Thiomargarita magnifica, la plus grosse bactérie jamais découverte

Nous imaginons généralement les bactéries comme des organismes si petits qu’ils ne peuvent être vus qu’au microscope. Mais des scientifiques ont découvert une bactérie blanche géante qui se cache sur des feuilles en décomposition dans les eaux saumâtres d’une mangrove en Guadeloupe, dans les Petites Antilles.

Elle est si grande qu’elle peut facilement être observée à l’œil nu. Mais la taille n’est pas la seule caractéristique étonnante de ce long microbe filamenteux : sa structure est plus complexe que celle de toute autre bactérie découverte jusqu’à présent et, contrairement à la plupart d'entre elles, elle stocke son ADN dans de petits paquets bien rangés.

Les bactéries géantes découvertes par le passé, dont certaines peuvent également former des filaments de plusieurs centimètres de long, sont composées de centaines ou de milliers de cellules. Mais la nouvelle bactérie, qui a à peu près la forme et la taille d’un cil, est une unique cellule bactérienne. « Réaliser qu’une bactérie filamenteuse de cette taille n’est en fait qu’une seule bactérie a été un moment inoubliable », déclare Jean-Marie Volland, biologiste marin au Laboratoire national Lawrence-Berkeley et qui a dirigé les recherches, dans le cadre d’une interview accordée à National Geographic.

Les scientifiques ont nommé le microbe Thiomargarita magnifica en raison de sa taille et des perles de soufre semblables à des perles trouvées à l’intérieur de la cellule. La bactérie n’est pas seulement plus de 1 000 fois plus grande qu’une bactérie typique, elle est également plus longue que de nombreux animaux multicellulaires tels que les mouches à fruits. Lors d’une conférence de presse tenue ce mardi, Vollard a déclaré : « Découvrir cette bactérie, c’est comme rencontrer un être humain qui serait aussi grand que le mont Everest. »

« La découverte de cette nouvelle bactérie Thiomargarita nous fait apprécier l’incroyable diversité du monde microbien, et les adaptations structurelles et génomiques complexes des bactéries qui leur permettent de croître pour atteindre des tailles de cellules auxquelles personne n’aurait pu s’attendre », déclare Andreas Teske, biologiste marin à l’université de Caroline du Nord à Chapel Hill. Teske avait co-découvert la précédente détentrice du record, Thiomargarita namibiensis.

Selon Chris Greening, microbiologiste à l’université Monash en Australie, qui n’a pas participé à cette découverte, cette dernière illustre de manière stupéfiante le fait que les bactéries sont beaucoup plus complexes, organisées et polyvalentes que nous ne le pensons. « Les bactéries ne cessent de défier les descriptions qu’en font les manuels. »

LES BACTÉRIES SONT TOUT SAUF SIMPLES

En 1999, Teske et d’autres scientifiques ont découvert une bactérie d’une taille étonnante qu’ils ont baptisée Thiomargarita namibiensis, ou la « perle de soufre de Namibie ». Cette bactérie, qui se développe sous la forme d’un collier de perles blanches et atteint parfois la taille de 75 millimètres et est suffisamment grande pour être visible à l’œil nu, détenait jusqu’à présent le record de la plus grande bactérie jamais découverte. Mais celle des Caraïbes est plus de cinquante fois plus grande.

Petra Anne Levin, microbiologiste à l’université Washington de Saint-Louis, qui n’a pas participé à la découverte, n’est pas surprise par sa taille. « Le principal message à retenir est que nous ne devons pas sous-estimer les bactéries en les définissant d’organismes simples, car cette définition est obsolète », dit-elle. « Les bactéries peuvent s’adapter à l’infini, et nous devons nous attendre à les trouver dans une grande variété de tailles. »

Les bactéries appartiennent à une forme de vie appelée procaryotes : les créatures vivantes les plus basiques. On les décrit souvent, bien que ce ne soit pas exact, comme un sac d’enzymes entouré d’une seule membrane. Ce qui différencie les cellules procaryotes bactériennes des cellules eucaryotes, qui comprennent les cellules animales, végétales et fongiques, c’est qu’elles ne sont pas dotées d’un noyau, c’est-à-dire d’un compartiment séparé dans lequel est logé l’ADN, explique Danny Ionescu, microbiologiste aquatique à l’Institut Leibniz d’écologie des eaux douces et des pêches continentales, en Allemagne. « De nombreuses autres différences physiologiques fonctionnelles existent, mais c’est celle-ci qui les différencie des eucaryotes, dont nous faisons partie. »

Cependant, la nouvelle bactérie découverte contredit cette définition, car elle emballe son matériel génétique dans des compartiments entourés de membranes qui ressemblent à des noyaux primitifs.

Cette bactérie a été repérée pour la première fois par Olivier Gros, un biologiste spécialiste des mangroves à l’université des Antilles en Guadeloupe. « Je passe beaucoup de temps dans l’eau à observer différentes choses dans les sédiments de la mangrove. Un jour, j’ai vu ces longs filaments blancs, alors je les ai collectés par curiosité », explique-t-il.

Les scientifiques du laboratoire de Gros ont tenté de définir ces filaments, qu’ils ont d'abord pris pour des champignons ou d’autres organismes multicellulaires. Mais leurs premières analyses laissaient entendre que ces microbes appartenaient probablement à la famille des bactéries géantes Thiomargarita. « Mais nous n’en étions pas si sûrs », dit Gros.

Volland, qui était chercheur postdoctorant dans le laboratoire de Gros, a rejoint Shailesh Date, fondateur et directeur général du Laboratory for Research in Complex Systems à Menlo Park, afin de poursuivre ses recherches destinées à déterminer la nature de cet étrange spécimen. Le laboratoire de Date est une société à but non lucratif qui s’associe à des établissements universitaires pour mener des recherches transdisciplinaires.

« Tout le monde a tout de suite compris qu’il s’agissait d’une grosse bactérie, et que c’était une cellule unique », explique Date, mais le défi consistait à déterminer quelles autres caractéristiques particulières possédait le microbe. À l’aide d’une série de techniques de biologie moléculaire, Volland, Date et leurs collègues ont créé des photographies à grossissement élevé et en trois dimensions de ces longs spécimens, ce qui leur a permis d’observer chacune de ces super grandes cellules.

UNE BACTÉRIE QUI ENFREINT LES RÈGLES

On a longtemps pensé, en raison des règles basiques de la physique, que les cellules bactériennes ne pouvaient pas être très grandes. Plus une cellule est grande, plus la surface requise pour absorber les nutriments et l’énergie nécessaires au maintien de cet organisme est importante.

« Cette bactérie enfreint ces règles, puisqu’elle est dotée d’une organisation sophistiquée similaire aux cellules animales et végétales les plus avancées », explique Greening.

L’équipe de Vollard montre que la structure de la bactérie est subdivisée en de nombreux compartiments qui remplissent différentes fonctions et augmentent considérablement les surfaces disponibles. Cette complexité pourrait aider l’organisme à dépasser les limites prévues pour la taille des cellules bactériennes.

« Nous, scientifiques, essayons de définir des limites et de dire que les bactéries ne peuvent pas atteindre telle ou telle taille, en suivant certaines limites théoriques », explique Ionescu. « Et apparemment, les bactéries ne suivent pas nos manuels. »

La nouvelle bactérie stocke son ADN dans des compartiments contenus dans des membranes, baptisés « pépins » en raison de leur ressemblance avec les petites graines des fruits.

La structure de ces pépins brouille encore plus les distinctions entre cellules bactériennes et eucaryotes, car le fait de séparer le matériel génétique de tout le reste du contenu des cellules permet un contrôle plus sophistiqué ainsi qu’une plus grande complexité, explique Greening.

Thiomargarita magnifica est également unique parce que, bien que tous les géants bactériens portent plusieurs copies de leur génome, elle porte plus de 700 000 copies de son plan génétique, et ce dans une seule et unique cellule.

Cette bactérie nous aidera à comprendre pourquoi les génomes eucaryotes, comme ceux des cellules animales et végétales, sont de plus en plus grands, ont écrit dans un e-mail Yoichi Kamagata et Hideyuki Tamaki du National Institute of Advanced Industrial Science and Technology au Japon.

Alors que Vollard et ses collègues étudient les spécimens recueillis dans les mangroves, leur prochain objectif est de cultiver la bactérie en laboratoire, ce qui leur permettra de comprendre comment elle se reproduit, et comment elle conserve sa grande réserve de matériel génétique.

« Certaines choses attendent que l’on s’y intéresse de plus près pour être découvertes », déclare Teske. « Thiomargarita magnifica s’est cachée à la vue de tous dans un habitat côtier très commun, attendant qu’un microbiologiste s’arrête et se demande si elle pouvait être un nouveau type de Thiomargarita. »

Les bactéries n’ont pas une organisation aussi complexe avec autant de compartiments que les eucaryotes, selon Vollard. « Elles ne forment pas de tissus organisés en organes pour constituer des organismes complexes ». Cependant, « elles sont beaucoup plus complexes en termes de biochimie. Elles peuvent fixer le carbone, utiliser les sucres, se développer sur toutes sortes de substrats, communiquer, émettre des signaux, toutes sortes de mécanismes complexes ; elles sont également capables de comportements sociaux, et certaines d’entre elles ont des cycles de vie complexes. Donc, il n’est pas correct de dire que les bactéries sont simples, et que les eucaryotes sont complexes. »