Phytoplancton et virus: "Une coexistence quasi-pacifique" ?

Publié par Isabelle le 16/04/2020 à 14:00
Source: CNRS INSB

Les efflorescences de phytoplancton à la surface de l'océan sont éphémères et les scientifiques tiennent les virus pour responsables de la disparition de ces "bloom". C'est la prévalence de cette dynamique d'explosion/extinction, conséquence de la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la...) des microalgues du phytoplancton d'une part, suivie de la lyse des microalgues en conséquence de l'infection virale, qui est remise en question par la découverte de l'infection chronique d'une migroalgue par un virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme extracellulaire ou...), c'est à dire la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) conjointe de la microalgue et du virus. Une étude publiée dans la revue Science Advances propose une explication à cette coexistence inédite dans sa dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :).

Les virus des algues microscopiques du phytoplancton que nous connaissons éliminent leurs hôtes à l'issue de l'infection, et libèrent ainsi de nouveaux virus dans l'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...). Les virus sont extrêmement abondants dans les océans et sont une cause majeure de mortalité des efflorescences de phytoplancton. C'est pourquoi les chercheurs ont été extrêmement surpris de découvrir la présence d'un virus dans la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de précision et...) de la nouvelle espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont il...) d'algue (Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Elles constituent...), Ostreococcus mediterraneus, et ce d'autant plus que l'augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de microalgues semblait aller de pair avec l'augmentation du nombre de virus dans la culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :).

Pour comprendre cette coexistence les scientifiques ont examiné le devenir de chaque cellule et sa réponse au contact du virus: sensibilité ou résistance. Sheree Yau, la jeune chercheuse qui a réalisé les expériences au laboratoire Arago à Banyuls sur mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), a pu démontrer que certaines cellules changeaient de propriétés (phénotype) à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de...) très basse, ce qui explique comment ce mécanisme était jusqu'à présent passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée...) inaperçu. Ainsi les algues résistantes aux virus produisent quelques cellules sensibles, qui maintiennent la prolifération du virus en situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier à travers...) de croissance des microalgues.

Quand les microalgues évoluent de la résistance à la sensibilité, un chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les...) de la microalgue change de structure et perd une partie de son ADN qui pourrait donc contenir les gènes susceptibles d'être responsables de la résistance au virus. Cependant, le passage réciproque (La réciproque est une relation d'implication.), de la sensibilité vers la résistance au virus, n'est pas associé à un changement de taille de ce chromosome de "l'immunité antivirale", ce qui laisse entier le mystère du mécanisme de l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de la résistance.


© Gwenaël Piganeau
Figure: Dynamique du phytoplancton en absence (à gauche) et en présence de virus (à droite). En absence de virus, les microalgues sensibles sont majoritaires dans la population, car elles se divisent un peu plus vite que les microalgues résistantes. En présence de virus la coexistence est la conséquence de la production de particules virales par les microalgues sensibles, qui sont générées à chaque génération par les microalgues résistantes.

Il est important de noter que, bien que les cellules sensibles soient éliminées par le virus, elles se divisent plus rapidement que les microalgues résistantes en absence de virus. Cela permet de comprendre comment la "stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :)" des algues résistantes qui font le pari de perdre occasionnellement leurs défenses et de croître plus vite, est gagnante dans le cas où un changement environnemental serait associé à l'absence de virus. Réciproquement, la stratégie des algues sensibles consistant à produire quelques cellules résistantes, assure la survie de la lignée lors de la rencontre d'un virus. Un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques, puis...) a permis de mettre en équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des quantités qui...) les stratégies de la microalgue à chaque division cellulaire - tantôt sensible, tantôt résistante aux virus - et montrer qu'elles permettaient de reproduire les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) de l'évolution du nombre de microalgues et de virus en présence et en absence de virus réalisées au laboratoire.

Ainsi, dans un environnement qui change constamment - comme dans les océans - être le deuxième en toute circonstance peut se révéler gagnant sur le long terme. Ces résultats interrogent sur la prévalence de ce type de stratégie dans l'environnement. Ce type de coexistence entre les algues du phytoplancton et leurs virus est peut-être courant, mais c'est pourtant la première fois qu'il a été mis en évidence et modélisé.

Pour en savoir plus:
Virus-host coexistence in phytoplankton through the genomic lens.
Yau S, Krasovec M, Benites LF, Rombauts S, Groussin M, Vancaester E, Aury JM, Derelle E, Desdevises Y, Escande ML, Grimsley N, Guy J, Moreau H, Sanchez-Brosseau S, van de Peer Y, Vandepoele K, Gourbiere S, Piganeau G.
Sci Adv. 2020 Apr 1;6(14):eaay2587. doi: 10.1126/sciadv.aay2587. eCollection 2020 Apr.

Laboratoire
Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) intégrative des Organismes Marins (BIOM) - (CNRS/ Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne,...) université)
Avenue Pierre Fabre, 66650 Banyuls sur mer.

Contact:
Gwenael Piganeau
Chercheuse 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).) au laboratoire Biologie intégrative des Organismes Marins (BIOM)
gwenael.piganeau at obs-banyuls.fr
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