Identification d'une profondeur

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4354 (2023) Citer cet article

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Il a été proposé que les premières bactéries, voire le dernier ancêtre commun universel de toutes les cellules, étaient thermophiles. Cependant, les recherches sur l’origine et l’évolution de la thermophile sont entravées par les difficultés liées à l’isolement de micro-organismes thermophiles profondément ramifiés en culture pure. Ici, nous isolons une bactérie thermophile à ramification profonde provenant d’une source hydrothermale en eaux profondes, en utilisant une stratégie de culture en deux étapes (« Soustraction-Suboptimal », StS) conçue pour isoler des organismes rares. La bactérie, que nous nommons Zhurongbacter thermophilus 3DAC, est un hétérotrophe réducteur de soufre qui est phylogénétiquement apparenté à Coprothermobacterota et à d'autres groupes bactériens thermophiles, formant un clade qui semble représenter une lignée bactérienne majeure et à divergence précoce. L'ancêtre de ce clade pourrait être une bactérie thermophile, strictement anaérobie, mobile, dépendante de l'hydrogène et mixotrophe. Ainsi, notre étude donne un aperçu de l’évolution précoce des bactéries thermophiles.

Les organismes dont les températures optimales de croissance sont supérieures à 45 °C sont appelés thermophiles1,2. Ces thermophiles sont omniprésents dans les environnements naturels ou artificiels à haute température, tels que les sites volcaniques terrestres, les sources chaudes, les systèmes hydrothermaux sous-marins, les fonds sous-marins profonds, les réservoirs de pétrole, les sols de surface chauffés par le soleil et les incubateurs industriels3,4,5,6,7, 8. Certains thermophiles peuvent également vivre dans des conditions alcalines, acides ou à forte salinité, ce qui met en évidence leur capacité à tolérer plusieurs facteurs de stress9,10. Ces soi-disant « environnements extrêmes » sont généralement considérés comme des analogues des conditions existant sur la Terre primitive lorsque la vie est apparue à la fin de l’Hadéen ou au début de l’Archéen11,12, et de multiples études expérimentales13,14 et preuves géologiques15 ont soutenu l’origine précoce des thermophiles.

Les bactéries thermophiles peuvent être trouvées dans un large éventail de phylums bactériens, mais seuls quelques phylums contiennent presque exclusivement des bactéries thermophiles, à savoir Aquificota, Dictyoglomota, Coprothermobacterota, Thermotogota et Thermodesulfobiota. Bien qu'il ait été suggéré que la thermophile pourrait représenter une caractéristique ancestrale des bactéries ou même de la vie16,17,18,19,20, d'autres hypothèses ont avancé une origine non thermophile des bactéries et placé des lignées bactériennes telles que Chloroflexota ou le Candidate Phyla Radiation (CPR) près de la racine de l'arbre phylogénomique bactérien21,22,23. Une étude récente utilisant une approche de réconciliation d'arbres génétiques et d'espèces sans groupes externes a rejeté les racines bactériennes prédites précédemment et a placé une nouvelle racine robuste entre deux branches bactériennes majeures, à savoir Gracilicutes et Terrabacteria, même avec des incertitudes quant à la position phylogénétique de la lignée Fusobacteriota. . Néanmoins, on ne sait pas exactement quand les bactéries thermophiles sont apparues et comment leur métabolisme a évolué.

Le potentiel métabolique prévu du dernier ancêtre bactérien commun (LBCA) ou des premières lignées bactériennes divergentes peut faire la lumière sur les premiers environnements terrestres et les premiers écosystèmes20,25,26,27,28. Pour les bactéries thermophiles, plusieurs études antérieures portant sur différentes lignées telles que Thermotogota29, Aquificota30 et Coprothermobacterota31 ont révélé une histoire évolutive complexe avec une forte proportion de gènes transférés horizontalement à partir d'autres procaryotes. Cependant, il manque encore une étude évolutive basée sur des analyses génomiques comparatives complètes des principaux clades bactériens thermophiles. Même si les analyses métagénomiques sans culture ont considérablement élargi nos connaissances sur la diversité bactérienne32,33, la recherche sur les bactéries thermophiles nécessite toujours que des souches isolées fournissent des preuves directes de leur physiologie, comme une température de croissance optimale pour confirmer leurs caractéristiques thermophiles. Pourtant, il est extrêmement difficile d’obtenir de nouvelles bactéries thermophiles cultivées pures, en particulier pour les clades à ramifications profondes.