Characterization of Ionizable Groups' Environments in Proteins and Protein-Ligand Complexes through a Statistical Analysis of the Protein Data Bank

We conduct a statistical analysis of the molecular environment of common ionizable functional groups in both protein-ligand complexes and inside proteins from the Protein Data Bank (PDB). In particular, we characterize the frequency, type, and density of the interacting atoms as well as the presence of a potential counterion. We found that for ligands, most guanidinium groups, half of primary and secondary amines, and one-fourth of imidazole neighbor a carboxylate group. Tertiary amines bind more rarely near carboxylate groups, which may be explained by a crowded neighborhood and hydrophobic character. In comparison to the environment seen by the ligands, inside proteins, an environment enriched in main-chain atoms is found, and the prevalence of direct charge neutralization by carboxylate groups is different. When the ionizable character of water molecules and phenolic or hydroxyl groups is accounted, considering a high-resolution dataset (less than 1.5 A), charge neutralization could occur for well above 80% of the ligand functional groups considered, but for tertiary amines.Peer reviewe

Diversité des archées et implication de la composante procaryote dans le cycle biogéochimique du méthane en milieu aquatique continental (études taxonomiques et fonctionnelles dans la colonne d'eau et les sédiments anoxiques du lac Pavin)

Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d identifier l ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l ensemble de la colonne d eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L existence de ce processus d oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d eau douce. (...)Methane, a major greenhouse gas, is produced and consumed mainly by the metabolic activity of microorganisms affiliated to the domains Archaea and Bacteria. In order to understand the biogeochemical cycling of methane, it is essential to identify all the biological actors involved, as well as environmental factors modulating their activity. Freshwater lakes are a major source of methane because environmental conditions occurring in these ecosystems favor methanogenesis over other terminal processes of anaerobic degradation of organic matter. In this thesis, studies of communities involved in the biogeochemical cycling of methane were carried out in the water column and anoxic sediment of Lake Pavin (Auvergne), the unique French meromictic lake. This ecosystem has been selected as study site due to the high concentrations of methane in its deep water layer which contrast with the very low emission of this gas in the atmosphere. These geochemical observations suggest an intense activity of production and consumption of methane, providing an appropriate framework for studying the communities involved. Molecular approaches to characterize the spatial structure, composition, activity areas and factors (bottom-up and top-down) potentially involved in the regulation of methanogens and methanotrophs were, in this work, systematically associated to cultural and microcalorimetric approaches to acquire data on the physiology of microorganisms involved in the methane cycle. The results show that methanogens are distributed throughout the permanent anoxic water column (monimolimnion) and mainly in the superficial layer of the sediment situated under the monimolimnion. This metabolic group, mainly represented by species affiliated to Methanosaetaceae and Methanoregulaceae, is particularly active in the benthic zone which would be the main source of methane in this ecosystem. A new species of methanogen, Methanobacterium lacus, was isolated from these sediments and described. It enhances to the small number of methanogenic species isolated to date from freshwater lakes. The ecophysiological study of this strain suggests that the temperature could partly explain the low representation of Methanobacteriales in this ecosystem. A part of the methane appears to be directly consumed in the anoxic zone (pelagic and benthic). The existence of this process of anaerobic oxidation, supported by microcalorimetric approaches, could be in deep sediments, dependent on archaeal candidate lineages whose physiology remains enigmatic. The gradual replacement of methanogens by two archaeal candidate lineages (MBG-D and MCG) along the sedimentary profile suggests that they live in contrasted niche. The putative regulation of the archaeal communities by virus was analyzed. This study has reported the first observations of archaeovirus-like particles in a non-extreme environment (in term of temperature, pH and salinity) and virus-like particles which might represent new viral families. An intense viral activity in these sediments is suggested by i) the important number of visibly infected cells and ii) the concomitant change of the viral and prokaryotic communities with depth. While a fraction of methane is probably oxidized anaerobically, the consumption of this metabolite is mainly dependent on the activity of aerobic methanotrophs dominated by species affiliated to the genus Methylobacter, one of the main types of methanotrophs found in freshwater environments.These methanotrophs have a large area of activity, extending around both sides of the red/ox interface in the water column. This wide distribution may partly explain the low quantity of methane released by the Lake Pavin. (...)CLERMONT FD-Bib.électronique (631139902) / SudocSudocFranceF

Anaerobic hexadecane degradation by a thermophilic Hadarchaeon from Guaymas Basin

Hadarchaeota inhabit subsurface and hydrothermally heated environments, but previous to this study, they had not been cultured. Based on metagenome-assembled genomes, most Hadarchaeota are heterotrophs that grow on sugars and amino acids, or oxidize carbon monoxide or reduce nitrite to ammonium. A few other metagenome-assembled genomes encode alkyl-coenzyme M reductases (Acrs), β-oxidation, and Wood-Ljungdahl pathways, pointing toward multicarbon alkane metabolism. To identify the organisms involved in thermophilic oil degradation, we established anaerobic sulfate-reducing hexadecane-degrading cultures from hydrothermally heated sediments of the Guaymas Basin. Cultures at 70?C were enriched in one Hadarchaeon that we propose as Candidatus Cerberiarchaeum oleivorans. Genomic and chemical analyses indicate that Ca. C. oleivorans uses an Acr to activate hexadecane to hexadecyl-coenzyme M. A β-oxidation pathway and a tetrahydromethanopterin methyl branch Wood-Ljungdahl (mWL) pathway allow the complete oxidation of hexadecane to CO2. Our results suggest a syntrophic lifestyle with sulfate reducers, as Ca. C. oleivorans lacks a sulfate respiration pathway. Comparative genomics show that Acr, mWL, and β-oxidation are restricted to one family of Hadarchaeota, which we propose as Ca. Cerberiarchaeaceae. Phylogenetic analyses further indicate that the mWL pathway is basal to all Hadarchaeota. By contrast, the carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-coenzyme A synthase complex in Ca. Cerberiarchaeaceae was horizontally acquired from Bathyarchaeia. The Acr and β-oxidation genes of Ca. Cerberiarchaeaceae are highly similar to those of other alkane-oxidizing archaea such as Ca. Methanoliparia and Ca. Helarchaeales. Our results support the use of Acrs in the degradation of petroleum alkanes and suggest a role of Hadarchaeota in oil-rich environments

Comparative genomics highlights the unique biology of Methanomassiliicoccales, a Thermoplasmatales-related seventh order of methanogenic archaea that encodes pyrrolysine

BACKGROUND: A seventh order of methanogens, the Methanomassiliicoccales, has been identified in diverse anaerobic environments including the gastrointestinal tracts (GIT) of humans and other animals and may contribute significantly to methane emission and global warming. Methanomassiliicoccales are phylogenetically distant from all other orders of methanogens and belong to a large evolutionary branch composed by lineages of non-methanogenic archaea such as Thermoplasmatales, the Deep Hydrothermal Vent Euryarchaeota-2 (DHVE-2, Aciduliprofundum boonei) and the Marine Group-II (MG-II). To better understand this new order and its relationship to other archaea, we manually curated and extensively compared the genome sequences of three Methanomassiliicoccales representatives derived from human GIT microbiota, “Candidatus Methanomethylophilus alvus", “Candidatus Methanomassiliicoccus intestinalis” and Methanomassiliicoccus luminyensis. RESULTS: Comparative analyses revealed atypical features, such as the scattering of the ribosomal RNA genes in the genome and the absence of eukaryotic-like histone gene otherwise present in most of Euryarchaeota genomes. Previously identified in Thermoplasmatales genomes, these features are presently extended to several completely sequenced genomes of this large evolutionary branch, including MG-II and DHVE2. The three Methanomassiliicoccales genomes share a unique composition of genes involved in energy conservation suggesting an original combination of two main energy conservation processes previously described in other methanogens. They also display substantial differences with each other, such as their codon usage, the nature and origin of their CRISPRs systems and the genes possibly involved in particular environmental adaptations. The genome of M. luminyensis encodes several features to thrive in soil and sediment conditions suggesting its larger environmental distribution than GIT. Conversely, “Ca. M. alvus” and “Ca. M. intestinalis” do not present these features and could be more restricted and specialized on GIT. Prediction of the amber codon usage, either as a termination signal of translation or coding for pyrrolysine revealed contrasted patterns among the three genomes and suggests a different handling of the Pyl-encoding capacity. CONCLUSIONS: This study represents the first insights into the genomic organization and metabolic traits of the seventh order of methanogens. It suggests contrasted evolutionary history among the three analyzed Methanomassiliicoccales representatives and provides information on conserved characteristics among the overall methanogens and among Thermoplasmat

Genomics and metagenomics of trimethylamine-utilizing Archaea in the human gut microbiome

International audienceThe biological significance of Archaea in the human gut microbiota is largely unclear. We recently reported genomic and biochemical analyses of the Methanomassiliicoccales, a novel order of methanogenic Archaea dwelling in soil and the animal digestive tract. We now show that these Methanomassiliicoccales are present in published microbiome data sets from eight countries. They are represented by five Operational Taxonomic Units present in at least four cohorts and phylogenetically distributed into two clades. Genes for utilizing trimethylamine (TMA), a bacterial precursor to an atherosclerogenic human metabolite, were present in four of the six novel Methanomassiliicoccales genomes assembled from ELDERMET metagenomes. In addition to increased microbiota TMA production capacity in long-term residential care subjects, abundance of TMA-utilizing Methanomassiliicoccales correlated positively with bacterial gene count for TMA production and negatively with fecal TMA concentrations. The two large Methanomassiliicoccales clades have opposite correlations with host health status in the ELDERMET cohort and putative distinct genomic signatures for gut adaptation

Diversity of archaea and implication of prokaryotes in the biochemical cycle of methane in continental aquatic environments : taxonomic and functional studies in the water column and the anoxic sediments of Lake Pavin

Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d’appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d’identifier l’ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d’eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d’autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d’eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l’étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d’acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l’ensemble de la colonne d’eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L’existence de ce processus d’oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu’une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l’activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d’eau douce. (...)Methane, a major greenhouse gas, is produced and consumed mainly by the metabolic activity of microorganisms affiliated to the domains Archaea and Bacteria. In order to understand the biogeochemical cycling of methane, it is essential to identify all the biological actors involved, as well as environmental factors modulating their activity. Freshwater lakes are a major source of methane because environmental conditions occurring in these ecosystems favor methanogenesis over other terminal processes of anaerobic degradation of organic matter. In this thesis, studies of communities involved in the biogeochemical cycling of methane were carried out in the water column and anoxic sediment of Lake Pavin (Auvergne), the unique French meromictic lake. This ecosystem has been selected as study site due to the high concentrations of methane in its deep water layer which contrast with the very low emission of this gas in the atmosphere. These geochemical observations suggest an intense activity of production and consumption of methane, providing an appropriate framework for studying the communities involved. Molecular approaches to characterize the spatial structure, composition, activity areas and factors (bottom-up and top-down) potentially involved in the regulation of methanogens and methanotrophs were, in this work, systematically associated to cultural and microcalorimetric approaches to acquire data on the physiology of microorganisms involved in the methane cycle. The results show that methanogens are distributed throughout the permanent anoxic water column (monimolimnion) and mainly in the superficial layer of the sediment situated under the monimolimnion. This metabolic group, mainly represented by species affiliated to Methanosaetaceae and Methanoregulaceae, is particularly active in the benthic zone which would be the main source of methane in this ecosystem. A new species of methanogen, Methanobacterium lacus, was isolated from these sediments and described. It enhances to the small number of methanogenic species isolated to date from freshwater lakes. The ecophysiological study of this strain suggests that the temperature could partly explain the low representation of Methanobacteriales in this ecosystem. A part of the methane appears to be directly consumed in the anoxic zone (pelagic and benthic). The existence of this process of anaerobic oxidation, supported by microcalorimetric approaches, could be in deep sediments, dependent on archaeal candidate lineages whose physiology remains enigmatic. The gradual replacement of methanogens by two archaeal candidate lineages (MBG-D and MCG) along the sedimentary profile suggests that they live in contrasted niche. The putative regulation of the archaeal communities by virus was analyzed. This study has reported the first observations of archaeovirus-like particles in a non-extreme environment (in term of temperature, pH and salinity) and virus-like particles which might represent new viral families. An intense viral activity in these sediments is suggested by i) the important number of visibly infected cells and ii) the concomitant change of the viral and prokaryotic communities with depth. While a fraction of methane is probably oxidized anaerobically, the consumption of this metabolite is mainly dependent on the activity of aerobic methanotrophs dominated by species affiliated to the genus Methylobacter, one of the main types of methanotrophs found in freshwater environments.These methanotrophs have a large area of activity, extending around both sides of the red/ox interface in the water column. This wide distribution may partly explain the low quantity of methane released by the Lake Pavin. (...

A microbe that uses crude oil to make methane

International audienceA microorganism that dwells in an underground oil reservoir has been found to degrade various petroleum compounds and use them to produce methane through a previously unreported biochemical pathway

Diversité des archées et implication de la composante procaryote dans le cycle biogéochimique du méthane en milieu aquatique continental : études taxonomiques et fonctionnelles dans la colonne d'eau et les sédiments anoxiques du lac Pavin

Methane, a major greenhouse gas, is produced and consumed mainly by the metabolic activity of microorganisms affiliated to the domains Archaea and Bacteria. In order to understand the biogeochemical cycling of methane, it is essential to identify all the biological actors involved, as well as environmental factors modulating their activity. Freshwater lakes are a major source of methane because environmental conditions occurring in these ecosystems favor methanogenesis over other terminal processes of anaerobic degradation of organic matter. In this thesis, studies of communities involved in the biogeochemical cycling of methane were carried out in the water column and anoxic sediment of Lake Pavin (Auvergne), the unique French meromictic lake. This ecosystem has been selected as study site due to the high concentrations of methane in its deep water layer which contrast with the very low emission of this gas in the atmosphere. These geochemical observations suggest an intense activity of production and consumption of methane, providing an appropriate framework for studying the communities involved. Molecular approaches to characterize the spatial structure, composition, activity areas and factors (bottom-up and top-down) potentially involved in the regulation of methanogens and methanotrophs were, in this work, systematically associated to cultural and microcalorimetric approaches to acquire data on the physiology of microorganisms involved in the methane cycle. The results show that methanogens are distributed throughout the permanent anoxic water column (monimolimnion) and mainly in the superficial layer of the sediment situated under the monimolimnion. This metabolic group, mainly represented by species affiliated to Methanosaetaceae and Methanoregulaceae, is particularly active in the benthic zone which would be the main source of methane in this ecosystem. A new species of methanogen, Methanobacterium lacus, was isolated from these sediments and described. It enhances to the small number of methanogenic species isolated to date from freshwater lakes. The ecophysiological study of this strain suggests that the temperature could partly explain the low representation of Methanobacteriales in this ecosystem. A part of the methane appears to be directly consumed in the anoxic zone (pelagic and benthic). The existence of this process of anaerobic oxidation, supported by microcalorimetric approaches, could be in deep sediments, dependent on archaeal candidate lineages whose physiology remains enigmatic. The gradual replacement of methanogens by two archaeal candidate lineages (MBG-D and MCG) along the sedimentary profile suggests that they live in contrasted niche. The putative regulation of the archaeal communities by virus was analyzed. This study has reported the first observations of archaeovirus-like particles in a non-extreme environment (in term of temperature, pH and salinity) and virus-like particles which might represent new viral families. An intense viral activity in these sediments is suggested by i) the important number of visibly infected cells and ii) the concomitant change of the viral and prokaryotic communities with depth. While a fraction of methane is probably oxidized anaerobically, the consumption of this metabolite is mainly dependent on the activity of aerobic methanotrophs dominated by species affiliated to the genus Methylobacter, one of the main types of methanotrophs found in freshwater environments.These methanotrophs have a large area of activity, extending around both sides of the red/ox interface in the water column. This wide distribution may partly explain the low quantity of methane released by the Lake Pavin. (...)Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d’appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d’identifier l’ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d’eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d’autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d’eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l’étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d’acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l’ensemble de la colonne d’eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L’existence de ce processus d’oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu’une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l’activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d’eau douce. (...

An archaeal origin of the Wood-Ljungdahl H4MPT branch and the emergence of bacterial methylotrophy

International audienceThe tetrahydromethanopterin (H 4 MPT) methyl branch of the Wood-Ljungdahl pathway is shared by archaeal and bacterial metabolisms that greatly contribute to the global carbon budget and greenhouse gas fluxes: methanogenesis and methylotrophy, including methanotrophy 1-3. It has been proposed that the H 4 MPT branch dates back to the last universal common ancestor 4-6. Interestingly, it has been identified in numerous recently sequenced and mostly uncultured non-methanogenic and non-methylotrophic archaeal and bacterial lineages, where its function remains unclear 5,7. Here, we have examined the distribution and phylogeny of the enzymes involved in the H 4 MPT branch and the biosyn-thesis of its cofactors in over 6,400 archaeal and bacterial genomes. We find that a full Wood-Ljungdahl H 4 MPT pathway is widespread in Archaea and is likely ancestral to this domain, whereas this is not the case for Bacteria. Moreover, the inclusion of recently sequenced lineages leads to an important shortening of the branch separating Archaea and Bacteria with respect to previous phylogenies of the H 4 MPT branch. Finally, the genes for the pathway are colocalized in many of the recently sequenced archaeal lineages, similar to bacteria. Together, these results weaken the last universal common ancestor hypothesis and rather favour an origin of the H 4 MPT branch in Archaea and its subsequent transfer to Bacteria. We propose a scenario for its potential initial role in the first bacterial recipients and its evolution up to the emergence of aerobic methylotrophy. Finally, we discuss how an ancient horizontal transfer not only triggered the emergence of key metabolic processes but also important transitions in Earth's history. The Wood-Ljungdahl (WL) pathway consists of the reversible reduction of CO 2 into the carbonyl and methyl moieties of acetyl-coenzyme A (acetyl-CoA) through two separate (carbonyl and methyl) branches 8 (Fig