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Les extrémophiles sont les organismes les plus connus pour résister aux températures extrêmes, au pH acide, à la salinité et même à la privation de nutriments. Ils ont développé des mécanismes qui leur permettent de survivre dans leur environnement, mais aller au fond de cette résistance nécessite un interrogatoire ciblé et méthodique.

Les extrémophiles résistent aux conditions extrêmes

Dans le Parc National de Yellowstone et d’autres endroits semblables, les extrémophiles vivent dans des milieux comme des sources chaudes acides ou des sols acides thermiques. Dans cet environnement, ils sont exposés, souvent de façon intermittente, à des pH très faibles que l’on retrouve naturellement sur la Terre, et à des températures approchant le point d’ébullition de l’eau.
Pour survivre dans ces conditions qui fluctuent rapidement, ces organismes se protègent au moyen de membranes composées de lipides imbriqués liés à leurs dorsales par de fortes liaisons éther, plutôt que par des liaisons ester que l’on retrouve le plus souvent chez les eucaryotes et les bactéries.
Chez Sulfolobus acidocaldarius, une espèce d’archée qui vit dans des environnements à haute acidité et à haute température et qui sont communs à Yellowstone, les lipides membranaires cellulaires appelés glycérol dialkyl glycérol tétraéther (GDGTs) sont liés à une molécule rare ressemblant à du sucre appelée calditol.

Le calditol responsable de la tolérance à l’acide 

Un groupe de scientifiques a récemment publié des conclusions dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), identifiant comment le calditol est fabriqué dans la cellule et comment il est responsable de la tolérance à l’acide dans ces organismes. Ces travaux aident les scientifiques à mieux comprendre comment la vie a évolué dans des environnements extrêmes.
Roger Sommers, professeur de Géobiologie au département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT et l’un des auteurs de l’étude, attribue les avancées en biologie moléculaire, à la bioinformatique et aux stratégies ciblées de suppression de gènes pour permettre cette découverte.
« L’ère de la génomique a apporté une gamme de nouveaux outils pour faire progresser la recherche sur les biomarqueurs lipidiques », affirme M. Sommers. Paula Welander, une ancienne post-doctorante de l’EAPS et maintenant professeur adjoint au département des sciences du système terrestre à l’Université de Stanford.
« Cette étude est un excellent exemple de la façon dont une approche interdisciplinaire, incluant des physiologistes microbiens et des géochimistes organiques, peut répondre aux questions concernant les biomarqueurs lipidiques », explique M. Welander.
Afin de déterminer le rôle du calditol dans les membranes de Sulfolobus acidocaldarius, les chercheurs ont utilisé des outils de la génomique comparative, de délétion de gènes et l’analyse lipidique pour supprimer une protéine dans la classe des enzymes radicalaires s-andenosylmethionine (SAM) nécessaires à la synthèse du calditol. Lorsqu’ils ont cherché ce qui codait cette protéine dans les génomes archéens producteurs de calditol, ils n’ont trouvé que quelques gènes candidats.

Des mutants pour tester la tolérance à l’acide

Pour tester l’importance de cette protéine pour la tolérance à l’acide, les chercheurs ont créé des mutants – avec les gènes liés aux membranes supprimés – et ont analysé leurs lipides. En soumettant le mutant sans calditol à des conditions très acides, les chercheurs ont pu confirmer la véritable fonction de la composante calditol dans la membrane.
Seuls Sulfolobus, produit naturellement du calditol, et la souche mutante avec le gène radical-SAM restauré ont pu croître après une chute significative du pH.
« Welander et ses collègues ont démontré la présence de gènes de biosynthèse lipidique radical-SAM chez les bactéries. C’est la première fois qu’un gène de biosynthèse lipidique radical-SAM a été identifié clairement chez archaea”, explique Summons. « Le Calditol lié aux lipides membranaires dans ces organismes confère des effets protecteurs importants. »

Un lien direct démontré pour la première fois

« Les chercheurs ont émis l’hypothèse depuis de nombreuses années que la production de calditol fournissait ce type d’effet protecteur, mais cela n’avait pas été démontré directement. Ici ils ont démontré ce lien directement. »
De plus, le fait qu’une protéine radicale-SAM soit impliquée dans la liaison du calditol aux membranes pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre la chimie et l’évolution des lipides membranaires provenant d’une grande variété d’environnements à travers la planète.
“En retour, cela pourrait nous aider à mieux comprendre la biosynthèse d’autres lipides spécifiques à archaea et nous aider à écrire l’histoire évolutive de ces membranes distinctives”, conclut-il.
Source : MIT

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