaire
Pendant des décennies, la biologie a expliqué l’émergence des cellules complexes — celles qui composent les plantes, les animaux et les champignons — par un scénario simpliste. On pensait qu’un archée avait fusionné avec une bactérie, cette dernière devenant la mitochondrie, moteur énergétique de la cellule. Cependant, selon les travaux dirigés par le Dr Toni Gabaldón, chercheur ICREA au Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS) et à l’IRB Barcelona, cette vision est incomplète.
L’analyse suggère que le processus a été beaucoup plus collaboratif et étalé dans le temps. L’équipe a identifié des contributions génétiques provenant de divers groupes bactériens, en plus de l’ancêtre de la mitochondrie, ainsi qu’un rôle potentiel des virus géants dans le transfert de gènes. Comme l’indique Nature, ces résultats remettent en cause la vue traditionnelle d’une fusion simple entre seulement deux organismes.
“Pour une longue période, nous avons expliqué l’origine des cellules complexes comme une histoire avec deux protagonistes principaux : un archée et la bactérie qui a donné naissance à la mitochondrie. Notre étude suggère que ce récit est incomplet et qu’il y avait plus d’acteurs sur scène, incluant d’autres groupes bactériens et des virus géants qui pourraient avoir facilité l’échange de gènes.”Dr. Toni Gabaldón, chercheur à l’ICREA et au Barcelona Supercomputing Center, via HPCwire
Reconstitution du répertoire génétique ancestral par paléontologie moléculaire
Puisqu’il n’existe pratiquement aucune trace fossile directe d’organismes microscopiques vieux de deux milliards d’années, l’équipe a dû recourir à une méthode de « paléontologie moléculaire ». En utilisant la puissance de calcul du supercalculateur MareNostrum 5, les chercheurs ont reconstruit le répertoire génétique du dernier ancêtre commun des eucaryotes, connu sous l’acronyme LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor).
Ce travail, qui a nécessité plus de cinq ans de modélisation mathématique, a permis de comparer les familles de protéines du LECA avec des dizaines de milliers de génomes bactériens, archéens et viraux. La rigueur scientifique était au cœur de la démarche, les auteurs ayant choisi de ne conserver que les signaux évolutifs les plus robustes pour éviter toute interprétation erronée.
“Nous essayons de reconstruire une histoire qui a eu lieu il y a des milliards d’années et pour laquelle nous n’avons pas de fossiles directs. C’est pourquoi nous avons été très conservateurs : nous avons seulement gardé les signaux évolutifs les plus robustes — ceux avec une force comparable aux signaux déjà acceptés pour l’archée ancestral et pour la bactérie qui a donné naissance à la mitochondrie.”Dr. Toni Gabaldón, chercheur à l’ICREA et au Barcelona Supercomputing Center, via Nature
Standardisation et filtrage rigoureux des données protéomiques
Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe a dû structurer une base de données complexe, le eTOLDB. Les chercheurs ont sélectionné et récupéré 276 protéomes eucaryotes provenant de sources telles que le NCBI, EukProt et UniProt, en veillant à une représentation équilibrée des neuf supergroupes eucaryotes.
Le processus de nettoyage des données, détaillé dans l’étude publiée, a été particulièrement strict :
- Exclusion des protéines de faible complexité ou de taille aberrante (plus de 10 000 ou moins de 50 acides aminés).
- Utilisation de l’outil BUSCO v.5.5 pour évaluer la complétude des génomes.
- Élimination de 30 protéomes ne répondant pas aux critères de qualité stricts, laissant 256 protéomes pour l’analyse finale.
Implications des transferts de gènes sur l’eucaryogenèse
Cette rigueur a permis d’isoler des traces de transferts de gènes spécifiques, comme l’acquisition d’enzymes liées à la biosynthèse des stéroïdes provenant des Myxococcota. Ces découvertes transforment notre compréhension de l’eucaryogenèse, la faisant passer d’un événement ponctuel à une série d’interactions prolongées. À l’avenir, cette approche computationnelle pourrait servir de modèle pour explorer d’autres énigmes biologiques anciennes dont les preuves physiques ont disparu depuis longtemps.
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