3 – Des protocellules aux procaryotes (bactéries et archées).

Des chercheurs de l’université d’Innsbruck en Autriche ont découvert que dans certains cas, l’ADN bactérien se composait de virus intégrés. Plus de 30.000 virus ont été découverts cachés dans l’ADN de bactéries

C’est une découverte peu commune qu’ont faite plusieurs chercheurs de l’Université d’Innsbruck (Autriche). Les docteurs Christopher Bellas et Marie-Sophie Plakolb ainsi que le professeur Ruben Sommaruga, du département d’écologie de l’université, ont trouvé de l’ADN de plus de 30.000 virus dans les génomes des microbes.

Or, un ADN « caché » pourrait permettre la reproduction de virus complets et fonctionnels dans la cellule hôte. « Nous avons été très surpris par le nombre de virus que nous avons trouvé grâce à cette analyse, » explique le docteur Christopher Bellas dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Si on considère que les bactéries sont issues de l’association de virus, il n’est pas étonnant de retrouver leur ADN dans le génome des bactéries. Les bactéries peuvent générer ces virus en cas de besoin. Elles peuvent aussi échanger ces morceaux d’ADN entre elles.

Les auteurs de ces recherches expliquent même que dans certains cas, « jusqu’à 10 % de l’ADN d’un microbe s’est avéré être des virus cachés. Ces virus retrouvés ne sont pas dangereux pour celui à qui ils appartiennent, au contraire, ils pourraient même le protéger selon les scientifiques. N’oublions pas que nous ne connaissons qu’une très faible partie du monde des virus, ce pourcentage de 10% me semble faiblement représenté la réalité.

Chez les humains, les bactéries sont continuellement habitées par des virus. Et certains sont d’ailleurs présents tout le temps dans notre organisme. D’autres se cachent plus profondément, c’est là qu’ils deviennent une partie de l’ADN.

Ainsi, il est dévoilé dans cette étude que de nombreux organismes unicellulaires sont remplis de virus. On les trouve partout et ils peuvent être des algues, des amibes ou encore des parasites humains. Pourquoi sont-ils aussi présents dans les génomes de microbes ? Parce qu’ils en sont les constituants.

À l’origine, les scientifiques de ce projet analysaient des virus retrouvés dans l’eau du Gossenköllesee (Tyrol) en 2021. Ils voulaient trouver l’origine des nouveaux virus de type Polinton, mais ne savaient pas quels organismes pouvaient habituellement contenir ces virus. D’où leur étude à très grande échelle qui regroupe aujourd’hui des séquences d’ADN de plusieurs centaines de Go.

C’est avec leur technologie de pointe qu’ils ont pu trouver les séquences de virus, minuscules en comparaison de leur ensemble de données. Grâce à l’outil « Leo », ils ont pu analyser rapidement ces données et sont parvenus à ces résultats. 

Il semble tout à fait pertinent de dire que l’association des protocellules ou progénotes ou virus, ait donné naissance à de nouvelles entités, les cellules procaryotes. Ce sont les bactéries et les archées.

D’après des estimations sérieuses, nous hébergeons dans et sur notre corps, 100 000 milliards de microbes, dont entre 500 et 2000 espèces de bactéries. Toutefois ce ne sont pas des intrus. Nous évoluons avec ces microbes depuis des millions d’années et aujourd’hui, sans eux, nous serions incapables de digérer sainement notre nourriture, de résister aux maladies ou d’éviter des troubles chroniques allant du diabète au cancer.

On accorde maintenant une grande importance au microbiome. D’une part, les bactéries qui le composent, représentent quelque 90% du nombre total de cellules dans notre corps. D’autre part, l’ADN bactérien a mis des milliards d’années pour composer l’ADN humain. On estime que 90% des informations génétiques qui se trouvent en nous sont d’origine bactérienne : nos premiers ancêtres sont des microbes et ils sont toujours présents dans notre structure cellulaire. Je pense personnellement que c’est plutôt 100%.

Importance des bactéries pour la vie.

Tous les organismes dépendent pour survivre des bactéries fixatrices d’azote. Sans cette extraction directe de l’azote de l’air, la vie terrestre aurait disparu depuis fort longtemps par manque d’azote. Heureusement, les organismes qui fixent l’azote le restituent aux organismes vivants. Les fixateurs d’azote sont des bactéries comme les clostridies et d’autres.

Des bactéries, les désulfovibrio, synthétisaient une molécule à structure cyclique appelée porphyrine, qui transportait des électrons et fabriquait de l’ATP au passage. Cette capacité à fabriquer la porphyrine a été conservée et utilisée pendant toute l’évolution. Des molécules apparentées à la porphyrine, d’un rouge vif, circulent aujourd’hui dans notre sang où elles transportent l’oxygène vers les cellules.

Le développement de la photosynthèse est sans aucun doute l’innovation métabolique la plus importante de l’histoire de la vie sur la Terre. La photosynthèse n’a pas été inventée par les plantes, mais par des bactéries.

Je laisse la parole à Lynn Margulis pour expliquer l’importance des bactéries: (extraits de son livre Microcosmos)

 « Chez les bactéries d’aujourd’hui, des fragments d’ADN sont échangés entre différentes souches de bactéries. Bien que l’échange le plus facile soit avec des bactéries qui ont des métabolismes semblables, n’importe quelle souche peut recevoir des gènes de n’importe quelle autre souche. Ce mécanisme permet à l’information génétique de se propager dans le microcosme très facilement et très rapidement. Par l’échange de gènes, les populations de bactéries sont informées de leur rôle dans leur environnement spécifique. Chaque bactérie transmet son héritage génétique. »

« Dans le microcosme, la facilité des échanges génétiques a des conséquences surprenantes. Si toutes les souches de bactéries peuvent mettre en commun tous leurs gènes, il n’existe pas de véritables espèces dans le monde des bactéries. Les bactéries forment un organisme unique, une entité capable de génie génétique à l’échelle de la planète. »

« Du fait de son petit nombre de gènes, une bactérie a un métabolisme incomplet et doit donc nécessairement vivre en équipe. Dans la nature, une bactérie ne fonctionne jamais comme un individu isolé. Au contraire, dans n’importe quelle niche écologique, des équipes composées de différentes souches de bactéries vivent ensemble, répondent ensemble aux changements de l’environnement, remodèlent celui-ci en s’aidant mutuellement grâce à des enzymes complémentaires. »

« Les tâches accomplies par les bactéries réalisent un véritable remodelage de la planète entière. Elles empêchent toute la matière qui a été vivante de devenir de la poussière. Elles nous transforment en nourriture et en énergie pour les autres. Elles maintiennent le cycle des éléments organiques et inorganiques de la biosphère. Elles purifient les eaux de la Terre et fertilisent les sols. »

« C’est seulement aujourd’hui que nous commençons à comprendre que les bactéries sont normales et nécessaires au corps humain et que la santé ne consiste pas à détruire les micro-organismes mais à restaurer les communautés microbiennes et leur donner un environnement favorable à leur fonctionnement. »

« Les systèmes d’information humains commencent à peine à s’approcher, par leur étendue, de ceux des bactéries, qui échangent des bits d’information comme un réseau d’ordinateurs doté d’une mémoire alimentée au cours de milliards d’années de fonctionnement continu. A mesure que nous abandonnons un point de vue purement médical sur les microbes, nous les considérons comme nos ancêtres, nos ainés planétaires : nos sentiments changent également, et passent de la peur et de la répugnance au respect et à la fascination. Les bactéries ont inventé la fermentation, la roue – le moteur rotatif protonique – , la respiration sulfurée, la photosynthèse, la fixation de l’azote, bien longtemps avant l’apparition de l’humanité. Elles se comportent non seulement comme des êtres hautement socialisés, mais aussi comme une sorte de démocratie mondiale décentralisée. »

« On considère les bactéries et virus comme des parasites. Nos besoins nutritionnels compliqués nous rendent terriblement dépendants des plantes et des microbes qui nous fournissent ce que nous ne pouvons pas fabriquer nous-mêmes. Nous sommes, en vérité les parasites du microcosme. »

« Il y a environ deux milliards d’années, l’augmentation de l’oxygène dans l’atmosphère a déclenché une crise à l’échelle planétaire. La teneur en oxygène passa de 0,0001 à 21%. De nombreuses espèces de microbes disparurent. Ces morts multiples et l’échange accéléré de gènes, ce qui est caractéristique des bactéries exposées à des toxines, conduisirent à une réorganisation du superorganisme que nous appelons le microcosme et aboutirent à l’invention de nombreux mécanismes de protection qui furent diffusés dans tout le microcosme. »

« Mais l’adaptation ne s’arrêta pas là. Les cyanobactéries inventèrent la respiration aérobie qui constitue un moyen très ingénieux et très efficace de canaliser et d’exploiter la réactivité élevée de l’oxygène. Elle consiste en une combustion contrôlée qui casse les molécules organiques puis rejette du dioxyde de carbone et de l’eau en dégageant une grande quantité d’énergie. Alors que la fermentation produit deux molécules d’ATP par molécule de sucre décomposé, la respiration aérobie de la même molécule de sucre produit jusqu’à 36 molécules d’ATP. Le microcosme, pressé par l’environnement – probablement pas jusqu’à son point de rupture, mais tout de même à un niveau de stress intense – ,a fait mieux que s’adapter : il a élaboré une dynamo à oxygène qui a transformer pour toujours la vie et son habitat terrestre. »

« Les cyanobactéries disposaient maintenant d’une part de la photosynthèse qui produisait de l’oxygène, d’autre part de la respiration qui en consommait. Elles avaient trouvé leur place au Soleil. »

« La stabilisation de la teneur en oxygène atmosphérique autour de 21% semble résulter d’un consensus tacite entre l’ensemble des êtres vivants, intervenu il y a des millions d’années ; le contrat est toujours respecté aujourd’hui. Si le pourcentage d’oxygène était supérieur de quelques pour cent, même les êtres vivants s’enflammeraient spontanément. S’il diminuait un tout petit peu, les organismes aérobies commenceraient à s’asphyxier. »

« Les microbes ont réussi ce qu’aucun organisme gouvernemental, aucune bureaucratie ne serait capable de faire aujourd’hui. Les bactéries, tout en croissant, mutant, s’échangeant des gènes, certains en produisant, d’autres en absorbant de l’oxygène, ont maintenu l’équilibre atmosphérique de toute une planète. »

Notre phobie des virus et bactéries est totalement injustifiée. Notre obstination à vouloir les détruire a de graves conséquences sur notre santé et sur notre belle planète Terre comme nous le verrons plus loin.

Nos connaissances concernant les bactéries sont limitées du fait des moyens dont nous disposons pour les observer.

Afin d’étudier les bactéries, les scientifiques ont réussi à les mettre en culture dans des boîtes de Pétri et à les faire se multiplier. Ces études présentent des limites : les bactéries sont dans un milieu artificiel et sachant qu’elles sont les championnes de l’adaptation, c’est peut-être une bactérie modifiée que l’on observe. Une autre limite est le fait que très peu d’espèces de bactéries peuvent être mises en culture.

Les bactéries de même espèces ou d’espèces différentes, s’échangent elles aussi, comme les progénotes, des morceaux de codes génétiques et peuvent donc changer rapidement en fonction de l’environnement.

Les bactéries peuvent vivre en communauté formant ce que l’on appelle des biofilms, que l’on trouve sur nos dents, sur les murs des maisons, mais aussi sur nos prothèses ou dans une vieille cannette de soda oubliée.

Notre planète est peuplée de groupes de microbes dépendants ou interdépendants, en raison de pertes de gènes codant des fonctions qui se compensent. Ces interactions obligatoires expliquent pourquoi on ne parvient pas à cultiver la majorité des bactéries sous forme de culture pure. Les bactéries vivent au sein de collectifs.

Il faut bien se rendre compte que la majorité du monde bactérien  comme du monde viral, nous est totalement inconnue.

Les bactéries et les archées colonisent la terre entière. Ils interagissent sans cesse, s’échangent des virus. Les procaryotes vont alors inventer une nouvelle forme de fonctionnement pour assurer leur survie : la cellule eucaryote ou cellule à noyau. Cette nouvelle forme cellulaire va permettre l’apparition des cellules végétales et animales. La vie peut alors se diversifier et multiplier les formes vivantes jusqu’à l’apparition de l’être humain.

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