Qui méthyle le mercure dans l'océan global ?

Publié par Isabelle le 23/03/2020 à 14:00
Source et illustrations: CNRS INSU

Des chercheurs de l'Institut méditerranéen d'océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) viennent d'apporter un premier élément de réponse au paradoxe qui entourait la production de méthylmercure dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.). À l'aide des jeux de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) métagénomiques et métatranscriptomiques issus de l'expédition TARA OCEANS, ils ont mis en évidence le rôle majeur joué dans tous les océans du monde (Le mot monde peut désigner :) par la 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 cellulaire glucidique, le...) microaérophile Nitrospina dans la méthylation du mercure. Comprendre comment se forme et se transfère le méthylmercure dans l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée...) est important car ce composé est la forme la plus toxique du mercure pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par...) et les écosystèmes.

Préserver les humains des expositions au mercure est le principal objectif de la Convention de Minamata des Nations Unies ratifiée en août 2017. Or, si cette convention pointe vers la nécessité de réduire les émissions anthropiques de mercure inorganique, elle ne prend pas en compte la forme organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) du mercure, le méthylmercure, qui est sa forme la plus toxique et surtout la seule capable de s'amplifier le long de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) trophique et ainsi de mettre en péril les écosystèmes marins et la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) humaine. La consommation de poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le Verseau à l'ouest et le Bélier à l'est. Bien qu’assez grande,...) marins est en effet la principale voie d'exposition de l'homme au mercure.

Le méthylmercure est produit dans l'océan par des microorganismes à partir de mercure inorganique (1). Cette méthylation du mercure inorganique marin a été confirmée dans tous les bassins océaniques, quels que soient les niveaux d'oxygénation de leurs eaux. Pourtant, jusqu'en 2016, seuls les microorganismes anaérobies (2) étaient connus pour produire du méthylmercure. C'était le paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition commune. Le paradoxe...) de l'origine du méthylmercure.

En 2016, il a été démontré que la bactérie microaérophile (2) Nitrospina détectée dans la banquise (La banquise est une étendue de mer gelée. Elle se forme durant l'hiver polaire, lorsque la température de l'eau de mer descend en dessous de -1,9°C. Au cœur de l'hiver, l'épaisseur de glace peut atteindre 1,5 à 2...) antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan Austral (ou océan Antarctique) et...) possédait les gènes de la méthylation du mercure. Il a également été suggéré qu'elle pourrait aussi être responsable de la production de méthylmercure dans d'autres environnements oxiques (pourvus en oxygène) sans néanmoins que cela ait pu être confirmé par les métagénomes océaniques disponibles. La question de savoir "qui méthyle le mercure dans l'océan global" n'était donc toujours pas résolue. Résoudre cette énigme est pourtant d'une importance capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs, ou une ville ayant une prééminence dans un domaine social, culturel, économique ou...) pour mieux comprendre les liens entre les émissions anthropiques de mercure et le transfert du méthylmercure le long des chaînes trophiques.

De jeunes chercheurs du MIO ont combiné leurs expertises en bioinformatique, microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et biogéochimie marine afin d'appréhender ce problème. Sur la base de jeux exhaustifs de données métagénomiques (3) et métatranscriptomiques3 issus du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) TARA OCEANS (www.oceans.taraexpeditions.org), ils ont pu identifier, dans tous les bassins océaniques couverts par l'expédition, des gènes de méthylation du mercure. Ces gènes sont non seulement présents, mais aussi transcrits (4), ce qui démontre le rôle actif des microorganismes identifiés dans la méthylation du mercure.

Les résultats obtenus ont permis d'identifié la bactérie microaérophile nitrite-oxidante Nitrospina comme la productrice prédominante et omniprésente de méthylmercure dans les eaux oxiques de subsurface de l'océan global. En revanche, les bactéries sulfato-réductrices, déjà bien connues et considérées comme les principales productrices de méthylmercure dans d'autres écosystèmes comme les sédiments, représenteraient une fraction mineure des bactéries porteuses du gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un...) de méthylation du mercure dans l'océan.


Les cercles colorés indiquent les stations TARA OCEANS dans lesquelles le gène responsable de la méthylation du mercure (hgcA) a été identifié, les hexagones colorés celles dans lesquelles le gène est non seulement présent mais aussi actif (54 % des cas) et les croix celles dans lesquelles le gène n'a pas été détecté. La couleur rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) des symboles indique l'affiliation du gène à la bactérie microaérobie Nitrospina prédominante et omniprésente dans les eaux oxiques de subsurface de l'océan global (les autres couleurs correspondant à d'autres bactéries).

Tout en résolvant le paradoxe apparent de l'origine du méthylmercure marin, ces travaux conduisent à une profonde reconsidération du rôle de Nitrospina dans la production de méthylmercure, rôle qui s'avère majeur non seulement dans la banquise antarctique mais aussi dans les océans Pacifique, Atlantique, Indien et Austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.). Ce faisant, ils apportent une contribution importante à la compréhension du cycle global du mercure qui permettra de mieux estimer les effets du changement climatique sur la production marine de méthylmercure.

Référence publication:
Villar, E.; Cabrol, L.; Heimbürger‐Boavida, L.E. Widespread Microbial Mercury Methylation Genes in the Global Ocean. Environ. Microbiol. Rep. 2020, 1758-2229.12829.
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1758-2229.12829

Notes:

(1) Les sources primaires du mercure fournissent l'essentiel du mercure inorganique, les sources primaires naturelles étant de nature volcanique ou hydrothermale.

(2) Les microorganismes aérobies ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) pour vivre. Pour les microorganismes anaérobies, 1'oxygène est toxique. Les microorganismes microaérophiles ont besoin d'un peu d'oxygène pour vivre, lequel devient toxique à des concentrations trop élevées.

(3) La métagénomique étudie l'ADN (les gènes) alors que la métatranscriptomique étudie l'ARN (les transcrits). La simple présence d'un gène ne suffit pas pour dire si la bactérie est active ou pas, c'est-à-dire si elle transforme effectivement son gène en protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine...) utile. En revanche, la transcription indique que les microorganismes sont bien métaboliquement actifs.

(4) La transcription en ARN est la première étape de l'expression d'un gène, c'est-à-dire du passage de l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) stockée dans l'ADN à la fabrication de molécules fonctionnelles effectives et opérationnelles comme les enzymes et autres protéines.

Contacts:
- Lea Cabrol - MIO/IEB - lea.cabrol at mio.osupytheas.fr
- Lars-Éric Heimbürger-Boavida - MIO/PHYTHEAS - lars-eric.heimburgern at mio.osupytheas.fr
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