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À la recherche d’une bactérie dans l’océan

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À la recherche d’une bactérie dans l’océan

 

 

Sébastien Duperron est maître de conférences à l’UPMC. Il enseigne la biologie animale et la microbiologie en licence et en master. Spécialiste de la symbiose entre animaux marins et bactéries, il part en mission, tous les deux ans environ, pour aller chercher sur le terrain des spécimens pour ses recherches. Cette année, il embarque avec François Lallier, enseignant-chercheur à la station biologique de Roscoff (UPMC/CNRS) et chef de la mission, pour la campagne BioBaz dans l’océan Atlantique.

 

 

Sur quoi portent vos recherches ?

 

Sébastien Duperron : Je m’intéresse aux symbioses entre bactéries et hôtes : leur apparition au cours de l’évolution, leur fonctionnement et leur importance pour la survie des animaux et la colonisation de nouveaux habitats. Mes recherches portent sur la moule Bathymodiolus azoricus, dite Baz, qui vit entre 800 et 2400 mètres de profondeur autour des sources hydrothermales de la ride Médio-Atlantique. La campagne BioBaz va explorer ces sources situées au milieu de l’océan Atlantique, là où se fabrique le plancher océanique et où s’écartent les plaques tectoniques européenne et américaine. Les moules font partie des organismes dominants vivant autour de ces sources, plus ou moins riches en hydrogène, en sulfure de dihydrogène et en méthane.

Chez la plupart des moules de l’océan profond, des bactéries se situent au niveau des branchies et se nourrissent soit uniquement de méthane – les méthanotrophes -, soit de sulfures – les sulfoxydantes- par un mécanisme nommé chimiosynthèse. Baz possède les deux types de bactéries dans ses branchies, ce qui est sûrement lié au fait que son habitat contienne ces deux substrats. Bathymodiolus se nourrit à partir de ces bactéries, en les digérant ou en récupérant des composés qu’elles produisent.

 

En quoi cette mission originale va-t-elle faire avancer vos recherches ?

 

S.B : Lors de la mission, nous serons plusieurs à travailler sur Baz. L’idée de la campagne est de rassembler différents spécialistes pour réaliser une étude intégrée prenant en compte différents niveaux de complexité. Ainsi, nous pourrons tirer une synthèse beaucoup plus générale sur le fonctionnement du « système symbiotique » formé par l’animal et ses bactéries associées. L’intérêt de la campagne BioBaz réside dans le fait que nous allons embarquer des aquariums sous pression qui nous permettront de remonter les animaux sans altérer la pression du fond. Ils seront alors dans de bonnes conditions physiologiques pour les expériences et les analyses.

Nous allons exposer les animaux à différentes teneurs en sulfure et en méthane pour savoir si la densité de bactéries à l’intérieur de l’animal change en fonction de l’environnement.

De mon côté, je veux savoir si les densités de bactéries changent avec le temps, à quelle vitesse, avec quelle amplitude et jusqu’à quelle limite. Cette flexibilité contribue à optimiser l’utilisation des ressources disponibles et explique probablement le succès de Bathymodiolus azoricus dans l’écosystème hydrothermal. Le sulfure de dihydrogène est un substrat toxique pour les animaux mais ils arrivent pourtant à vivre autour de ces sources. Il est donc intéressant de comprendre comment l’animal arrive à concilier le besoin de sulfures pour alimenter ses bactéries et le besoin de se protéger contre sa toxicité. Les bactéries pourraient contribuer à protéger l’animal. Je voudrais également comprendre comment les bactéries passent d’une génération à une autre. Sont-elles transmises aux jeunes directement ? Nous pensons au contraire que chaque génération se recontamine avec les bactéries qui seraient présentes dans l’environnement à l’état libre, mais on ignore encore où et en quel nombre !

 

Comment allez-vous détecter les bactéries  à des milliers de mètres de fond ?

 

S.B : Nous allons chercher à identifier et compter les bactéries dans les branches des moules mais aussi dans divers compartiments de l’environnement comme l’eau et les surfaces minérales que nous prélèverons sur le fond grâce au submersible téléopéré Victor 6000.

Comme ces bactéries ne dépassent pas le millionième de mètre, elles sont invisibles à l’œil nu. On pourrait essayer de les mettre en culture, mais jusqu’à présent il n’a jamais été possible d’obtenir des cultures de ces bactéries symbiotiques, car on ne sait pas reconstituer leur milieu naturel au laboratoire.

Nous allons utiliser une méthode indirecte, indépendante de la mise en culture, basée sur la biologie moléculaire. Nous prenons le tissu ou l’eau contenant des bactéries, nous extrayons en masse l’ADN puis nous amplifions certains gènes grâce à la réaction de polymérisation en chaîne (PCR). Nous utilisons des petits morceaux d’ADN appelés amorces, complémentaires de la séquence ADN des bactéries et notamment d’un gène marqueur présent chez toutes les bactéries, codant pour l’ARN ribosomique 16S. Ce gène va être amplifié, séquencé et comparé à une base de données. Grâce à cette opération, nous saurons si les bactéries symbiotiques sont présentes ou pas. D’autres gènes pourront être utilisés pour cibler tel ou tel extrait caractéristique de leur métabolisme.

Nous procèderons ensuite à une hybridation in situ grâce à une sonde complémentaire de la séquence du gène marqueur, sur laquelle nous allons accrocher une molécule fluorescente. Lorsque la bactérie sera détectée dans les branchies ou dans l’eau, le fluorochrome brillera et nous verrons combien de points s’allument sous le microscope à fluorescence pour les bactéries méthanotrophes et combien pour les bactéries sulfoxydantes, ce qui permettra de les compter. Il s’agit d’une méthode indirecte avec laquelle nous identifions et caractérisons les bactéries. En somme, nous faisons la même chose que les naturalistes il y a plusieurs siècles avec les animaux et plantes visibles, à un détail près : nous explorons un « continent invisible » de bactéries et de microorganismes !

 

L'interview de François Lallier, chef de la mission BioBaz

L’interview de Magali Zbinden, spécialiste de la symbiose entre bactérie et crevette

L'interview de Bruce Shillito, biophysicien et créateur d'aquariums pressurisés

Sébastien Duperron distingué par la médaille de la Société d’Océanographie de France

 

 



27/08/14