Endosymbiose

L’endosymbiose est une forme de symbiose entre deux organismes vivants, où l'un est contenu par l'autre. L'organisme interne est appelé un endosymbiote ou endosymbionte. Cette terminologie est surtout employée au niveau cellulaire pour imager une coopération entre des micro-organismes simples, et les cellules d'organismes plus évolués qui les contiennent et dont ils favorisent le fonctionnement.

Vue au microscope électronique à transmission d'une section transversale d'un nodule racinaire bactérien endophyte dans une racine de soja. La bactérie Bradyrhizobium japonicum a colonisé l'intérieur des racines du soja et y a établi une symbiose fixatrice d'azote. Cette image (en fort grossissement) montre le réticulum endoplasmique, le dictyosome et la paroi cellulaire.

Lorsque l'organisme interne a un mode de vie intracellulaire, les écologues parlent d'endocytobiose ou endosymbiose intracellulaire, l'organisme étant un endocytobiote. Ils distinguent l'endosymbiose primaire quand un eucaryote phagocyte un procaryote vivant et l'endosymbiose secondaire lorsqu'un eucaryote phagocyte un autre eucaryote possédant déjà un endosymbionte. À la suite d'une longue période d'intégration, les fusions symbiotiques intracellulaires conduisent à la création d'une véritable chimère génétique selon la théorie endosymbiotique.

La diversité des endosymbioses selon leur degré de passage et d'intrication répond ainsi à toute une hiérarchie : endosymbiose facultative ou obligatoire au moins pour l'un des deux partenaires, ectosymbiose, mésosymbiose, endosymbiose, endocytobiose.

Endosymbiose Cnidaires-Dinoflagellés

Les Cnidaires (anémones de mer, coraux...) ont des zooxanthelles (Dinoflagellés) dans leurs cellules qui leur apportent des nutriments et facilitent la précipitation du carbonate de calcium (très important pour la formation des récifs coralliens).

Endosymbiose chez les algues

Les Chlorophyta, Rhodophyta et Glaucophyta dérivent d'un ancêtre qui a effectué une endosymbiose primaire (capture d'une cyanobactérie par un eucaryote mitochondrial, et transformation en chloroplaste).

Les Phaeophyceae (algues brunes) dérivent d'un ancêtre photosynthétique qui a effectué une endosymbiose secondaire avec une algue rouge.

En 2024, une équipe internationale de scientifiques a montré qu'une troisième endosymbiose primaire est en cours entre l'algue haplophyte  (en) et la bactérie Candidatus  (en) dite UCYN-A et capable de fixer l'azote. La relation entre les deux organismes était connue depuis 1998, mais le laboratoire a montré que, du fait de la relation volumétrique de croissance des deux organismes et de la synchronisation de leurs processus de division et de réplication, que cette relation allait au-delà de la symbiose et que UCYN-A se comporte comme un véritable organite (un nitroplaste) de Braarudosphaera bigelowii^,.

Symbioses fixatrices d'azote

Il y a aussi des cellules qui contiennent des bactéries permettant de fixer l'azote atmosphérique

• symbiose entre Fabacées et bactéries du genre Rhizobium
• symbiose actinorhizienne avec bactérie du genre Frankia

La théorie endosymbiotique : l'origine des chloroplastes et mitochondries

On utilise aussi le terme endosymbiose pour définir un ensemble d'événements et de processus évolutifs qui ont conduit à la formation de deux organites intervenant dans la gestion de l'énergie (mitochondrie et chloroplaste) dans les cellules eucaryotes. La mitochondrie est le résultat de l'incorporation d'une bactérie, probablement une alpha-protéobactérie, par une cellule eucaryote primitive. Plus tard, le premier chloroplaste a été formé par l'incorporation d'une cyanobactérie. Parmi les nombreuses transformations qui ont à chaque fois affecté tant la cellule eucaryotique hôte que la cellule bactérienne endosymbiotique, les plus importantes ont été les transferts de gènes des endosymbiotes dans les cellules hôtes. À chaque fois, plus de 90 % du génome de l'endosymbiote a été transféré dans le noyau de l'hôte (toutefois, quelques gènes ont pu être perdus au cours du transfert). Ce sont ces transferts de gènes qui ont permis à la cellule hôte de contrôler complètement les nouveaux organites. En effet, ces gènes transférés codent des protéines essentielles à la maintenance et au fonctionnement des organites : ces protéines produites dans le cytoplasme cellulaire sont ensuite exportées dans l'organite concerné pour y exercer les mêmes fonctions qu'elles avaient dans la bactérie originelle.

Endosymbiotes viraux

On envisage aussi l'existence d'endosymbiotes viraux, de type rétrovirus endogène, qui s'activeraient pendant la période de gestation des mammifères et dont l'infection serait une étape cruciale dans leur évolution.

Références

1. François Ramade, Dictionnaire encyclopédique des sciences de la nature et de la biodiversité, Dunod, 2008, p. 202
2. Marc-André Selosse et Jacques Joyard, « Symbiose et évolution : à l’origine de la cellule eucaryote », sur www.encyclopedie-environnement.org
3. (en) Jizhong Zhou, Microbial Functional Genomics, Wiley, 2004, p. 108.
4. Daniel Richard, Patrick Chevalet, Nathalie Giraud, Fabienne Pradere, Thierry Soubaya, Sciences de la vie pour le Capes et l'Agrégation, Dunod, 2008, p. 182.
5. Findings : Model of Endosymbiosis Genome project
6. Pierre Peycru, Didier Grandperrin, Christiane Perrier (dir.), Biologie, Dunod, 2018(lire en ligne), p. 602.
7. (en-US) akovner, « Scientists Discover First Nitrogen-Fixing Organelle », sur Berkeley Lab News Center, 17 avril 2024(consulté le 28 mai 2024)
8. (en) Tyler H. Coale, Valentina Loconte, Kendra A. Turk-Kubo et Bieke Vanslembrouck, « Nitrogen-fixing organelle in a marine alga », Science, vol. 384, n^o 6692,‎ 12 avril 2024, p. 217–222 (ISSN 0036-8075 et 1095-9203, DOI 10.1126/science.adk1075, lire en ligne, consulté le 28 mai 2024)
9. Francisco M. Cornejo-Castillo, Keisuke Inomura, Jonathan P. Zehr et Michael J. Follows, « Metabolic trade-offs constrain the cell size ratio in a nitrogen-fixing symbiosis », Cell, vol. 187, n^o 7,‎ mars 2024, p. 1762–1768.e9 (ISSN 0092-8674, DOI 10.1016/j.cell.2024.02.016, lire en ligne, consulté le 28 mai 2024)
10. Marc-André Selosse et Susan Loiseaux-de Goër, « La saga de l'endosymbiose », La Recherche, n^o 296,‎ mars 1997, p. 36-41 (résumé).

Bibliographie

• (en) Boris Mikhaylovich Kozo-Polyansky, Victor Fet, Lynn Margulis, Symbiogenesis: A New Principle of Evolution, préface de Peter Hamilton Raven, Harvard University Press, Cambridge (Massachusetts), 2010, xxxv + 198 p. (ISBN 0-674-05045-2)

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