Archaea
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| Halobacterium sp. souche NRC-1, chaque
cellule presque 5 μm en longueur. |
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| Classification classique | |||||||||
| Règne | Archaea | ||||||||
| Taxons de rang inférieur | |||||||||
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Les Archées ou Archaea (anciennement archéobactéries, du grec archaios, « ancien » et backterion, « bâton ») sont un groupe majeur de procaryotes. Elles constituent un taxon du vivant caractérisé par des cellules sans noyau et se distinguant des eubactéries par certains caractères biochimiques, comme la constitution de la membrane cellulaire ou le mécanisme de réplication de l'ADN.
Avant les travaux de phylogénie, les Archaea, qui étaient encore appelées archéobactéries, faisaient partie du règne des monères dans la classification à cinq Règnes du vivant. Les analyses plus détaillées ont montré que les archées étaient aussi différentes des Bactéries que celles-ci le sont des Eucaryotes : ces travaux aboutirent à la classification du vivant en trois domaines.
Les Archaea sont extrêmement diversifiées. Certaines sont connues pour leur capacité à vivre dans des conditions extrêmes et occupent des niches écologiques qu'elles sont souvent seules à occuper (pH proche de 0, température supérieure à 100°C, salinité élevée par exemple), mais il existe beaucoup d’Archées vivant dans des biotopes plus courants et très variés comme le sol, les lacs, la mer ou l’intestin des animaux. Elles contribueraient jusqu'à 20% du total de la biomasse [1].
Sommaire |
[modifier] Histoire de la découverte des Archaea
Les Archaea ont été identifiées en 1977 grâce aux travaux de biologie moléculaire de Carl Woese (professeur à l'Université de l'Illinois à Urbana aux États-Unis) et George Fox. En étudiant les séquences de l’ARN ribosomal 16S, ils ont séparé les Archaea des autres Procaryotes [2]. Ces deux groupes étaient dénommés à l’origine Archaéobacteria et Eubacteria. Ces groupes ont ensuite été renommés Archaea et Bacteria pour insister sur le fait qu’ils composent avec les eucaryotes trois domaines bien distincts du vivant[3].
[modifier] Diversité des Archaea, Habitat
[modifier] Caractéristiques cellulaires
Les Archaea sont très diverses, aussi bien d'un point de vue morphologique que physiologique. Ce sont des êtres unicellulaires avec une taille variant entre 0,1 et 15 µm, mais certains se développent pour former des filaments ou des agrégats (filaments jusqu'à 200 µm). Elles peuvent être sphériques (coques), spirales, en forme de bâtonnet, rectangulaires...
Elles font preuve d'une grande diversité de modes de reproduction, par fission binaire, bourgeonnement ou fragmentation.
[modifier] Métabolisme
D'un point de vue nutritionnel, elles se répartissent en de très nombreux groupes, depuis les chimiolithoautotrophes (tirant leur énergie de gradients chimiques d'origine non biologique) aux organotrophes.
D'un point de vue physiologique, elles peuvent être aérobies, anaérobies facultatives ou strictement anaérobies.
[modifier] Habitat
Certaines préfèrent des températures moyennes (mésophiles), beaucoup préfèrent des températures très élevées (hyperthermophiles).
En milieu anaérobie, hypersalin, certaines se développent aussi dans des milieux froids (aquatique et terrestre).
Les archéobactéries se développent souvent dans des niches extrêmes, où les conditions de vie sont très difficiles ou impossibles pour la plupart des autres organismes. Certaines espèces sont hyperthermophiles (trouvées dans des environnements extrêmement chauds), d'autres sont trouvées dans des habitats froids, salins (forte concentration en sel jusqu'à 30%), alcalins ou acides.
Pyrococcus, Methanopyrus, Thermococcus, Sulfolobus, Pyrodictium sont des Archées hyperthermophiles isolées de sources chaudes, de geysers, de mares bouillantes ou de fluides hydrothermaux au niveau de fumeur en mer profonde (les fluides hydrothermaux y émergent des chambres magmatiques à des températures allant de 200 à 350 °C). Pyrolobus fumarii est capable de se multiplier jusqu'à 113 °C. Pyrobaculum provient de réservoirs profonds de pétrole chaud. Les Sulfolobus sont acidophiles.
Les membres de l'ordre des Halobacteriales (Haloferax, Halobacterium, Halococcus, Halorubrum, Natrinema, Natronococus...) vivent dans des milieux à forte concentration en sel (littoral marin, marais salants, Mer Morte, Grand Lac Salé de l’Utah). Elles ont souvent une pigmentation rouge à jaune à cause des caroténoïdes et sont responsables de la coloration de certains lacs (Lac Magadi au Kenya par exemple).
Il existe des Archées mésophiles vivant dans des marais, les eaux usées, le sol, les sédiments (Methanobacterium, Methanosarcina, Methanogenium...). Les archéobactéries méthanogènes (productrices de méthane) des marais sont responsables des gaz des marais (Poitevin par exemple). Beaucoup d’Archées méthanogènes sont rencontrées dans le tube digestif des ruminants (Methanomicrobium, Methanosarcina), des termites ou des humains.
[modifier] Archées et santé humaine
Jusqu'à aujourd'hui, il n'y a pas de démonstration claire qu'il existe des archées pathogènes[4],[5], bien que des relations aient été proposées entre la présence d'archées méthanogènes et de maladies parodontales[6].
Bien qu’un grand nombre d’Archaea ne soient aujourd’hui pas cultivables en laboratoire, de nombreuses espèces peuvent être cultivées en utilisant des milieux de culture adaptés, et en reproduisant au mieux les conditions environnementales de leurs habitats naturels.
[modifier] Comparaison entre archaea, bactéries et eucaryotes
Les Archaea sont similaires aux bactéries par beaucoup d’aspects de leur structure cellulaire et de leur métabolisme. Cependant, les mécanismes et les protéines impliquées dans les processus de réplication, de transcription et de traduction présentent des traits similaires à ceux rencontrés chez les eucaryotes. Les particularités des Archées par rapport aux deux autres domaines du vivant (Bactéries et Eucaryotes) sont les suivantes :
- la structure et la chimie des parois cellulaires, atypiques (absence de peptidoglycane classique chez les bactéries)
- la structure lipidique de leur membrane : les lipides des archéobactéries consistent en de longues chaînes d'alcool isopréniques attachées au glycérol par des liaisons éther - alors que les autres organismes fabriquent les lipides de leurs membranes en assemblant deux chaînes d'acides gras avec une molécule de glycérol par l'intermédiaire d'une liaison ester
- la présence d'ARN polymérases inhabituelles, beaucoup plus complexes que les ARN-polymérases des bactéries, et étonnamment proches de celles des eucaryotes.
- un chromosome circulaire de type bactérien mais comportant des gènes en mosaïque similaires à ceux des eucaryotes.
- les protéines intervenant dans les processus de réplication et de réparation de l'ADN ressemblent à celles rencontrées chez les eucaryotes[7].
- leur métabolisme (méthanogènes...)
[modifier] La position des Archaea dans l'arbre du vivant
Bien qu'on n'en connaisse pas de fossiles, la phylogénie traditionnelle laisse penser que les Archées existent depuis 3,5 milliards d'années. Mais d'autres analyses phylogénétiques les font apparaître beaucoup plus tard, vers ~850 millions d'années, en même temps que les Eucaryotes.
De petite taille et de forme simple, les procaryotes ont évolué sur de très longues périodes et constituent un groupe extrêmement varié. Leurs interactions avec l'environnement sont si diverses qu'ils jouent un rôle crucial dans tous les cycles de la biosphère terrestre.
Ces organismes ont longtemps été regroupés sous le terme générique de procaryotes, avec les bactéries. Pour les différencier, les microbiologistes avaient élaboré un système de comparaison et de classification fondé sur de petites différences visibles au microscope, ainsi que sur des différences physiologiques (capacité à se développer sur un certain milieu par exemple).
Dès qu'il s'est agi d'élucider les relations généalogiques entre les différents procaryotes, les biologistes ont dû se rendre à l'évidence : les différences nutritionnelles et phénotypiques ne permettraient pas de classer correctement les différents organismes. Au cours des années 1970, les biologistes ont pris conscience de l'existence irremplaçable d'information, au cœur même des cellules des êtres vivants, permettant de déterminer la phylogénie, l'ADN. Le gène identifié dans une cellule est le variant d'un gène qui a existé il y a de très nombreuses années. La comparaison gène à gène entre deux organismes permet donc de mesurer le temps écoulé depuis la divergence à partir de l'ancêtre commun.
Carl Woese a réalisé que l'ARN ribosomique (ou ARNr, une des molécules contenues dans la cellule) des organismes qu'il étudiait permettait de mettre en évidence l'existence de deux groupes clairement séparés : les bactéries et les archéobactéries. En réalité, Woese s'est également rendu compte que les ARNr des archées étaient en fait aussi différents des ARNr des bactéries que de celui des eucaryotes. Il en a conclu qu'il ne fallait plus uniquement séparer en deux grands groupes le monde du vivant, en fonction de la présence ou de l'absence d'un noyau, mais plutôt en trois domaines primitifs : les bactéries, les archées et les eucaryotes.
Aujourd'hui, de nombreuses études ont confirmé le caractère monophylétique de ce groupe. Ces microorganismes ressemblent par leur forme aux bactéries, mais d'un point de vue moléculaire, si certains de leurs traits les rapprochent des bactéries, d'autres les rapprochent plutôt des eucaryotes. Il n'est donc pas possible de voir les archées comme étant des ancêtres des bactéries.
[modifier] Les grandes divisions chez les Archaea
Sur la base de critères uniquement métaboliques, les archées ont été divisées en trois grands groupes :
La phylogénie, basée sur les comparaisons génétiques, principalement de l'ARNr 16S (un constituant des ribosomes), a permis de classer les Archaea en deux phyla :
la position de deux autres n'est pas élucidée :
[modifier] Notes et références
- ↑ E.F. DeLong & N.R. Pace (2001). Environmental diversity of bacteria and archaea Syst. Biol. 50: 470-478.
- ↑ Woese C, Fox G (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci U S A 74 (11): 5088 – 5090. [1]
- ↑ Woese, Carl R., Kandler, Otto, Wheelis, Mark L (1990). Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proceedings of the National Academy of Sciences 87 (12): 4576 – 4579.
- ↑ Eckburg P, Lepp P, Relman D (2003). "Archaea and their potential role in human disease". Infect Immun 71 (2): 591-6.
- ↑ Cavicchioli R, Curmi P, Saunders N, Thomas T (2003). "Pathogenic archaea: do they exist?". Bioessays 25 (11): 1119-28.
- ↑ Lepp P, Brinig M, Ouverney C, Palm K, Armitage G, Relman D (2004). "Methanogenic Archaea and human periodontal disease". Proc Natl Acad Sci U S A 101 (16): 6176-81.
- ↑ Kelman, Z. (2000) DNA replication in the third domain (of life). Curr Protein Pept Sci 1: 139-154.
