Illustration de la bactérie Legionella.
Des chercheurs de l’Université d’Uppsala ont découvert que les ancêtres de la bactérie Legionella ont infecté des cellules eucaryotes il y a déjà deux milliards d’années. Cela s’est produit peu après que les eucaryotes aient commencé à se nourrir de bactéries. Ces résultats, décrits dans une nouvelle étude publiée dans Molecular Biology and Evolutioncontribuent également au débat sur la question de savoir si les mitochondries ou la phagocytose sont apparues en premier.
“Notre étude peut nous aider à comprendre comment les bactéries nuisibles apparaissent et comment les cellules complexes ont évolué à partir de cellules plus simples”, déclare Lionel Guy, professeur associé de microbiologie évolutive au département de biochimie et de microbiologie médicales, qui a dirigé l’étude.
Il y a deux milliards d’années, les ancêtres des légionelles avaient déjà la capacité d’éviter d’être digérés par les eucaryotes. Au lieu de cela, ils ont commencé à utiliser les cellules eucaryotes – des cellules complexes avec un noyau qui constituent les amibes, les champignons et les êtres humains – pour se multiplier.
La bactérie Legionella, qui cause la maladie du légionnaire, appartient à un grand groupe de bactéries appelé Legionellales. Toutes les bactéries Legionellales peuvent infecter des hôtes eucaryotes : amibes, insectes ou nos propres cellules.
Lionel Guy, professeur associé de microbiologie évolutive au département de biochimie médicale et de microbiologie de l’université d’Uppsala. Crédit : Sanna Dovat Guy
“Nous avons découvert que l’ancêtre de tout le groupe vivait il y a environ deux milliards d’années, à une époque où les eucaryotes étaient encore en devenir, évoluant de cellules plus simples vers la structure cellulaire complexe qu’ils ont aujourd’hui”, explique Andrei Guliaev, chercheur au département de biochimie médicale et de microbiologie. “Nous pensons que les légionelles ont été parmi les premières à infecter les cellules eucaryotes”.
La première étape d’une infection par des légionelles consiste pour un hôte eucaryote, comme une amibe, à faire entrer la bactérie dans sa cellule par un processus appelé phagocytose. L’étape suivante pour l’amibe consiste à digérer la bactérie et à utiliser ses parties comme source d’énergie. Mais les légionelles possèdent des outils moléculaires qui les empêchent d’être digérées et leur permettent d’utiliser l’amibe comme source d’énergie pour se multiplier.
Dans l’étude, les chercheurs montrent que toutes les Legionellales possèdent le même type d’outils moléculaires que les légionelles. Cela suggère que la capacité à infecter les eucaryotes existait déjà chez l’ancêtre de toutes les Legionellales. Cela signifie que la phagocytose est au moins aussi ancienne que les Legionellales – deux milliards d’années – lorsque les eucaryotes étaient aux premiers stades de leur évolution.
Ce qui a des implications pour un débat brûlant en biologie de l’évolution sur la façon dont les eucaryotes sont apparus. Qui est arrivé en premier ? Les mitochondries, qui proviennent d’un autre groupe de bactéries et sont devenues les usines énergétiques de nos cellules ? Ou est-ce la phagocytose, qui est considérée comme nécessaire pour absorber les mitochondries mais qui est très coûteuse du point de vue énergétique ?
“Certains chercheurs pensent que les mitochondries étaient nécessaires pour fournir suffisamment d’énergie pour que la phagocytose fonctionne. Mais nos résultats suggèrent que la phagocytose est arrivée en premier – il y a deux milliards d’années – tandis que les mitochondries sont arrivées plus tard”, explique Lionel Guy.
Référence : “Host-adaptation in Legionellales is 1.9 Ga, coincident with eukaryogenesis” par Eric Hugoson, Andrei Guliaev, Tea Ammunét et Lionel Guy15 février 2022, Biologie moléculaire et évolution.
DOI : 10.1093 ; 10.1093/molbev/msac037
