Vers l'endosymbiose expérimentale – Expendo

L’intégration métabolique des endosymbiontes qui ont donné naissance aux mitochondries et aux plastes définit des évènements rares voire uniques, aux conséquences incalculables sur la genèse des premiers eucaryotes et des premières plantes. Bien que la théorie endosymbiotique nous enseigne que les mitochondries et les plastes sont dérivées respectivement des alpha-protéobactéries et des cyanobactéries, l’intégration métabolique des endosymbiontes initiaux a impliqué la participation massive de gènes dont l’origine phylogénique ne se limite pas à ces deux groupes importants. Ainsi, l’endosymbiose plastidiale est spécifiquement associée à une empreinte phylogénomique issue de pathogènes intracellulaires de l’ordre des Chlamydiales. Nous avons montré récemment que des enzymes suspectées avoir joué un rôle primordial dans l’assimilation du carbone photosynthétique définissent des protéines effectrices secrétées par ces pathogènes dans le cytosol. Ce résultat suggère fortement que, de fait, le pathogène le cyanobionte et leur hôte étaient liés en une symbiose tripartite où chacun codait des composantes essentielles d’un flux carboné commun d’origine photosynthétique. Cette hypothèse sous-entend que les bactéries intracellulaires au sens large pourraient définir des acteurs incontournables des processus d’intégration métabolique des organites. Ces bactéries sont souvent considérées comme des versions génétiques dégénérées de leurs cousins vivant de manière autonome dans l’environnement. Néanmoins la vie intracellulaire a requis l’évolution de centaines de protéines effectrices nécessaire au maintien et la réplication de ces bactéries symbiotiques ou pathogènes soit le plus fréquemment au sein de vacuoles dérivées de la phagocytose soit plus rarement dans le cytosol. Parce qu’il a été montré que l’injection directe de bactéries dans le cytosol eucaryote ne s’accompagnait de leur multiplication que si celles-ci définissaient au préalable des souches vivant dans un tel environnement, nous proposons à long terme de conduire à l’endosymbiose des cyanobactéries inadaptées à cette existence grâce à l’assistance de symbiontes intracellulaires préexistants. Nos travaux récents ont abouti à une description étonnamment détaillée des évènements précoces de l’endosymbiose plastidiale incluant la nature du gène « symbiotique » ainsi que l’identité précise des principaux translocateurs de carbone et d’ATP impliqués dans le processus. Cette hypothèse est supportée par un grand nombre d’observations phylogéniques et biochimiques qui ensemble suggèrent fortement que les chlamydiales ont joué un rôle essentiel dans les premières étapes de l’endosymbiose plastidiale. Pour ces raisons, nous pensons que la reconstitution expérimentale de ces étapes traduit effectivement un objectif expérimental raisonnable à long terme. Le programme de recherche, à court terme, que nous proposons vise à établir comme modèle expérimental l’amibe phagotrophe modèle Dictyostelium discoideum pour étudier les prérequis des endosymbioses en général et de l’endosymbiose plastidiale en particulier. Dans notre projet, notre objectif principal sera de convertir une souche de chlamydia pathogène que nous avons récemment isolée en une souche symbiotique. Cette Chlamydiale baptisée Estrella lausanensis définit la seule bactérie de cet ordre capable de se multiplier dans l’amibe modèle phagotrophe. Nous proposons de convertir Estrella en symbionte grâce à la complémentation de défauts du métabolisme du glycogène de l’hôte par la sécrétion des effecteurs correspondant d’Estrella. De plus, une première tentative de stabilisation des bactéries a priori inadaptées à la vie intracellulaire sera réalisée en utilisant Estrella comme génome helper. Vu sa dimension risquée, le projet proposé a été spécifiquement conçu pour engendrer suffisamment de résultats pertinents à fort impact relatifs au métabolisme du glycogène et à la réplication des Chlamydias chez Dictyostelium.