Fig. 1 :La relation entre le cycle du TCA et le pyruvate, acétyl-CoA, oxaloacétate, oxoglutarate, et succinyl-CoA est montré. Crédit :Université d'Hokkaido
La recherche multi-omique sur Thermosulfidibacter (isolé d'un champ hydrothermal dans le sud de la fosse d'Okinawa) a permis la découverte de la forme peut-être la plus primordiale du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA).
Le cycle du TCA est un mécanisme métabolique clé essentiel pour la plupart des organismes. Elle remonte à l'apparition du dernier ancêtre commun sur Terre et est considérée comme « l'une des premières lignées métaboliques » depuis le début de l'évolution chimique (Fig. 1). Bien que le cycle TCA puisse exister sous plusieurs formes, il existe divers arguments concernant sa composition primordiale à l'époque où la vie a commencé sur terre.
Le groupe de recherche a découvert que la bactérie thermophile Thermosulfidibacter takaii (Fig. 2, ci-après dénommé "Thermosulfidibacter") situé en position basale de la bactérie présente un nouveau cycle TCA, peut-être la forme la plus primitive connue à ce jour. Analyses multi-omiques, incluant une nouvelle méthode en métabolomique, ont révélé que Thermosulfidibacter a un cycle TCA réversible, qui peut changer de manière flexible la direction de la réaction en fonction des sources de carbone disponibles, indépendamment d'être dans des conditions autotrophes ou mixotrophes (Fig. 3). Jusqu'à ce jour, aucun autre organisme ne présente à la fois des fonctions de fixation du carbone (autotrophie) et de décarboxylation (hétérotrophie) dans le cycle du TCA, en utilisant le même ensemble d'enzymes. Parmi les cycles TCA, celui observé chez Thermosulfidibacter est « exotique » en raison de sa capacité à inverser commodément le sens de la réaction en réponse à des conditions environnementales fluctuant de manière dynamique, et on pense qu'il présente les caractéristiques de la forme la plus basale du cycle du TCA.
Fig. 2 :Une cellule de Thermosulfidibacter takaii. Crédit :Université d'Hokkaido
Bien que la question perpétuelle, de savoir si les formes de vie initiales étaient autotrophes ou hétérotrophes, reste à répondre (Fig. 4), les caractéristiques du cycle primordial du TCA révélées dans cette étude suggèrent fortement la possibilité de la naissance d'une vie mixotrophe qui pourrait faire varier son métabolisme de manière flexible en fonction de l'abondance des carbones organiques et inorganiques disponibles sur la Terre primordiale.
Les résultats ont été publiés dans Science le 2 février, 2018.
Fig. 3. Représentation schématique du fonctionnement du cycle (r)TCA de T. takaii dans les conditions de croissance chimiolithautotrophes et chimiolithomixotrophes basées sur l'analyse isotopologue d'acides aminés dérivés de protéines en utilisant des substrats marqués au 13C. Les cellules ont été cultivées par chimiolithoautotrophie (A). Cellules cultivées par chimiolithomixotrophie avec du succinate (B), acétate (C), et succinate et acétate (D) en présence d'extrait de levure. Les cercles indiquent les atomes de carbone dans le composé (le numéro de position se lit de gauche à droite). Un clivage du citrate indépendant de l'ATP a été observé dans les cellules cultivées de manière chimio-lithotrophique et chimio-lithomixotrophique avec du succinate. Les lignes pointillées rouges indiquent les voies confirmées par les analyses du transcriptome et du protéome mais non confirmées par l'analyse des isotopomères. Les lignes pointillées bleues indiquent des voies confirmées par les analyses du transcriptome et du protéome, mais ne peuvent théoriquement pas être identifiées par les modèles d'isotopomères. Crédit :Université d'Hokkaido
Fig. 5 :Différentes formes du cycle TCA connu et du cycle TCA réversible (détecté dans Thermosulfidibacter) sont représentées. Crédit :Université d'Hokkaido
