Des bactéries symbiotiques à l'origine de la magnétoréception chez un micro-eucaryote
Publié par Isabelle le 03/05/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB

Certains organismes sont capables de sentir le champ géomagnétique pour se géolocaliser. Cette étude parue dans Nature Microbiology, révèle une nouvelle stratégie impliquée dans l'acquisition ce sens chez des micro-eucaryotes anaérobes. Ces organismes peuvent s'orienter dans les sédiments marins grâce à une symbiose (La symbiose est une association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (espèces différentes), parfois plus....) établie avec des bactéries biominéralisant des cristaux magnétiques. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives sur la compréhension des mécanismes impliqués dans la coopération des sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...).

La magnétoréception permet aux organismes de s'orienter et naviguer le long des lignes du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) géomagnétique. Les processus cellulaires et biophysiques impliqués dans cette fonction sont assez bien compris chez certains microorganismes procaryotes mais beaucoup moins chez les eucaryotes. Chez les bactéries magnétotactiques (MTB), la magnétoréception est assurée par des cristaux ferrimagnétiques biominéralisés dans des micro-compartiments appelés magnétosomes. La magnétoréception couplée à un système de chimiotactisme définissent ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) la magnétotaxie dont le rôle est de faciliter le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement...) des bactéries vers les zones optimales de croissance.

Les chercheurs ont découvert dans des sédiments marins des microorganismes eucaryotes avec le même comportement magnétotactique que les MTB. Par des approches de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) et de génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du génome, et non plus limitée à celle...), ils ont montré que ces organismes vivent en symbiose avec des bactéries magnétiques non flagellées recouvrant entièrement la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) de l'hôte, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) un assemblage appelé holobionte. C'est l'alignement des bactéries et de leur chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de magnétosomes le long de l'axe de mobilité de la cellule eucaryote qui permet au micro-holobionte de s'orienter. L'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) durable et mutualiste des partenaires repose sur une double coopération impliquant non seulement une magnétotaxie collective mais également des échanges métaboliques. Cette dernière reposerait notamment sur l'échange d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) moléculaire produit par des organites du protiste, les hydrogénosomes, qui servirait de source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) aux bactéries ectosymbiotiques.

Ces travaux sur les symbioses magnétotactiques fait non seulement évoluer notre vision de la diversité des organismes sensibles au champ géomagnétique, mais étend également nos connaissances sur les stratégies écologiques impliquées dans l'adaptation des microorganismes à leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...). Les chercheurs souhaitent maintenant développer ce champ de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) pour mieux comprendre les mécanismes fonctionnels et évolutifs impliqués dans la coopération des sens d'espèces en interaction et son rôle dans leur adaptation aux environnements anoxiques.

Figure: Images de microscopie électronique des micro-holobiontes magnétotactiques. (A) Image d'un seul micro-eucaryote affilié aux Euglenozoa observé au microscope électronique à balayage avec une tension d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la modification...) de 2 kV (panel du haut), et de 10 kV (panel du bas), montrant les bactéries ectosymbiotiques alignées à la surface, et leur chaîne de cristaux magnétiques, respectivement. (B) Image d'une coupe fine longitudinale d'un micro-holobionte observée au microscope électronique en transmission (MET) montrant les différents organites de la cellule eucaryote (dont les hydrogénosomes sous la membrane plasmique) et quelques-unes des bactéries ectosymbiotiques (indiqués par des flèches) biominéralisant des magnétosomes. (C) Image de MET montrant des bactéries symbiotiques à la surface du micro-holobionte ; une chaîne de cristaux étant formée par une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi...). Les barres d'échelles correspondent à 2 μm (A,B), et 0.5 μm (C)
© Caroline Monteil & Christopher Lefèvre.
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Pour en savoir plus:
Ectosymbiotic bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des...) at the origin of magnetoreception in a marine protist.
Monteil CL, Vallenet D, Menguy N, Benzerara K, Barbe V, Fouteau S, Cruaud C, Floriani M, Viollier E, Adryanczyk G, Leonhardt N, Faivre D, Pignol D, López-García P, Weld RJ, Lefèvre C.T.
Nat microbiol 2019 Apr 29 doi: 10.1038/s41564-019-0432-7

Contacts chercheurs:
- Christopher Lefevre - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (BIAM) - (CEA/Univ. Aix-Marseille/CNRS)
-Caroline Monteil- Post-doctorante à l'Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (BIAM) - (CEA/Univ. Aix-Marseille/CNRS)
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