Quand Olivier Gros, biologiste marin et professeur à l'Université des Antilles françaises en Guadeloupe, est parti à la recherche de microbes dans les eaux chaudes de l'océan du sud des Caraïbes, il n'essayait pas de trouver une nouvelle espèce de bactérie qui remettrait en question la compréhension traditionnelle du fonctionnement des cellules microscopiques. Mais dans les riches sédiments des systèmes de mangroves le long de la mer, c'est ce qu'il a obtenu.
La nouvelle espèce, désormais nommée Ca. Thiomargarita magnifica , est la plus grosse bactérie jamais découverte. Il pousse jusqu'à 2 centimètres de long, ce qui le rend visible à l'œil nu, et est 5 000 fois plus gros que certaines autres bactéries. Et bien que cela seul soit remarquable, sa structure cellulaire étonnamment complexe le distingue encore plus des autres du même genre. Une étude publiée aujourd'hui dans la revue Science explique comment Gros et d'autres chercheurs du Joint Genome Institute (JGI), un projet dirigé par le Département américain de l'énergie, et l'Université des Antilles françaises en Guadeloupe ont découvert et identifié cette bactérie défiant les catégories.
T. magnifique est un organisme unicellulaire qui ressemble à une fine vermicelle blanche. Il appartient au genre Thiomargarita, également connue sous le nom de bactérie géante, bien que cette espèce soit 50 fois plus grande que n'importe quel membre de son groupe. Gros a trouvé cette bactérie oxydant le soufre attachée aux sédiments sous les palétuviers gorgés d'eau autour de la Guadeloupe. Jusqu'à présent, les chercheurs disent qu'ils n'ont trouvé l'espèce nulle part ailleurs. La découverte initiale a été faite en 2009, mais l'analyse et la publication ont été retardées car les spécimens ne sont disponibles que de façon saisonnière sur le terrain. (Les microbiologistes n'ont pas encore déterminé le schéma de leur calendrier.)
Il a également fallu un certain temps à l'équipe de Gros pour reconnaître que le spécimen pouvait même être une bactérie, étant donné qu'ils pouvaient le voir sans microscope, ce qui est généralement nécessaire pour observer la plupart des bactéries. Mais avec une étude plus approfondie, Silvina Gonzalez-Rizzo, professeure agrégée de biologie moléculaire à l'Université des Antilles françaises et auteure de l'article, a utilisé le séquençage génétique pour l'identifier comme procaryote, et plus précisément comme une bactérie.
"Je pensais qu'ils étaient eucaryotes … parce qu'ils étaient si gros avec apparemment beaucoup de filaments", a déclaré Gonzalez-Rizzo dans un communiqué de presse. "Le fait qu'il s'agisse de "macro" microbes était fascinant !"
Généralement, la vie classée par cellules est divisée en deux groupes :les procaryotes, qui comprennent des bactéries et d'autres microbes unicellulaires appelés archées, et les eucaryotes, qui comprennent tout, des algues aux humains. Les scientifiques pensent que les eucaryotes ont évolué à partir des procaryotes il y a environ 2,7 milliards d'années, ce qui a créé plusieurs différences clés entre les deux. La plus grande distinction est que les cellules eucaryotes ont un noyau bien défini contenant l'ADN de la cellule, contrairement aux cellules procaryotes ; leur ADN flotte librement à travers la cellule à la place.
T. magnifique ne respecte pas ces règles, cependant. Non seulement il est exponentiellement plus grand que la plupart des bactéries, mais il contient également son ADN dans une membrane, comme une cellule eucaryote plus complexe. Jean-Marie Volland, chercheur commun à l'IJG et au Laboratoire de recherche sur les systèmes complexes, a utilisé diverses techniques de microscopie pour identifier ces nouveaux compartiments membranaires contenant de l'ADN.
La non-conformité de l'espèce est déconcertante, même pour les chercheurs qui ont vu des bactéries de toutes formes et fonctions. Une cellule procaryote présentant des traits eucaryotes remet en question les règles de classification établies de longue date.
"J'ai tendance à être très critique sur tout ce qui est inhabituel", déclare Tanja Woyke, responsable du programme de génome microbien pour JGI, qui a aidé à concevoir le T. magnifique étude pour assurer la cohérence des résultats. «Nous avons donc eu beaucoup de discussions sur les contrôles appropriés dans nos recherches et nous avons été trop prudents. Les grandes revendications nécessitent de grandes preuves. »
En plus de sa taille étonnante et de l'organisation de son ADN, T. magnifique possède également trois fois plus de gènes que la plupart des bactéries. Woyke dit que cette abondance pourrait permettre à l'organisme de répondre à des stimuli locaux et d'activer des gènes isolés dans différentes parties de sa cellule. Par exemple, si une région a besoin de produire plus d'oxygène, elle pourrait augmenter la production localement.
Une autre façon T. magnifique diffère des autres bactéries par le fait qu'elle a un cycle de vie dimorphe et se reproduit par bourgeonnement. Grâce à ce processus, la cellule à long filament se resserrera à un moment donné et développera un bourgeon séminal qui se libérera, s'installera dans l'environnement, s'attachera à un nouveau substrat et deviendra un nouvel individu d'apparence identique. Ce cycle de vie n'a jamais été observé auparavant à cette échelle, dit Volland.
Seulement 1 % des gènes sont transmis aux cellules filles par ce processus de bourgeonnement, mais cela ne signifie pas que le reste est aléatoire. Bien qu'il soit courant de voir des variations génétiques entre les cellules bactériennes, parce que T. magnifique transmet un si faible pourcentage de sa génétique à sa progéniture, il pourrait être naturel de penser qu'il y aurait aussi beaucoup de diversité dans son cas. Cependant, dans les milliers de copies du génome que l'équipe a séquencées, l'équipe de Volland a noté qu'il y avait très peu de variations, ce qui signifie que malgré le transfert minimal, les copies du génome sont presque identiques.
"L'une des grandes questions pour ce futur est de savoir comment cette bactérie maintient l'homogénéité", déclare Volland. C'est une question qu'il veut approfondir à l'avenir.
Pour Woyke et Volland, cette découverte ne consiste pas seulement à introduire une nouvelle bactérie dans le dossier scientifique, elle suggère également qu'il existe de nouvelles façons d'identifier des organismes qui n'auraient peut-être pas été envisagées auparavant. Les microbiologistes examinent les organismes microscopiques, dit Volland, il y a donc un biais dans la recherche vers les bactéries qui peuvent être vues au microscope. La découverte de son équipe montre que les experts peuvent sortir des sentiers battus et rechercher des traits qui pourraient ne pas être typiques de leurs sujets d'étude. Il s'agit de contester le biais de confirmation, dit Volland.
"Nous avons maintenant cette opportunité unique d'examiner un microbe actuellement vivant qui évolue vers une plus grande taille, la compartimentation de l'ADN et tous ces problèmes de complexité biologique", déclare Volland. « Parfois, cette recherche est difficile car il faut remonter dans le temps et rechercher des séquences cachées dans les données. Mais avec cette espèce, nous pouvons l'utiliser comme un système moderne pour poser des questions sur ce qui est essentiel pour que les bactéries évoluent pour se développer. »
