Caractérisation de nouveaux acteurs et des transitions évolutives dans le métabolisme du méthane, un métabolisme clef dans l’évolution du domaine Archaea – METHEVOL

La méthanogenèse est un métabolisme spécifique des archées. Vraisemblablement déjà actif il y a 3,5 Ma, ce métabolisme a eu un impact direct sur l'évolution du système climatique de la Terre et joue toujours un rôle majeur dans les changements globaux actuels. Les méthanogènes sont présentes dans tous les types de milieux anaérobies, des sédiments marins au tractus gastro-intestinal humain, et sont des acteurs clés dans la dégradation anaérobie de la matière organique. Elles sont également essentielles pour la valorisation des déchets urbains, industriels et agricoles en méthane (utilisé comme source d'énergie) et constituent des outils biotechnologiques prometteurs pour la biosynthèse de molécules à haute valeur ajoutée.
Notre connaissance de la méthanogenèse a été révolutionnée au cours des deux dernières années par la découverte de nombreuses lignées de méthanogènes non-cultivées et phylogénétiquement distante des autres méthanogènes connues jusque-là. Ceci a aussi conduit à mettre en évidence plusieurs nouvelles voies métaboliques utilisant un complexe MCR classique, impliqué dans la formation de méthane, ou un complexe MCR divergent, récemment découvert et impliqué dans l'oxydation des alcanes à chaîne courte.
Cette importante diversité des métabolismes liés au méthane et leur vaste distribution phylogénétique représentent un point de départ idéal pour identifier le type ancestral de ces métabolismes, et pour reconstruire les transitions évolutives et fonctionnelles qui ont conduit à cette diversité. Le nombre important de ces récentes découvertes suggère également que d'autres lignées d’archées ayant un métabolisme lié au méthane sont encore inconnues. De plus, la plupart des lignées récemment décrites sont encore mal connues car elles n'ont été étudiées qu'à travers un petit nombre de génomes assemblés à partir de métagénomes (MAGs), et étant parfois très incomplets. Ceci pourrait avoir conduit à des prédictions métaboliques incomplètes ou erronées et empêche l'analyse à grande échelle de l'évolution de ces métabolismes. De plus, il apparait aujourd’hui essentiel de cultiver des représentants de ces lignées afin de tester les prédictions métaboliques issues des analyses génomiques et d'approfondir nos connaissances sur les nouvelles voies métaboliques et les enzymes associées.
METHEVOL est un projet interdisciplinaire couplant des approches de bioinformatique, de biologie moléculaire et de culture. Ce projet a trois objectifs principaux :
1) Obtenir des MAG de haute qualité correspondant à des lignées nouvelles et ou encore peu connues d'archées avec un complexe MCR classique ou divergent, pour les caractériser et mieux comprendre leur métabolisme énergétique.
2) Utiliser ces nouvelles données pour reconstituer l'origine des métabolismes du méthane et des alcanes à chaîne courte, et pour étudier les transitions évolutives qui ont conduit à leur diversité ainsi qu’à leur perte dans certaines lignées.
3) Caractériser expérimentalement le premier membre d'une nouvelle lignée d'archées encore non-cultivées, "Ca. Methanoliparia", que nous avons récemment identifié et pour lequel nous avons proposé un nouveau type de métabolisme couplant oxydation des alcanes à chaîne courte et la méthanogenèse.
Ce projet générera de nouvelles connaissances fondamentales pour la vaste communauté de scientifiques travaillant sur les méthanogènes en tant qu'acteurs clés des cycles biogéochimiques et de la régulation du climat. De plus, la caractérisation génomique et expérimentale de ces nouvelles archées pourra fournir des informations importantes pour le développement de futures applications biotechnologiques, dans la production de biocarburants, la dégradation des matières organiques dans les environnements naturels et anthropiques ou la biosynthèse de molécules à haute valeur ajoutée.