DOMAINE DES ARCHÉES: ORIGINE, CARACTÉRISTIQUES, CLASSIFICATION, NUTRITION - LA BIOLOGIE - 2025

Le domaine des archées ou royaume des archées représente l'un des trois domaines de la vie. Il est composé d'organismes procaryotes unicellulaires microscopiques très similaires et en même temps très différents des bactéries et des eucaryotes à bien des égards.

L'existence de ce groupe a été démontrée il y a peu de temps, plus ou moins à la fin des années 1970, par un groupe de chercheurs dirigé par Carl Woese, qui considérait que la vie pouvait être divisée en eucaryotes et deux types d'organismes procaryotes: les bactéries et les archées, également appelées archéobactéries.

Sources chaudes "Morning Glory" dans le parc national de Yellowstone, USA, dont la couleur est donnée par les archées (Source: ZYjacklin via Wikimedia Commons) Les études de Woese et de ses collaborateurs étaient basées sur des analyses phylogénétiques comparatives entre les séquences d'ARN ribosomal de tous les les êtres vivants, et la notion des trois domaines demeure, malgré l'immense quantité de séquences qui continue d'être ajoutée aux catalogues d'ARN ribosomal (bases de données).

Ces études ont réussi à entrevoir la possibilité que les archées soient un groupe frère des eucaryotes, malgré leurs similitudes avec leurs homologues procaryotes (bactéries), c'est pourquoi elles pourraient représenter le «chaînon manquant» entre procaryotes et eucaryotes.

Bien que rares soient ceux qui se consacrent à l'étude des archées et que ce groupe soit assez ignoré par de nombreux étudiants en biologie, on pense que ces microorganismes représentent plus de 20% de tous les procaryotes existant dans les eaux océaniques, entre 1 et 1 5% dans les sols, et le groupe le plus dominant dans les sédiments marins et les habitats géothermiques.

De plus, les archées se caractérisent par le fait de vivre dans des conditions «extrêmes» telles que des sources chaudes, des salines, des environnements à très hautes températures et à pH très acide, des endroits inhospitaliers où la concentration en oxygène est très faible ou nulle, etc.

Ces microorganismes sont d'une grande importance écologique car ils participent à de nombreux cycles biogéochimiques, contribuant par exemple au cycle du carbone, de l'azote et du soufre.

Origine évolutive et relations phylogénétiques

Il existe trois théories sur l'origine possible des trois domaines de la vie proposés par Woese et ses collègues:

1. Les bactéries ont divergé en premier, formant une lignée qui a produit des archées et des eucaryotes.
2. Une lignée «proto-eucaryote» a divergé d'une lignée complètement procaryote (celle des bactéries et des archées)
3. Les archées ont divergé d'une lignée qui a plus tard donné naissance à des eucaryotes et des bactéries

En 1989, deux chercheurs, Gogarten et Iwabe, ont proposé indépendamment un moyen d'analyser phylogénétiquement tous les organismes vivants (ce qui est impossible à faire à partir d'études de séquence d'un seul gène).

Iwabe a utilisé l'analyse des séquences de gènes produites lors d'événements "précoces" de duplication de gènes, "enracinant" l'arbre de vie à partir de la comparaison de la séquence des gènes paralogues qui codent pour les facteurs d'élongation.

Les facteurs d'élongation sont des protéines de liaison au GTP qui participent à la traduction, en particulier à la liaison des molécules d'ARN de transfert amyoacylé aux ribosomes et à la translocation de l'ARN de transfert peptidyle.

D'après les résultats des comparaisons entre les séquences des trois groupes, les gènes codant pour les facteurs d'élongation chez les archées sont plus proches de ceux des organismes eucaryotes que de ceux des bactéries.

L'arbre de vie (Source: File: Collapsed tree labels simplified.png Le téléchargeur original était TimVickers sur Wikipedia anglais. duplication, en particulier de ceux qui codent pour les sous-unités de type V et de type F de l'enzyme ATPase trouvée dans les archées / eucaryotes et les bactéries, respectivement.

Les résultats obtenus par Gogarten, comme ceux notés ci-dessus, démontrent que ces gènes chez les archées (qui proviennent vraisemblablement d'événements de duplication génétique) sont plus étroitement liés aux eucaryotes qu'à leurs homologues bactériens.

Ces arguments ont également été étayés par l'analyse menée par d'autres chercheurs plusieurs années plus tard, qui ont utilisé des séquences d'une autre famille de gènes dupliqués, celle des ARN de transfert aminoacyl synthétases, renforçant la conception de la «proximité» entre archées et eucaryotes.

L'arbre de Woese

L'arbre de vie de Woese

Woese a utilisé les analyses de Gogarten et Iwabe et d'autres études liées aux séquences d'ARN ribosomal pour proposer sa «version» de l'arbre de vie, où il devient clair que les archées et les eucaryotes constituent des groupes «soeurs», séparés des uns. les bactéries même si les séquences d'ARN ribosomal entre les archées et les bactéries sont plus similaires les unes aux autres.

Caractéristiques générales du domaine des archées

Les archées sont connues pour certaines caractéristiques très particulières (les leurs) et aussi pour présenter des «combinaisons» de caractéristiques qui étaient autrefois considérées comme exclusives aux bactéries ou aux organismes eucaryotes.

- Comme les bactéries, les archées sont des organismes procaryotes, c'est-à-dire qu'à l'intérieur du matériel génétique n'est pas enfermé par une membrane (elles n'ont pas de noyau) et qu'il n'y a pas d'organites cytoplasmiques membranaires.

- Généralement, ce sont des microorganismes de taille similaire aux bactéries, leur ADN se présente sous la forme d'un chromosome circulaire et de quelques fragments circulaires plus petits appelés plasmides.

- Ils partagent la présence d'enzymes topoisomérases et gyrases similaires avec des bactéries, ce qui représente une preuve «indirecte» de la «proximité» en termes de structure chromosomique des deux groupes d'organismes.

- Cependant, les gènes des archées présentent une grande homologie avec de nombreux gènes eucaryotes, en particulier ceux dont la découverte découle d'études avec des antibiotiques.

- Les mécanismes de réplication, de transcription et de traduction des eucaryotes et des archées sont très similaires, notamment en ce qui concerne l'enzyme ADN polymérase.

- Leurs gènes codant pour des protéines n'ont pas d'introns (mais d'autres en ont), sinon les gènes eucaryotes. De plus, les archées ont des protéines de type histone associées à leur ADN, présentes chez les eucaryotes et absentes chez les bactéries.

- Ils se caractérisent par la présence d' isoprényléther-lipides dans leurs membranes cellulaires, ainsi que par l'absence de lipides d'acyl-ester et d'un acide gras synthétase.

- L'une des sous-unités de son enzyme ARN polymérase est divisée et ses ARN messagers, comme chez les bactéries, n'ont pas de «hottes» (de l'anglais cap) à leurs extrémités 5 '.

- Ils ont une gamme très spécifique de sensibilité aux antibiotiques et possèdent des enzymes de restriction de type II très similaires à celles qui ont été décrites pour les bactéries.

- Une autre caractéristique importante tient au fait qu'une grande partie des archées ont une paroi cellulaire, mais contrairement aux bactéries, celle-ci n'est pas composée de peptidoglycane.

Caractéristiques de ses lipides membranaires

Les lipides membranaires des archées diffèrent considérablement de ceux trouvés dans les bactéries et les organismes eucaryotes, ce qui a été considéré comme une caractéristique différentielle très importante.

La principale différence entre ces molécules amphipathiques (avec une extrémité polaire hydrophile et une extrémité apolaire hydrophobe) est que la liaison entre la partie glycérol et les chaînes d'acides gras dans les lipides des archées se fait par une liaison éther, tandis que dans le les bactéries et les eucaryotes correspondent à une liaison ester.

Une autre différence importante est que les archées ont des lipides avec des acides gras caractérisés par la présence de chaînes isoprényliques hautement ramifiées avec des groupes méthyle, tandis que les eucaryotes et les bactéries ont principalement des acides gras à chaîne non ramifiés.

Les lipides des eucaryotes et des bactéries sont "construits" sur un squelette glycérol sur lequel les chaînes d'acides gras sont estérifiées aux positions correspondant aux atomes de carbone 1 et 2, mais dans les archées, les éthers de glycérol contiennent des acides gras en positions 2 et 3.

Une autre différence en ce qui concerne les lipides membranaires concerne leur voie de biosynthèse, car certaines enzymes sont également différentes chez les archées.

Par exemple, certaines espèces d'archées possèdent une enzyme prényltransférase bifonctionnelle, qui est chargée de fournir les précurseurs à la fois pour la synthèse du squalène et pour la synthèse des isoprénoïdes glycéryl-lipidiques. Chez les bactéries et les eucaryotes, ces fonctions sont assurées par des enzymes séparées.

Classification des archées

Selon les données des séquences des petites sous-unités des ARN ribosomaux des archées, ce groupe a été divisé principalement en deux "phyla", qui sont connus sous le nom de phylum Crenarchaeota et le phylum Euryarchaeota, dont les membres sont, ci-dessus tous, archées cultivées in vitro.

Cependant, bon nombre des archées récemment décrites n'ont pas été cultivées in vitro et ne sont que de loin apparentées à des séquences qui ont été isolées à partir d'espèces maintenues dans des laboratoires.

Phylum Crenarchaeota

Ce groupe est formé principalement d'espèces d'archaées hyperthermophiles et thermoacidophiles, c'est-à-dire ces genres d'archaea qui habitent des environnements inhospitaliers avec des conditions thermiques et de pH extrêmes.

Il est composé d'une seule classe taxinomique, connue sous le nom de Thermoprotei, dans laquelle se trouvent les cinq ordres taxonomiques suivants: Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales et Thermoproteales.

Des exemples de certains des genres appartenant à ces classes peuvent être les genres Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Thermoproteus et Thermofilum.

Phylum Euryarchaeota

Les membres de ce groupe ont une gamme écologique un peu plus large, pouvant y trouver des espèces méthanogènes hyperthermophiles, méthanogènes, halophiles et même thermophiles, des archées dénitrifiantes, des réducteurs de soufre, des oxydants du fer et des organotrophes.

Les classes taxonomiques décrites pour les Euriarcheotes sont huit et sont connues sous le nom de Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci et Thermoplasmata.

De nombreuses archées appartenant à ce groupe sont largement réparties, trouvées dans les sols, les sédiments et les eaux marines, ainsi que dans les environnements extrêmes décrits.

Phylum Thaumarchaeota

Ce phylum a été défini relativement récemment et très peu d'espèces lui appartenant ont été cultivées in vitro, si bien que l'on en sait peu sur ces organismes.

Tous les membres de la pointe tirent leur énergie de l'oxydation de l'ammoniac et se répartissent globalement dans les plans d'eau douce, les sols, les sédiments et les eaux thermales.

Phyla Korarchaeota , Aigarchaeota et Goarchaeota

Certains chercheurs du métier, basés sur l'analyse de séquences génomiques, ont récemment déterminé l'existence de trois phylums supplémentaires dans le royaume des archées, bien que les espèces proposées pour ces phylums n'aient pas encore été isolées en laboratoire.

En général, des membres de ces phylums ont été trouvés sous la surface de nombreux écosystèmes terrestres et marins, mais aussi dans les sources chaudes et les systèmes hydrothermaux des grands fonds.

Nutrition

La plupart des espèces d’archées avec des organismes chimiotrophes, c’est-à-dire qu’elles sont capables d’utiliser des composés inorganiques hautement réduits pour obtenir l’énergie dont elles ont besoin pour «déplacer» leur machinerie métabolique, en particulier celle qui a trait à la respiration.

La "spécificité" des molécules inorganiques qu'elles utilisent comme substrats pour produire de l'énergie dépend de l'environnement dans lequel chaque espèce particulière se développe.

D'autres archées, ainsi que des plantes, des algues, des bryophytes et des cyanobactéries, sont capables de photosynthèse, c'est-à-dire qu'elles utilisent et convertissent l'énergie lumineuse des rayons du soleil en énergie chimique utilisable.

Il a été démontré que certaines archées habitent l'estomac (rumen) de certains animaux ruminants (parmi lesquels les vaches, les moutons, les chèvres, etc.), c'est pourquoi ils sont classés comme «archées mutualistes», car ils consomment partie de la fibre que ces animaux ingèrent et collaborent à la digestion de certains de ses composants.

la reproduction

Comme les bactéries, les archées sont des organismes unicellulaires dont la reproduction est exclusivement asexuée. Les principaux mécanismes décrits à partir des espèces maintenues in vitro sont:

- Fission binaire, où chaque arc est "divisé" en deux pour créer deux cellules identiques

- Bourgeonnement ou «fragmentation», où les cellules perdent des «fragments» ou des «portions» d'elles-mêmes qui sont capables de former de nouvelles cellules génétiquement identiques.

Habitat

Les archées ont été principalement liées à des environnements «extrêmes», c'est-à-dire à ces lieux naturels qui imposent de sérieuses restrictions au développement normal des êtres vivants, notamment en termes de température, pH, salinité, anaérobiose (absence d'oxygène), etc.; c'est pourquoi leur étude est extrêmement intéressante, car ils ont des adaptations uniques.

Cependant, les techniques d'analyse moléculaire les plus récentes pour l'identification d'espèces de microorganismes non cultivées (isolées et conservées in vitro en laboratoire) ont permis de détecter la présence des archées dans des environnements quotidiens tels que le sol, le rumen de certains animaux, eaux océaniques et lacs, entre autres.

Cependant, la plupart des archées identifiées dans la nature sont classées en fonction de l'habitat qu'elles occupent, les termes «hyperthermophiles», «acidophiles» et «thermoacidophiles extrêmes», «halophiles extrêmes» sont familiers dans la littérature. et "méthanogènes".

Les milieux occupés par les archées hyperthermophiles sont ceux caractérisés par des températures constantes très élevées (bien au-dessus des températures «normales» auxquelles la plupart des êtres vivants sont soumis).

Les environnements où vivent les acidophiles extrêmes, en revanche, sont ceux où le pH est très bas et ceux-ci peuvent également se distinguer par des températures élevées (thermoacidophiles extrêmes), tandis que les environnements des halophiles extrêmes sont ceux où la concentration en sels est très élevée..

Les archées méthanogènes vivent en l'absence d'oxygène ou d'anaérobiose, dans des environnements où elles peuvent utiliser d'autres molécules comme accepteurs d'électrons dans leur métabolisme et sont capables de produire du méthane comme un «déchet» métabolique.

Exemples d'espèces d'archées

Il existe de nombreuses espèces connues d'archées, mais seules quelques-unes d'entre elles seront mentionnées ici.

Ignicoccus hospitalis et Nanoarchaeum equitans

I. hospitalis appartient au genre des crenarqueotes connu sous le nom d'Ignicoccus et est un organisme chimiololithoautotrophe qui utilise l'hydrogène moléculaire comme donneur d'électrons pour la réduction du soufre. Cette espèce possède le plus petit génome de toutes les archées décrites in vitro à ce jour.

I. hospitalis se comporte comme un "parasite" ou "symbiote" d'une autre espèce: Nanoarchaeum equitans. Cette dernière n'a pas été cultivée in vitro et son génome est le plus petit de toutes les archées non cultivées qui ont été décrites.

Il vit principalement dans des environnements marins et ne possède pas de gènes pour la biosynthèse des lipides, des acides aminés, des nucléotides ou des cofacteurs, donc des preuves expérimentales suggèrent qu'il obtient ces molécules grâce à son interaction avec I. hospitalis.

Acidilobus saccharovorans

Il s'agit d'une espèce d'archaea anaérobie thermoacidophile, c'est-à-dire qu'elle vit dans des environnements pauvres ou complètement dépourvus d'oxygène, avec des températures élevées et un pH extrêmement bas. Il a été découvert pour la première fois dans des corps de sources chaudes terrestres au Kamtchatka.

Staphylothermus hellenicus

Cette archa appartient au bord des Crenarqueotas, spécifiquement à l'ordre des Desulfurococcales. C'est une archée hétérotrophe hyperthermophile (elle vit dans des environnements très chauds) et nécessite du soufre pour l'énergie.

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