L’incroyable histoire de la « petite Pauline »

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Quand une amibe vole des gènes à des bactéries

C’est l’incroyable histoire d’une amibe tout à fait banale qui s’est arrangée pour subvenir elle-même à ses propres besoins. Imaginez un instant que vous incorporiez dans vos gènes ceux qui sont nécessaires pour, comme les plantes, réaliser par photosynthèse la production de sucres en mangeant des épinards. Vous n’aurez qu’à exposer au soleil votre peau devenue verte et le tour sera joué. C’est ce genre de prouesse qu’a réalisé il y a une centaine de millions d’années la petite amibe répondant au charmant nom de Paulinella chromatophora.

Normalement les amibes mangent des trucs plus petits qu’elles, surtout des bactéries, et un jour l’ancêtre de la « petite Pauline » s’est dit qu’après tout si elle pouvait photosynthétiser des sucres ça serait tout bon pour ses finances, pardon, pour son métabolisme. En quelque sorte elle ferait son pain toute seule quand il y a de la lumière …

Un jour, prise d’une grosse fringale, elle a avalé une cyanobactérie qui s’est trouvée pas si mal que ça dans son ventre. La petite Pauline a gardé ce dont elle avait besoin et un peu trop rapidement mangé le reste. Ce qu’elle a préservé s’est vite mis à ressembler à des genres de saucisses vertes, toutes proportions gardées, parce qu’elle avait incorporé les gènes qui servent à effectuer la photosynthèse du sucre et de quelques autres métabolites.

Pour ne pas devenir complètement obèse, c’est-à-dire laisser un peu de place à tous ces nouveaux gènes, un peu par erreur la petite Pauline en a effacé quelques-uns de son propre patrimoine génétique. C’était presque suicidaire mais la petite Pauline, pas très contente de son résultat a alors mangé quelques bactéries et a prélevé dans leur génome ce qui lui manquait pour rester en bonne santé, quelques gènes par ci par là pour que tout fonctionne finalement correctement.

Cette histoire paraît complètement délirante mais c’est pourtant ce qui s’est passé non pas en un jour mais au cours d’une lente évolution pour aboutir à cette amibe assez phénoménale qui a littéralement reconstruit tout son patrimoine génétique en faisant des « emprunts » génétiques à des bactéries.

Cette histoire a été étudiée en détail dans le cadre d’une collaboration entre plusieurs universités nord-américaines et allemandes sous la direction du Docteur Eva Nowack de l’Université de Düsseldorf. Cette étude n’a pas été très facile à réaliser au niveau des ADNs, l’ADN circulaire du plastide ou chromatophore, les choses vertes dans la photo ci-dessus, celui du noyau de l’amibe et des contaminants d’origine bactérienne.

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Il y a eu donc un transfert de gènes en provenance du plastide (on pourrait dire chloroplaste comme pour les plantes) dans le cadre de la symbiose initiale amibe-cyanobactérie (EGT, pour endosymbiotic gene transfer) mais également tout un trafic de gènes dit horizontal (HGT, pour horizontal gene transfer) en provenance d’autres bactéries pour aboutir à la Paulinella actuelle comme l’illustre le schéma ci-dessus tiré de l’article paru dans la revue PNAS. Il est intéressant d’insister sur le fait que cette histoire de la petite Pauline date d’une centaine de millions d’années alors que les premiers plastides photosynthétiques apparurent il y a plus d’un milliard d’années à la suite de symbioses avec des cyanobactéries pour aboutir par exemple aux végétaux que l’on connait aujourd’hui.

Source : PNAS, doi : 10.1073/pnas.1608016112 aimablement communiqué par le Docteur Nowack qui est chaleureusement remerciée ici.

Les lichens : une symbiose à trois partenaires

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Le propre de la science et de ses acteurs est de douter. La science a pour but de comprendre le fonctionnement de la nature, depuis les particules subatomiques ou la plus petite bactérie jusqu’aux amas de galaxies lointaines. Et la recherche scientifique est une perpétuelle remise en cause des concepts, des hypothèses et parfois de vérités admises une fois pour toutes. Il y a quelques semaines (voir le lien) je relatais la remise en cause du dogme « un gène-une protéine » que l’on m’enseigna à l’Université et qui a été battu en brèche grâce au développement des puissants moyens d’investigation modernes apparus ces dernières années dans le domaine de la biologie moléculaire.

Un autre dogme vient de tomber, celui de la nature des lichens. Depuis les travaux du biologiste suisse Simon Schwendener en 1867 on a toujours considéré les lichens comme étant une association entre un champignon ascomycète et une algue unicellulaire de la famille des xanthophycées ou éventuellement une cyanobactérie photosynthétique. Schwendener décrivit cette association comme un parasitisme mais il fut reconnu par la suite qu’il s’agissait bel et bien d’une symbiose car ni le champignon ni l’algue (ou la cyanobactérie) ne peuvent survivre isolément. Le dogme concernant les lichens était donc « un champignon-une algue » et il aura fallu attendre 150 ans pour qu’il soit remis en question.

Des travaux remarquables dirigés par le Docteur Toby Spribille de l’Université de Graz en Autriche viennent de prouver de manière non ambigüe que la plupart des lichens sont le résultat d’une association symbiotique de trois partenaires : un champignon ascomycète, une algue et un autre champignon, cette fois-ci un basidiomycète, plus proche des levures que de la lépiote ou le mousseron (!). Le dogme de la dualité des lichens est donc maintenant relégué dans l’oubliette des erreurs scientifiques. Pour prouver qu’il en est ainsi les biologistes se sont intéressé à deux lichens particuliers (voir l’illustration tirée de l’article scientifique, lien en fin de billet), un Bryoria fremontii et son très proche cousin Bryoria tortuosa. L’un de ces lichens est brun et l’autre jaune et ce qui les différencie, disons macroscopiquement, est la présence d’acide vulpinique de couleur jaune intense chez l’un et pas chez l’autre.

Ils ont alors analysé ce qui se passait au niveau de l’expression des gènes en temps réel et se sont aperçu que quelque chose ne collait pas. Alors que ces deux lichens sont très proches génétiquement il apparut que des gènes n’appartenant ni à l’un ni à l’autre du partenariat, ascomycète ou algue, de ces lichens étaient exprimés et la recherche dans les bases de données indiqua qu’il s’agissait de gènes retrouvés dans l’ADN des champignons basidiomycètes.

Cette observation n’était pas satisfaisante et il fallut alors mettre au point une technique de révélation par fluorescence de l’éventuelle présence de ce troisième partenaire symbiotique. Cette approche fut réalisée avec succès avec l’élaboration d’une technique très puissante de reconnaissance d’une variété particulière d’ARN associée aux ribosomes. C’est un peu compliqué mais la très haute spécificité de cette approche appelée FISH (en français poisson), acronyme de « Fluorescence In Situ Hybridization », a bien révélé la présence d’un troisième partenaire, une levure de la famille des Cyphobasidium capable de synthétiser l’acide vulpinique. Et ce qui est tout à fait remarquable dans cette découverte est que le troisième symbiote est bénéfique pour le lichen puisque cet acide vulpinique est toxique et sa couleur jaune intense prévient les éventuels brouteurs de lichen comme les rennes qu’il leur faut se méfier, en quelque sorte une protection du lichen grâce à ce troisième partenaire.

Ces travaux ont donc remis en cause le dogme du lichen et il est vraisemblable que bien d’autres lichens sont des associations tripartites.

Pour l’anecdote les lichens se sont adapté à tous les biotopes, sont présents sur toute la planète et certains d’entre eux sont considérés comme les créatures vivantes les plus vieilles, peut-être plusieurs dizaines de milliers d’années. Certains lichens prospèrent d’une petite fraction de millimètre chaque dix années dans les îles proches de l’Antarctique. Cet article d’un grand intérêt montre encore une fois que la science évolue et que les dogmes et autres idées préconçues finissent par être démontés point par point mais quand les politiciens se mèlent de science, la situation est toute autre … Je pense au dogme du réchauffement climatique.

Source et illustration : Science (2016), vol. 353, numéro 6298, pp 488-492 aimablement communiqué par le Dr Spribille qui est chaleureusement remercié ici. Et aussi :

https://jacqueshenry.wordpress.com/2016/06/27/le-dogme-un-gene-une-proteine-remis-en-question/