Dans les profondeurs marines, ces deux êtres vivants survivent mutuellement grâce à l'autre
Après plus de 10 ans de recherches dans les eaux gelées de l'Atlantique, une équipe de scientifiques norvégiens lève une partie du mystère entourant l'alliance d'un bivalve et d'une bactérie.
Acesta excavata, ici photographié en Norvège, est un bivalve filtreur caractéristique des récifs de coraux d'eau froide de l'océan Atlantique.
Peut-on survivre grâce aux gènes de quelqu’un autre ? La question pourrait sortir tout droit d’un roman de science-fiction, mais c’est pourtant de cette manière que semble se développer le bivalve Acesta excavata. Espèce caractéristique d’un milieu méconnu du grand public, le coquillage se retrouve dans les récifs coralliens d’eau froide de l’Atlantique.
S’étendant bien plus profondément que leurs cousins tropicaux, ces coraux dépassent parfois les 2 000 m de profondeur, bien loin du Soleil. Néanmoins, à l’instar des coraux d’eau chaude, ils représentent un écosystème florissant qui abrite de nombreuses espèces de poissons et de coquillages.
C’est dans ce milieu très particulier que l’on trouve Acesta excavata, un bivalve filtreur d’une quinzaine de centimètres qui a attiré l’attention des chercheurs grâce à sa grande taille. « Les bivalves ne sont pas toujours très grands », explique le professeur Sébastien Duperron, chercheur au Muséum d’Histoire naturelle de Paris et consultant dans le cadre d’une étude sur ce sujet, « quand on trouve de très grands spécimens, on se dit qu’il faut comprendre ce qu’ils font là ».
C’est dans cette optique que le professeur Sigmund Jensen, de l’Université norvégienne pour les sciences de la vie de Ås, s’est intéressé à cet organisme. Dans un premier lieu, la réalisation de séquençages et d’électrophorèses a permis la mise en évidence de la présence de bactéries de la famille des Endozoicomonadaceae dans les branchies de l’animal. Ces résultats ont ensuite été confirmés par la mise au point de sondes ADN spécifiques aux bactéries, permettant de les localiser avec précision dans les cellules branchiales.
Alcyonium digitatum sur des récifs coralliens d'eau froide norvégiens. Parfois situés à plus de 2 000 m de profondeur, ces récifs se développent sans avoir accès à la lumière du soleil.
UNE SYMBIOSE SINGULIÈRE
La présence de symbiotes dans un organisme marin n’est pas une nouveauté dans le domaine scientifique : tout comme les humains, de nombreux animaux reposent sur les symbioses pour vivre. « Les bactéries de nos intestins par exemple, synthétisent des vitamines que nous ne sommes pas capables de produire », précise le professeur Duperron. Mais pour la bactérie Acestibacter aggregatus, ce n’est pas si simple.
Impossible à cultiver en dehors de son milieu, cette dernière était encore très mystérieuse lors de sa découverte quelques années plus tôt, et ne présentait pas vraiment le profil du colocataire idéal pour Acesta excavata. Incapable de produire des molécules chimiques complexes ni même ses propres composants, la bactérie ressemblait davantage à un parasite qu’à un symbiote.
Afin de tirer la situation au clair, le professeur Jensen a réalisé un séquençage du génome et du protéome de la bactérie. Ces méthodes permettent de révéler l’ensemble des gènes présents dans un organisme ainsi que toutes les protéines susceptibles d’être produites. « Le génome confirme que c’est bien une bactérie hétérotrophe, elle assimile les constituants essentiels de l’organisme par la nutrition, ce qui n’a rien à voir avec les symbioses que l’on connaissait jusqu’alors avec des bactéries autotrophes [qui peuvent synthétiser leurs composants elles-mêmes] », explique l’expert. Grâce à ces données, les chercheurs peuvent ensuite dresser la liste de toutes les capacités théoriques d’un être vivant, qu’il soit animal, végétal, ou comme ici, bactérien.
Issue d’une famille de bactéries rassemblant de nombreux symbiotes, Acestibacter aggregatus est notamment capable de produire de la lectine. Cette molécule également retrouvée dans notre système immunitaire permet la communication entre des cellules bactériennes et des cellules eucaryotes qui sont dotées d’un noyau. En théorie, cela suggère que les deux organismes pourraient, à un certain degré, communiquer entre eux. De plus, Acestibacter est aussi capable de produire des molécules simples telles que des vitamines, mais aussi et surtout des enzymes digestives qui seraient particulièrement avantageuses pour son hôte.
Comme de nombreux bivalves, Acesta se nourrit en capturant les particules en suspension dans son environnement : en créant un flux constant d’eau dans ses branchies, le coquillage assure à la fois son oxygénation et son apport en nutriments, et c’est dans ce contexte que la collaboration avec Acestibacter intervient.
Malgré la faible température et l’éloignement du Soleil, les eaux de la mer de Norvège sont particulièrement riches en zooplancton. Des baleines aux coquillages, ces micro-organismes représentent à eux seuls une source de nourriture extrêmement importante pour de nombreuses espèces… à condition de pouvoir les digérer !
Recouvert d’un exosquelette constitué de molécules de polysaccharides complexes et dépourvues de nutriments, le zooplancton n’est pas si facile à assimiler. Sans un jeu particulier d’enzymes digestives, essayer de le manger reviendrait, pour un humain, à essayer de digérer la carapace d’un crabe. Cependant, Acesta excavata ne présente aucun gène susceptible de produire les enzymes nécessaires pour dégrader leur exosquelette.
« Sigmund Jensen a regardé dans le génome [de Acestibacter aggregatus] quels étaient les gènes qui pourraient aider à la dégradation des polysaccharides complexes, et il en a trouvé qui dégradent la chitine », explique le professeur Duperron. « L’hypothèse est que ces enzymes, si elles sont sécrétées par la bactérie, se retrouvent dans le mucus des branchies, et […] facilitent l’assimilation par l’animal. »
Sur terre comme en mer, la chitine est un composant courant des exosquelettes d’invertébrés, et peut constituer aussi bien la carapace d’un homard que les ailes d’un papillon. Molécule complexe et solide, comme les autres polysaccharides, elle permet de créer des structures protectrices robustes et serait très difficile à digérer pour Acesta.
Pour se nourrir, Acesta excavata créé un flux d'eau constant dans ses branchies et capte les particules en suspension dans la colonne d'eau.
UN CADEAU EMPOISONNÉ
Si l’enzyme produite par Acestibacter s’en prend à la chitine du zooplancton, elle semble également atteindre celle de son hôte. « Avec les mêmes enzymes, [Acestibacter] pourrait attaquer les cellules dans lesquelles elles résident, et ce serait cohérant avec l’observation […] de ces Endozoicomonas associée avec des lésions de tissus », prévient le professeur Duperron.
La question de la nature profonde de la relation entre les deux organismes se pose encore. Si une association symbiotique semble probable, la bactérie fournissant des enzymes particulièrement intéressantes pour Acesta et le coquillage, ce qui représente un environnement propice au développement d’Acestibacter, leur collaboration ne semble pas toujours être au beau fixe. « C’est intéressant parce qu’une symbiose hétérotrophe a aussi la capacité de détruire la cellule qui l’abrite », ajoute le professeur. « Dans cette étude, la frontière entre symbiote et parasite est étroite. »
Pour comprendre les méandres de cette relation tumultueuse, plusieurs options s’offrent maintenant aux chercheurs. Si la liste complète des capacités d’Acestibacter aggregatus a pu être dressée, il faut à présent savoir quelles protéines et fonctions métaboliques sont effectivement utilisées par la bactérie. De même, il serait également possible de vérifier si Acesta excavata bénéficie de la présence de son étrange partenaire en marquant le carbone du zooplancton assimilé, et en s’assurant qu’il passe correctement dans le métabolisme de l’animal.
Cette relation mouvementée conserve donc encore de nombreux secrets.
