© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (left) and one affected by Amoebophrya (right), (c) Yameng Lu
© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (top right), one of Amoebophrya infested (left) and the worm-shaped parasite that breaks through the cell wall of the host (bottom right), (c) Yameng Lu
© A healthy dinoflagellate of the genus Alexandrium, (c) Yameng Lu
© Alexandrium infested by Amoebophrya, (c) Yameng Lu
"Centrale électrique" sans ADN
May 27, 2019
Les algues du groupe des dinoflagellés ont organisé leur matériel génétique d'une manière inhabituelle
Les cellules de la plupart des êtres vivants possèdent des structures spéciales qui sont responsables de la production d'énergie. Ce que l'on appelle les mitochondries possèdent généralement leur propre génome, en plus de celui du noyau. Uwe John, de l'Institut Alfred Wegener (AWI), et ses collègues viennent de découvrir une exception jusqu'ici unique chez un parasite unicellulaire. Les mitochondries du dinoflagellé Amoebophrya ceratii semblent fonctionner correctement même sans leur propre matériel génétique, rapporte l'équipe dans la revue Science Advances.
Les dinoflagellés constituent une grande partie du plancton des mers. Environ la moitié des quelque deux mille espèces connues pratiquent la photosynthèse comme les plantes, d'autres vivent en prédateurs ou, selon l'offre, passent d'un régime alimentaire à l'autre. Enfin, ce groupe d'algues polyvalent compte également des parasites dans ses rangs. Avec une telle équipe, l'équipe autour d'Uwe John a maintenant jeté un coup d'œil dans le génome - et a connu une surprise.
Les chercheurs ont trouvé leur objet d'étude au sein des cellules d'autres dinoflagellés du genre Alexandrium. Celui-ci comprend plusieurs espèces qui ont tendance à former des efflorescences d'algues toxiques dans les développements de masse. Des tapis entiers de ces organismes unicellulaires dérivent parfois dans l'eau et produisent le poison nerveux saxitoxine, également dangereux pour l'homme. Mais il existe des parasites qui peuvent endiguer ces proliférations d'algues. Il s'agit notamment d'une espèce appelée Amoebophrya ceratii, qui a fait l'objet de l'étude actuelle.
"Ces organismes unicellulaires nagent dans l'eau sous la forme de ce qu'on appelle des dinospores jusqu'à ce qu'ils trouvent leur hôte", explique Uwe John. Le moment venu, ils s'attachent à leur victime, pénètrent dans celle-ci et la mangent de l'intérieur. Ils deviennent de plus en plus gros et forment un stade avec de nombreux noyaux cellulaires. Tel un ver, il s'extirpe finalement de l'hôte mort et se brise en 200 à 400 nouvelles épines de dinosaure. Un tel cycle d'infection ne dure que trois ou quatre jours et peut affecter massivement les populations d'Alexandrium.
L'équipe a séquencé le génome du conquérant Giftalgen, qui comprend environ 100 millions de paires de bases. C'est très peu pour un dinoflagellé. Or, un petit génome pour un parasite n'a rien d'exceptionnel. De nombreux adeptes de ce mode de vie ne produisent pas eux-mêmes tous les métabolites nécessaires à leur survie, mais utilisent leurs hôtes. Ils sont donc dépendants de ces derniers, mais peuvent aussi se passer de nombreux gènes. Mais Amoebophrya ceratii n'a pas suivi cette voie. "Chez cette espèce, presque tous les processus métaboliques fonctionnent de telle sorte qu'elle devrait pouvoir se débrouiller seule", explique Uwe John. Et elle y parvient avec un génome beaucoup plus petit que celui de n'importe quel autre dinoflagellé.
Elle a poussé cette réduction particulièrement loin dans la partie du génome qui se trouve à l'extérieur du noyau de la cellule. Chez les plantes et les algues, l'ADN se trouve non seulement dans les mitochondries, mais aussi dans les plastes dont elles ont besoin pour la photosynthèse. Leur génome est généralement assez petit chez les dinoflagellés et ne comprend que 14 gènes. Amoebophrya ceratii, cependant, semble avoir complètement aboli les plastes et, à une exception près, leurs gènes.
Encore plus spectaculaire est le programme d'austérité que le parasite a imposé à ses mitochondries. Dans sa relation, il reste encore trois gènes dans l'ADN de ces petites centrales cellulaires. Amoebophrya ceratii a apparemment sauvé l'intégralité du génome mitochondrial. Malgré un travail de recherche méticuleux, l'équipe n'en a trouvé aucune trace. Deux gènes ont apparemment disparu, le troisième, la cytochrome c oxydase 1 (COX1 ou COI), a migré dans le noyau. "Cela m'a vraiment surpris", déclare Uwe John, "car jusqu'à présent, on ne connaît aucune autre créature respirant de l'oxygène qui ne possède pas son propre matériel génétique dans ses mitochondries."
Cette austérité pourrait être pratique si les parasites doivent créer rapidement de nombreuses nouvelles spores de dinosaures. "Il est peut-être plus efficace de réguler tous les processus via le noyau", explique Uwe John. "Ainsi, les ressources de l'hôte peuvent probablement être utilisées de manière optimale". Cependant, rien ne serait gagné si l'approvisionnement en énergie s'effondrait. Mais le danger ne semble pas exister : Les mitochondries fonctionnent bien à tous les stades de la vie et permettent aux dinosaures en quête d'hôtes même une nage rapide. "Ces parasites ont probablement trouvé leur propre moyen de produire de l'énergie", explique Uwe John. "Ils n'ont besoin que d'une partie des cinq complexes protéiques connus que l'on trouve dans toutes les mitochondries des humains et de tous les animaux pour produire de l'énergie."
Les chercheurs espèrent que ces découvertes permettront de mieux comprendre l'évolution des dinoflagellés et de leurs proches dans leur ensemble. Cela serait également intéressant car la parenté de ces algues comprend aussi d'autres parasites et les agents responsables de maladies telles que le paludisme. En outre, les résultats pourraient apporter de nouvelles connaissances sur l'histoire des mitochondries et des plastes. À l'origine, les deux étaient des créatures indépendantes qui ont été avalées par d'autres organismes unicellulaires depuis des temps immémoriaux et qui ont vécu en eux en tant qu'endosymbiotes. Au fil du temps, ils ont réduit leur matériel génétique et sont devenus les prestataires de services des cellules qui ne sont plus viables seules. Cette évolution a toutefois poussé Amoebophrya ceratii à l'extrême et a également privé ses endosymbiontes des restes de leur autonomie génétique.
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