Des scientifiques déconcertés par la découverte de bactéries qui devraient être trop grosses pour fonctionner

Imaginez visiter une mangrove dans les Caraïbes et découvrir un humain aussi grand que le mont Everest.

Quelque chose comme ça est arrivé au biologiste marin Jean-Marie Volland – sauf qu’au lieu d’un humain, il est tombé sur une espèce de bactérie géante.

En fait, « géant » peut être un euphémisme. Les longs microbes filandreux trouvés par Volland sont plus de 5 000 fois plus gros que les bactéries microscopiques typiques qui jouent un rôle vital dans les écosystèmes de la planète.

L’espèce nouvellement découverte est si grande qu’elle est facilement visible à l’œil nu. Certains spécimens mesurent jusqu’à 2 centimètres de long, soit le diamètre d’un penny américain.

Auparavant, le titre de plus grande bactérie du monde appartenait à un microbe de la taille d’un œil de drosophile.

Le nouveau détenteur du record, décrit jeudi dans la revue Science, ressemble à de fins filaments ressemblant à des cheveux. Ses découvreurs l’ont trouvé si magnifique qu’ils l’ont nommé Thiomargarita magnifica.

Au-delà de démolir la notion que les bactéries sont microscopiques, la découverte remet en question les idées de longue date sur la nature de la vie sur notre planète.

La bactérie a été repérée pour la première fois en 2009 par Olivier Gros, biologiste à l’Université des Antilles françaises et de la Guyane, lors de la collecte d’échantillons sous-marins en Guadeloupe, un groupe d’îles françaises dans les Caraïbes.

L’un des sites de prélèvement au milieu des mangroves de Guadeloupe où les scientifiques ont découvert une bactérie géante unicellulaire.

(Olivier Gros / Université des Antilles et Guyane françaises)

« J’ai remarqué de longs filaments blancs attachés aux feuilles enfoncées des palétuviers », a-t-il déclaré. « Compte tenu de leur taille, je n’aurais jamais imaginé qu’il s’agissait de bactéries unicellulaires. »

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Cependant, des années d’études de suivi impliquant l’imagerie microscopique et le séquençage de l’ADN ont convaincu Gros et ses collaborateurs que les filaments faisaient partie de la Thiomargarita genre de bactéries.

T. magnificus sont des mangeurs de soufre. La matière organique en décomposition emprisonnée dans les racines des mangroves libère de grandes quantités de composés soufrés nauséabonds qui sont toxiques pour la plupart des animaux. Mais ces bactéries dévorent les sulfures pour générer de l’énergie dans un processus connu sous le nom de chimiosynthèse.

« Des petites astuces pour gagner sa vie lorsque les conditions environnementales ne sont peut-être pas totalement appropriées » permettent aux mangeurs de soufre de repousser les limites de leur taille, a déclaré Victoria Orphan, écologiste microbienne à Caltech qui n’a pas participé à l’étude.

La raison pour laquelle ces bactéries se sont développées à leur échelle gigantesque fait toujours l’objet d’un débat, mais les scientifiques ont quelques idées. Les filaments d’un centimètre de long T. magnificus peut l’aider à atteindre des eaux plus élevées et à tirer parti des gradients chimiques, en comblant un fossé entre l’endroit où il y a plus d’oxygène et l’endroit où le sulfure est plus abondant.

Un autre avantage est d’échapper à la prédation – personne ne peut manger le plus gros poisson d’un étang.

Gros a déclaré que les bactéries ne sont pas abondantes dans les mangroves. Cependant, les échantillons capturés dans la nature avec lesquels les chercheurs ont travaillé jusqu’à présent ont été étonnamment solides et résistants.

« Pour la toute première fois, j’ai pu jouer avec des bactéries avec une pince à épiler », a déclaré Volland, biologiste marin au Lawrence Berkeley National Laboratory et auteur principal de l’article dans Science. La prochaine étape, a-t-il dit, est de les cultiver dans un laboratoire.

Un filament d'une cellule bactérienne Thiomargarita magnifica.

UN Thiomargarita magnifica cellule bactérienne vue au microscope.

(Jean-Marie Volland / Lawrence Berkeley National Laboratory via Associated Press)

Maintenir une cellule bactérienne des milliers de fois plus grande que la normale est un cauchemar logistique.

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Être microscopique facilite la diffusion, la manière dont les bactéries transportent les molécules dans leur corps unicellulaire et échangent des nutriments et des déchets avec leur environnement. La diffusion est un processus lent et une bactérie de la taille de T. magnificus aurait besoin de plusieurs heures pour déplacer des choses, immobilisant sa biochimie.

T. magnificus contourne ce problème en plaçant une grande vacuole – essentiellement une bouteille de nitrate de plongée qui l’aide à respirer – en plein centre de son corps cylindrique. Cette vacuole pousse les protéines, sucres et métabolites essentiels de la cellule contre sa membrane, facilitant ainsi la diffusion.

Le mode d’emploi d’une cellule bactérienne est stocké dans son matériel génétique, l’ADN. Dans les bactéries ordinaires, cet ADN nage librement dans les limites de la cellule.

T. magnificustoutefois, a développé une nouvelle machinerie qui emballe son ADN en de nombreuses copies, chacune stockée dans un minuscule compartiment lié à une membrane. Les scientifiques ont appelé ce nouveau type d’organite bactérien un pépin, d’après les multiples petites graines ou pépins trouvés dans les fruits comme les pastèques. Des milliers de pépins répartis sur toute la longueur de T. magnificus agir comme des unités de stockage sûres pour son matériel génétique et fournir des centres de contrôle localisés pour les activités cellulaires.

« Si vous voulez générer des protéines en réponse à quelque chose qui se passe en haut ou en bas de la cellule, il serait peut-être préférable d’avoir une autre copie du génome située à proximité », a déclaré Jonathan Eisen, microbiologiste à l’UC Davis. pas impliqué dans l’étude.

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Jusqu’à présent, on pensait que l’emballage de l’ADN d’une cellule à l’intérieur d’un noyau lié à une membrane, comme la graine d’un avocat, était strictement limité aux cellules d’organismes multicellulaires plus complexes.

« Cela fait T. magnificus un exemple fascinant d’une bactérie qui a évolué à un niveau de complexité plus élevé », a déclaré Volland.

Malgré sa taille colossale, les scientifiques pensent qu’il est peu probable que T. magnificus sont les mastodontes du monde bactérien. Au lieu de cela, sa découverte met en évidence la gamme étroite de microbes étudiés en laboratoire et la diversité infinie de la vie microbienne encore inconnue dans la nature.

« Je rappelle régulièrement aux gens que les bactéries ne sont pas primitives – elles ont évolué tout autant que nous », a déclaré Eisen. « Si nous continuons à chercher, nous trouverons plus d’exceptions. »

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