Détecter les bactéries dans un environnement extrême

Des chercheurs du laboratoire Génétique moléculaire, génomique et microbiologie (GMGM, CNRS/Université de Strasbourg) ont développé une approche de culture innovante permettant d'isoler des genres bactériens qui n'ont encore jamais été détectés dans le drainage minier acide de Carnoulès. L'étude du rôle de ces nouvelles espèces de bactéries témoigne de la diversité et de la robustesse de la collectivité microbienne du site dans son ensemble. Ces travaux ont récemment été publiés dans la revue Biology Direct.


Les drainages miniers acides sont des environnements extrêmes caractérisés par une forte acidité, des concentrations en métaux importantes et une faible concentration en matière organique, ce qui se traduit par une faible diversité microbienne. Jusqu'à l'évènement des approches de biologie moléculaire, la détermination de la diversité bactérienne au sein de ces écosystèmes passait par la réalisation d'une culture, puis la caractérisation des isolats purifiés indépendamment les uns des autres. Seulement, 99% des microorganismes présents dans la nature ne seraient pas cultivables par les méthodes classiques de bactériologie.

Depuis une dizaine d'années, les études de la diversité microbienne ont connu un nouvel essor grâce au développement de techniques de biologie moléculaire, qui permettent la description des communautés bactériennes en s'affranchissant des étapes culturales. Les chercheurs du GMGM montrent cependant que la culture reste essentielle en écologie microbienne car elle permet de contourner les biais inhérents aux approches moléculaires, comme la résistance de certaines bactéries à la lyse cellulaire ou la difficulté de détecter les microorganismes appartenant à la biosphère rare.

Malgré les conditions in situ très acides (pH 3) et oligotrophes des drainages miniers acides, les scientifiques ont mis au point une dizaine de milieux de culture différents, couvrant une très large gamme de pH (3,5 à 9,8) et de concentration en nutriments, afin de cibler un maximum de bactéries, y compris celles qui sont non-acidophiles, oligotrophes et indigènes au site. Cette stratégie a été couplée à une augmentation de la durée d'incubation pour permettre également la culture des espèces à croissance lente.

Cette nouvelle approche, expérimentée avec un échantillon du drainage minier acide de Carnoulès, a généré 49 isolats représentant 19 genres bactériens, dont 3 viennent enrichir les bases de données existantes. En outre, 16 de ces 19 genres n'avaient encore jamais été détectés sur ce site et des groupes phylogénétiques entiers, tels que celui des Rhizobiales, ont été mis en évidence. Ainsi, la méthode inédite développée par les chercheurs du GMGM a permis d'augmenter de 70% le nombre d'espèces bactériennes identifiées sur le site de Carnoulès.

Les scientifiques ont ensuite testé les différentes souches isolées dans le but de déterminer leur rôle au sein de la communauté bactérienne de ce drainage minier acide. Leurs résultats montrent qu'au moins une partie d'entre elles intervient dans l'équilibre et le maintien de la collectivité, en apportant une redondance génétique pour trois fonctions cruciales: la dégradation de la cellulose, l'auxotrophie de la cobalamine et l'oxydation de l'arsenic. La communauté microbienne de Carnoulès semble donc fonctionnellement plus robuste qu'on ne l'envisageait.

Pris dans leur ensemble, ces travaux démontrent que la combinaison d'une approche culturale et d'une approche moléculaire offre une vision plus juste de la diversité des communautés bactériennes, point essentiel à l'étude de leur fonctionnement et de leur dynamique d'évolution au cours du temps.



Référence:

Novel and unexpected bacterial diversity in an arsenic-rich ecosystem revealed by culture-dependent approaches, François Delavat, Marie-Claire Lett, Didier Lievremont, Biology Direct (2012), doi:10.1186/1745-6150-7-28.