UCYN-A, la cyanobactérie qui fixe l’azote mais ignore la photosynthèse

Une équipe d'océanographes américains annonce avoir découvert une nouvelle CyanobactérieBactéries photosynthétiques dont le pigment (qui capte de l\'énergie de la lumière solaire) est la phytocyanine. Elles peuvent vivre agglutinées en filaments, les trichomes. Les chloroplastes, organites présents dans les cellules végétales et où s\'accomplit la photosynthèse, sont d\'anciennes...');" onmouseout="killlink()">cyanobactérie capable de fixer l'azote seul, à l'exclusion du CO₂. Une découverte très surprenante, qui suscite un grand intérêt et qui pourrait modifier notre point de vue sur le cycle océanique de l'azote et du carbone.

Egalement appelées cyanophycées ou, anciennement, AlgueClasse de végétaux inférieurs marins ou aquatiques comprenant des microalgues invisibles à l\'oeil nu dans le plancton, et les macroalgues réparties en 3 grands groupes :
- les algues brunes
- les algues rouges
- les algues vertes');" onmouseout="killlink()">algues bleues, les cyanobactéries sont des ProcaryoteOrganisme (bactéries, cyanophycées) dont la cellule ne possède pas de noyau, contrairement aux eucaryotes.');" onmouseout="killlink()">procaryotes (comme toutes les BactérieMicro-organisme unicellulaire sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d\'ADN. La bactérie contient un seul chromosome et éventuellement des plasmides.
Certaines bactéries peuvent être pathogènes. Chez l\'Homme les symptômes d\'une infection bactérienne sont similaires à ceux observés...');" onmouseout="killlink()">bactéries). On en connaît environ 2.000 EspèceGroupe d\'êtres vivants pouvant se reproduire entre eux (interfécondité) et dont la descendance est fertile.

L\'espèce est l\'entité fondamentale des classifications, qui réunit les êtres vivants présentant un ensemble de caractéristiques morphologiques, anatomiques, physiologiques,...');" onmouseout="killlink()">espèces réparties en plus de 150 genres. Ces modestes cellules sont capables de fixer l'azote provenant de l'atmosphère, un atome pourtant indispensable à l'ensemble de la vie terrestre. Très répandues dans l'océan mondial, les cyanobactéries forment le premier contingent des fixateurs d'azote.

Mais, croyait-on, elles ne peuvent réaliser ce travail que la nuit. Le jour, en effet, elles s'adonnent à la PhotosynthèseRéaction se déroulant chez les plantes dans les chloroplastes où l\'énergie solaire est utilisée pour oxyder l\'eau et réduire le gaz carbonique afin de synthétiser des substances organiques (glucides).');" onmouseout="killlink()">photosynthèse, c'est-à-dire la récupération d'énergie solaire pour transformer le Dioxyde de carboneLe dioxyde de carbone est produit lors de tous les processus de combustion. La production industrielle et les émissions des automobiles représentent un problème écologique majeur (effet de serre). Dans la maison, la principale source après les combustions est l\'homme.
Le métabolisme humain...');" onmouseout="killlink()">gaz carbonique (CO₂) en MoléculeEnsemble d\'atomes unis les uns aux autres par des liaisons chimiques.');" onmouseout="killlink()">molécules organiques, avec production d'OxygèneGaz essentiel au métabolisme et à la survie de l\'organisme. Il est transporté des poumons aux tissus par l\'hémoglobine se trouvant dans les érythrocytes. Il se lie à la myoglobine dans les muscles.');" onmouseout="killlink()">oxygène. Or, celui-ci a la propriété d'inhiber efficacement l'activité de la nitrogénase, une EnzymeProtéine catalysant une réaction biochimique. Il y a six classes d\'enzymes : les oxydoréductases, les transférases, les hydrolases, les lyases, les isomérases et les ligases.
Protéine volumineuse ; les enzymes ont pour mission d\'accélérer (catalyser) les réactions chimiques dans les organismes...');" onmouseout="killlink()">enzyme justement responsable de la fixation de l'azote. La nouvelle cyanobactérie nommée UCYN-A, elle, semble fonctionner tout à fait différemment puisqu'elle ne peut pas réaliser la photosynthèse. « Découvrir un organisme pourvu d'un MétabolismeEnsemble des réactions couplées se produisant dans les cellules de l\'organisme. Il permet soit d\'extraire l\'énergie des nutriments (catabolisme), soit de synthétiser les constituants nécessaires à la structure et au bon fonctionnement des cellules (anabolisme).');" onmouseout="killlink()">métabolisme aussi atypique est particulièrement excitant, s'enthousiasme Jonathan Zehr, de l'Université de Californie (Santa Cruz). Nous allons essayer de comprendre comment un tel être vivant peut vivre et se développer avec tellement de pièces manquantes ».

UCYN-A, la nouvelle cyanobactérie jusqu'ici inconnue, récoltée dans la Pacifique sud à proximité des côtes hawaïennes. Crédit Jonathan Zehr

Comment peut-elle vivre seule ?

Ce curieux organisme n'a pas été isolé par culture mais repéré par analyse MétagénomeEnsemble des génomes des populations bactériennes d\'un milieu donné. La méthode utilisée pour l\'analyser — la métagénomique — consiste à étudier collectivement les gènes, sans les détailler individu par individu.
L\'avantage est une rapidité plus grande de l\'analyse et le principe...');" onmouseout="killlink()">métagénomique, consistant à analyser une grande quantité d'ADNAcide DésoxyriboNucléique, molécule support de l\'information génétique héréditaire. L\'ADN forme des pelotes microscopiques qui, chez les organismes eucaryotes, sont localisés dans le noyau des cellules.Déroulés, les molécules d\'ADN s\'étirent en un très long fil, constitué par un enchaînement...');" onmouseout="killlink()">ADN bactérien provenant de nombreux individus différents (la méthode employée est la technlogie 454 Life Science). Cette technique a permis à l'équipe de Jonathan Zehr de séquencer 80% du GénomeEnsemble du matériel génétique d\'un individu. Patrimoine héréditaire d\'un individu.');" onmouseout="killlink()">génome de la cyanobactérie, dont la partie où se trouvent d'ordinaire les GèneUnité d\'hérédité contrôlant un caractère particulier. Cet élément génétique correspondant à un segment d\'ADN ou d\'ARN (virus), situé à un endroit bien précis (locus) sur un chromosome. Chaque région de l\'ADN qui produit une molécule d\'ARN fonctionnelle est un gène.
Le noyau de la cellule est « la...');" onmouseout="killlink()">gènes de la photosynthèse. Mais les chercheurs ne les y ont pas trouvés....

« Cela a des implications multiples. Cet organisme doit avoir un "style de vie" très différent de celui des autres cyanobactéries. Ecologiquement, il est très important de comprendre son rôle dans l'ÉcosystèmeSubdivision de la biosphère constituée d\'un ensemble d\'espèces (biocénose) et du milieu (biotope) où il se déploie.');" onmouseout="killlink()">écosystème, et comment celui-ci affecte le reste du carbone et de l'azote dans les océans », ajoute Jonathan Zehr, dans le communiqué publié par l'UC Santa Cruz.

Mais comment se nourrit-elle ? Sans photosynthèse, elle ne peut, à l'instar d'u animal, farbiquer des sucres à partir du gaz carbonique. A-t-elle mis au point une méthode inconnue d'absorption des NutrimentMolécule d\'origine alimentaire pouvant être absorbée telle quelle dans l\'organisme, tels le glucose ou les vitamines. Les nutriments sont souvent les produits de la digestion des aliments.');" onmouseout="killlink()">nutriments présents dans son environnement ? Autre possibilité, plus vraisemblable, UCYN-A vivrait en SymbioseRelation permanente entre deux organismes d\'espèces différentes et qui se traduit par des effets bénéfiques aussi bien pour l\'un que pour l\'autre.');" onmouseout="killlink()">symbiose avec d'autres organismes encore inconnus qui lui fourniraient du carbone tandis qu'elle leur renverrait l'azote en échange.

L'équipe de Jonathan Zehr travaille actuellement à combler les nombreuses lacunes dans la connaissance  de UCYN-A. Tant que cette cyanobactérie n'aura pas été cultivée, il sera difficile de préciser son métabolisme. Toutefois, l'une des priorités de la recherche est de cartographier sa présence dans les océans et déterminer son abondance relative au niveau planétaire. Cette fixation diurne de l'azote à l'échelle mondiale doit en effet être prise en compte pour préciser les cycles du carbone et de l'azote dans l'océan.

Il serait aussi envisageable, si sa culture est possible, d'exploiter le métabolisme exceptionnel de cette cyanobactérie dans des applications de biotechnologie...