Une étude, dont les résultats intitulés «Resurrection of Ancestral Malate Dehydrogenases Reveals the Evolutionary History of Halobacterial Proteins : Deciphering Gene Trajectories and Changes in Biochemical Properties» sont publiés dans la revue Molecular Biology and Evolution, a permis de détailler comment trois lignées d’haloarchées, vivant dans un environnement saturé en sels, ont indépendamment adapté la solubilité et la stabilité d’une de leurs enzymes à des conditions de salinité extrêmes.

Relevons tout d'abord que «les archées (Archaea) forment l’un des trois groupes fondamentaux d’organismes qui peuplent la terre, les deux autres étant les bactéries et les eucaryotes, ce 3° groupe réunissant les organismes dont les cellules sont pourvues d’un noyau» et notons que «les haloarchées sont un groupe d’archées adaptées aux environnements hypersalins tels que les lacs salés» dont l’origine remonterait à 500 millions d’années.

Récemment, il a été établi que «les haloarchées suivent la stratégie 'salt-in', c’est-à-dire que l’intérieur de leur unique cellule est aussi concentré en sels que l’est le milieu extérieur, la stratégie alternative étant de pomper hors des cellules les ions salins». Comme «cette stratégie 'salt-in' nécessite des adaptations spécifiques à la plupart des protéines de ces organismes puisque des concentrations salines élevées détruisent la structure tridimensionnelle et donc la fonctionnalité des protéines», il est essentiel «de comprendre la nature de ces adaptations moléculaires, et comment elles se sont mises en place au cours de l’histoire évolutive des haloarchées».

Cette question a été abordée dans le cadre de l'étude ici présentée «via la 'résurrection' de protéines ancestrales (estimation bioinformatique de leurs séquences, synthèse chimique de leurs gènes, biosynthèse puis purification et caractérisation fonctionnelle)», une technique, en place depuis quelques années, «spécialement appropriée à l’analyse de l’histoire évolutive d’une ou plusieurs protéines».

Concrètement, «dans un premier temps, des méthodes statistiques établissent une estimation bio-informatique des états ancestraux les plus probables d'un ensemble de séquences protéiques homologues (donc issues d'un ancêtre commun) présentes dans les haloarchées actuelles».

Alors qu'il fallait «reconstituer l’histoire évolutive des protéines étudiées depuis la divergence de ce dernier ancêtre commun», cette opération s’est révélée complexe «en raison de plusieurs duplications et transferts horizontaux de gènes (le transfert horizontal de gènes est un phénomène au cours duquel un organisme absorbe de l’ADN provenant d’un autre organisme sans en être le descendant)».

Pour produire ces protéines ancestrales, des fragments d’ADN «dont la séquence code ces protéines ancestrales» sont synthétisés puis introduits dans des bactéries. Ces protéines sont purifiées, «leur activité enzymatique ainsi que leur stabilité conformationelle sont mesurées» de façon à «faire correspondre l’effet des mutations accumulées sur une longue période évolutive dans une enzyme avec les changements de propriété qu’elle a subis». Du fait que «la structure tridimensionnelle, déterminée par cristallographie aux rayons X, d’une de ses enzymes existe», on peut localiser précisément les zones où agissent les mutations.

Appliquée à l'analyse «d’une enzyme impliquée dans le métabolisme, la malate déshydrogénase (MalDH)», cette démarche a permis d'établir «que l’enzyme du dernier ancêtre commun à toutes les MalDH d’haloarchées était déjà enrichie en acides aminés acides, et que cette propriété qui permet une grande solubilité a été conservée tout au long de l’histoire des haloarchées». En outre il est apparu «que la MalDH a acquis, de façon indépendante dans trois lignées différentes, la capacité à conserver sa structure tridimensionnelle grâce à des ions stabilisant son assemblage oligomérique, et donc son activité, sur une large gamme de concentrations salines et de pH».