Domaine archaea

Illustration Archaeas

Qu'est-ce que le domaine archaea?

Il Domaine archaea O Archaea Royaume représente l'un des trois domaines de la vie. Il est composé d'organismes unicellulaires microscopiques très similaires et en même temps très différent des bactéries et des eucaryotes dans de nombreux aspects.

L'existence de ce groupe a été démontrée récemment, plus ou moins à la fin de 1970, également appelée archéobactérie.

Les études de Woee et des collaborateurs étaient basées sur des analyses phylogénétiques comparatives entre les séquences d'ARN ribosomales de tous les êtres vivants, et la notion des trois domaines est maintenue, malgré l'immense quantité de séquences qui continuent d'être ajoutées aux catalogues d'ARN ribosomique (bases de données).

Ces études ont réussi à apercevoir la possibilité que les arches soient un groupe de frère des eucaryotes, malgré leurs similitudes avec leurs procaryotes (bactéries), afin qu'ils puissent représenter le "lien perdu" entre les procaryotes et les eucaryotes.

On pense que ces micro-organismes représentent plus de 20% de tous les procaryotes existants dans les eaux océaniques, entre 1 et 5% dans les sols, et le groupe le plus dominant dans les sédiments marins et les habitats géothermiques.

Les arches sont caractérisées par l'habitant dans des conditions «extrêmes» telles que les sources chaudes, les salinas, les environnements à températures très élevées et un pH très acide, des sites inhospitaliers où la concentration en oxygène est très réduite ou nul, etc.

Origine évolutive et RElacies phylogénétiques

Il y a trois théories sur l'origine possible des trois domaines de la vie proposés par Woese et collaborateurs:

1. Les bactéries ont d'abord divergé, formant une lignée qui a produit des arches et des eucaryotes
2. Une lignée «proto-eucariotique» a divergé d'une lignée complètement probotique (celle des bactéries et des arches)
3. Les arches ont divergé une lignée qui a ensuite donné naissance aux eucaryotes et aux bactéries

En 1989, deux chercheurs, Gogarten et Iwabe, ont proposé indépendamment un moyen d'analyser phylogénétiquement tous les organismes vivants (une chose impossible à faire à partir des études de séquences de gènes uniques).

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

Les facteurs d'allongement sont des protéines de liaison GTP qui participent à la traduction, en particulier dans l'union des molécules d'ARN de transfert amiacilées en ribosomes et dans la translocation du transfert peptidil.

Selon les résultats des comparaisons entre les séquences des trois groupes, les gènes qui codent pour les facteurs d'allongement dans les arches sont plus similaires à ceux des organismes eucaryotes que ceux des bactéries.

L'arbre de la vie

Gogarten, en revanche, a comparé les séquences d'autres gènes produits par des événements de duplication, en particulier ceux qui codent pour les sous-unités de type V et de type F de l'enzyme ATPase qui se trouvent dans les arcs / eucaryotes et dans les bactéries, respectivement.

Les résultats obtenus par Gogarten, comme ceux indiqués ci-dessus, montrent que ces gènes dans les arches (qui auraient émergé des événements de duplication génétique) sont plus étroitement liés aux eucaryotes qu'avec leurs homologues bactériens.

Ces arguments ont également été soutenus par l'analyse menée par d'autres chercheurs plusieurs années plus tard, qui a utilisé des séquences d'une autre famille de gènes en double, celle du transfert de l'amioacil synthésase, renforçant la conception de la «proximité» entre les arches et les eucaryotes.

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L'arbre woese

Arbre de vie de Woese

Woese a utilisé les analyses effectuées par Gogarten et Iwabe et d'autres études liées aux séquences d'ARN ribosomales pour proposer sa «version» de l'arbre de vie, où il est évident que les arches et les eucaryotes constituent même des groupes de «frères», séparés des bactéries même Bien que les séquences d'ARN ribosomal entre les arcs et les bactéries soient plus similaires les unes aux autres.

Caractéristiques du domaine Archaea

Les arches sont connues pour certaines caractéristiques très particulières (propres) et également pour présenter des «combinaisons» de caractéristiques qui étaient autrefois exclusives pour les bactéries ou pour les organismes eucaryotes.

- Comme les bactéries, les arches Ce sont des agences procaryotes, Autrement dit, à l'intérieur du matériau génétique n'est pas verrouillé par une membrane (ils n'ont pas de noyau) et il n'y a pas d'organiques membraneuses cytoplasmiques.

- Ce sont généralement des micro-organismes similaires à ceux des bactéries, leur ADN est sous la forme d'un Chromosome circulaire et quelques fragments circulaires plus petits appelés Plasmides.

- Ils partagent avec les bactéries la présence de Enzymes topoisomérase et tournées similaire, ce qui représente une preuve «indirecte» de la «proximité» en termes de structure chromosomique des deux groupes d'organismes.

- Cependant, les gènes Archaeas montrent un grand Homologie avec de nombreux eucaryotes, Surtout avec ceux dont la découverte dérive d'études avec des antibiotiques.

- La machinerie de réplication, transcription et traduction des eucaryotes et des arches sont très similaires, en particulier en ce qui concerne l'enzyme ADN polymérase.

- Ses gènes codants pour les protéines Ils n'ont pas d'introns (Mais d'autres le font), contrairement aux gènes eucaryotes. De plus, les arches ont des protéines similaires aux histones associées à leur ADN, présentes chez les eucaryotes et absentes dans les bactéries.

- Ils sont caractérisés par la présence de Éther-lipides d'isoprénil dans ses membranes cellulaires, ainsi que par l'absence de lipides acyle-sceller et une synthésase d'acide gras.

- L'une des sous-unités de son enzyme de l'ARN polymérase est divisée et ses ARN messager, ainsi que dans les bactéries, n'ont pas de "capucas" (de l'anglais type) À ses extrémités 5 '.

- Ils ont une gamme très spécifique de sensibilité aux antibiotiques et ont Enzymes de restriction de type II très similaire à ceux décrits pour les bactéries.

- Une autre caractéristique importante a à voir avec le fait qu'une grande partie des arches ont membrane cellulaire, Mais contrairement aux bactéries, ce n'est pas composé de peptidoglycane.

Caractéristiques de ses lipides membranaires

Les lipides de la membrane archéenne diffèrent considérablement de celles trouvées dans les bactéries et les organismes eucaryotes, et cela a été considéré comme une caractéristique différentielle très importante.

La principale différence entre ces molécules amphipatiques (avec une extrémité polaire hydrophile et un apolaire hydrophobe) est que l'union entre la partie du glycérol et les chaînes d'acides gras dans les lipides des arches est par une liaison éther, tandis que dans les bactéries et les eucaryotes eucaryotes est correspond à un lien ester.

Une autre différence importante est que les arches ont des lipides avec des acides gras caractérisés par la présence de chaînes isopréniles hautement ramifiées avec des groupes méthyle, en attendant les eucaryotes et les bactéries ont principalement des acides gras de chaînes non branchées.

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

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Une autre différence en ce qui concerne les lipides membranaires a à voir avec son itinéraire biosynthétique, car certaines enzymes sont également différentes dans les arches.

Par exemple, certaines espèces d'arcs ont une enzyme de Prenil de transfert bifonctionnelle, qui est responsable de la fourniture de précurseurs à la fois pour la synthèse de l'escualéne et pour la synthèse des isaprensoïdes glycériles-lipides. Dans les bactéries et les eucaryotes, ces fonctions sont effectuées par des enzymes distinctes.

Classification des arches

Selon les données des séquences des petites sous-unités des ribosomales des arches, ce groupe a été principalement divisé en deux «bords», qui sont connus sous le nom de bord Crenarchaeota Et le bord Euryarchaeta, dont les membres sont, surtout, des arches cultivées In vitro.

Cependant, de nombreuses arches décrites récemment n'ont pas été cultivées In vitro Et ils ne sont que de manière éloignée des séquences qui ont été isolées des espèces maintenues dans les laboratoires.

Bord Crenarchaeota

Bactéries thermophiles, bord de crénarchaeota

Ce groupe se compose principalement d'espèces d'arches hyperthermophiles et thermacidophiles, c'est-à-dire ces genres d'arcs qui habitent des environnements inhospitaliers avec des conditions thermiques et un pH extrême.

Il est composé d'une seule classe taxonomique, connue sous le nom de Theoprotei, Dans lequel se trouvent les cinq prochaines ordres taxonomiques: Acidiolobales, Désulfurococcique, Fervidicoques, Sulfolobales et Thermoprotéales.

Un exemple de certains genres appartenant à ces classes peut être les genres Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Themoproteus et Theofilum.

Bord Euryarchaeta

Methanosarcina Barkeri Fusaro, Euryarchaota Filo

Les membres de ce groupe ont une gamme écologique légèrement plus large, pouvant trouver des compteurs hyperthermophiles, métenogènes, halophiles et même thermophiles, arches nimidales, réducteur de soufre, oxydades de fer et organrophiles et certains organotrophiles.

Les classes taxonomiques décrites pour les Euriarqueotas sont huit et sont connues Méthanopyri, Méthanocoque, Méthanobactéries, Méthanomycrobie, Archaeglobi, Halobactéries, Thermocoques et Themoplasmata.

De nombreuses arches appartenant à ce groupe sont largement distribuées, étant dans les sols, les sédiments et les eaux marines, ainsi que dans les environnements extrêmes décrits.

Bord Thaumarchaeota

Axinella Polypoids, Thaumarchaeota Filo. Source: Line1, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Ce bord a été défini relativement récemment et très peu d'espèces qui y appartiennent ont été cultivées In vitro, On sait si peu de choses sur ces organismes.

Tous les membres Edge obtiennent leur énergie à partir de l'oxydation de l'ammonium et sont distribués à l'échelle mondiale dans des plans d'eau douce, des sols, des sédiments et des sources chaudes.

Philos Korachaeota, Aigachaeota et Garchaeota

Korachaeota

Certains chercheurs experts dans le domaine, sur la base de l'analyse des séquences génomiques, ont récemment déterminé l'existence de trois bords supplémentaires dans le royaume d'Archaea, bien que les espèces proposées pour ces bords n'étaient pas encore isolées dans un laboratoire.

En général, les membres appartenant à ces bords ont été trouvés sous la surface de nombreux écosystèmes terrestres et marins, mais aussi dans les eaux thermiques et dans les systèmes hydrothermaux en mer profonde.

Nutrition

La majorité des espèces archéennes avec des organismes de Chimiórophos, c'est-à-dire, sont capables d'utiliser des composés inorganiques très réduits pour obtenir l'énergie dont ils ont besoin pour "déplacer" leurs machines métaboliques, en particulier celle qui a à voir avec la respiration.

La «spécificité» par les molécules inorganiques qu'ils utilisent comme substrats pour produire de l'énergie dépend de l'environnement où chaque espèce particulière se développe.

D'autres arches, ainsi que des plantes, des algues, des briophytes et des cyanobactéries, sont capables d'effectuer la photosynthèse, c'est-à-dire qu'elles utilisent et convertissent l'énergie lumineuse des rayons solaires en énergie chimique utile.

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Il a été démontré que certaines arches vivent dans l'estomac (rumen) de certains animaux de ruminants (parmi lesquels se trouvent des vaches, des moutons, des chèvres, etc.), donc ceux-ci sont décrits comme des "arches mutuelles", car elles consomment une partie de la fibre que ces animaux mangent et collaborent avec la digestion de certains de leurs composants.

la reproduction

Tout comme les bactéries, les arches sont des organismes unicellulaires dont la reproduction est exclusivement asexuée. Les principaux mécanismes décrits de l'espèce maintenue In vitro ils sont:

- Fission binaire, où chaque archea est "partie" en deux pour créer deux cellules identiques

- Gémination ou "fragmentation", où les cellules dégagent des "fragments" ou des "parties" d'eux-mêmes qui sont capables de former de nouvelles cellules génétiquement identiques.

Habitat

Les arches ont principalement lié à des environnements «extrêmes», c'est-à-dire les lieux naturels qui imposent de graves restrictions pour le développement normal des êtres vivants, en particulier en termes de température, de pH, de salinité, d'anaérobiose (absence d'oxygène), etc.; Raison pour laquelle votre étude est extrêmement intéressante, car ils ont des adaptations uniques.

Cependant, les techniques les plus récentes d'analyse moléculaire pour l'identification d'espèces de micro-organismes non actifs (isolés et maintenus In vitro Dans un laboratoire), ils ont permis de détecter la présence de l'arc.

Cependant, la plupart des arches qui ont été identifiées dans la nature sont classées en fonction de l'habitat qu'ils occupent, étant des parents dans la littérature les termes "hyperthermophiles", "acidophiles" et "thermacidophiles extrêmes", "halophiles extrêmes" et "métanogènes".

Les environnements occupés par des arches hyperthermophiles sont celles qui se caractérisent par des températures constantes très élevées (bien au-dessus des températures "normales" auxquelles la plupart des êtres vivants sont soumis).

Les environnements où vivent des acidophiles extrêmes, en revanche, sont ceux où le pH est très faible et ceux-ci peuvent également être distingués par des températures élevées (thermacidophiles extrêmes), en attendant les environnements de halophiles extrêmes sont ceux où la concentration des sels est très élevée.

Les arches métanogènes vivent en l'absence d'oxygène ou d'anaérobiose, dans des environnements où d'autres molécules telles que les accepteurs d'électrons dans leur métabolisme peuvent être utilisées et sont capables de produire du méthane comme produit de «déchets» métaboliques.

Exemples d'espèces d'arches

Il existe de nombreuses espèces connues d'arcs, mais ici, seuls certains d'entre eux seront fabriqués.

Ignicoccus hospitalis et Nanoarchaeum equitans

Ignicoccus hospitalis

Toi. Hospitalis Il appartient au genre de Crenarqueotas connu sous le nom d'Ignicoccus et est un organisme Quimiolithotrophique qui utilise l'hydrogène moléculaire comme donneur d'électrons pour la réduction du soufre. Cette espèce a le plus petit génome de toutes les arches décrites in vitro jusqu'à présent.

Toi. Hospitalis Il se comporte comme un "parasite" ou un "symbiote" d'une autre espèce: Nanoarchaeum equitans. Ce dernier n'a pas été cultivé In vitro Et son génome est le plus petit de toutes.

Il habite principalement dans les environnements marins et n'a pas de gènes pour la biosynthèse des lipides, des acides aminés, des nucléotides ou des cofacteurs, donc des preuves expérimentales suggèrent qu'elle obtient ces molécules grâce à son interaction avec Toi. Hospitalis.

AcidiLobus saccharovorans

Il s'agit d'une sorte d'archéa thermacidophile anaérobie, c'est-à-dire qui vit dans des environnements d'oxygène pauvres ou complètement manquants, avec des températures élevées et un pH extrêmement faible. Il a été trouvé pour la première fois dans des corps de sources chaudes terrestres à Kamchatka.

Staphylothermus hellénicus

Cette archea appartient au bord des crénarqueotas, spécifiquement à l'ordre du désulfurococcique. Il s'agit d'une archéa hétérotrophique hyperthermophile (vit dans des environnements très chauds) et nécessite du soufre pour obtenir de l'énergie.