L'évolution de voies bioénergétiques chez les procaryotes
Des études sur l'évolution moléculaire et des données d'archives géologiques ont révélé que ces voies bioénergétiques ont évolué pendant les premiers milliards d'années de vie sur Terre. Bien que chaque voie ait été étudiée en détail de manière isolée, peu de recherches ont été effectuées pour déterminer comment cette diversité métabolique avait évolué. Ces voies avaient-elles évolué indépendamment les unes des autres ou provenaient-elles toutes d'un mode métabolique ancestral commun? Les voies pré-existantes utilisées avaient-elles évolué en nouvelles voies? Le projet EBIODIP (The emergence of bioenergetic diversity in prokaryotes), financé par l'UE, a testé ces hypothèses en utilisant une analyse phylogénétique et génomique comparative des complexes protéiques de base impliqués dans le métabolisme de l'énergie. La majorité des voies bioénergétiques se basent sur une chaîne de transport d'électrons (ETC, electron transport chain). Cette dernière est constituée de complexes protéiques agissant comme des donneurs et des accepteurs d'électrons, avec un complexe cytochrome central de type bc et des vecteurs d'électrons entre eux et une synthase ATP. Les différents complexes protéiques participant aux différentes ETC ont donc été comparés en utilisant des données provenant de 272 espèces de bactéries et d'archées séquencées complètement. Les chercheurs ont analysé l'évolution moléculaire de la synthase ATP et des complexes cytochromes bc pour déterminer les caractéristiques dérivées d'un ancêtre commun. Les résultats ont montré que les espèces ne se regroupaient pas selon le mode bioénergétique. De plus, différents types b cytochromes auraient de nombreuses lignées des bactéries et archées, formant des groupes distincts dans l'analyse phylogénétique. Cela indique une origine ancestrale pour ce complexe et la diversification de différents types b cytochromes avant la diversification des lignées. De plus, dans certains cas, on retrouve des preuves d'un transfert génétique horizontal prolifique entre les différentes espèces de bactéries et d'archées. EBIODIP a révélé que l'évolution moléculaire des enzymes des ETC. L'étude a également indiqué une flexibilité de certaines parties du système (par exemple, la synthase ATP peut fonctionner indépendamment du type d'ETC), ainsi que le transfert de gènes, comme c'est le cas de cytochromes de type b. Bien qu'il manque encore certains renseignements, EBIODIP a apporté une contribution importante aux questions relatives à la manière dont les voies métaboliques ont évolué dans la vie des procaryotes.
Mots‑clés
Voies bioénergétiques, procaryotes, évolution moléculaire, complexes de protéines, chaîne de transport d'électrons
