Les scientifiques ont découvert une nouvelle forme remarquable de symbiose : une bactérie qui vit à l'intérieur et fournit de l'énergie à un organisme unicellulaire appelé cilié. Contrairement aux mitochondries, qui utilisent l’oxygène, le microbe fournit de l’énergie à son hôte en respirant du nitrate.

Illustration de la bactérie endosymbiotique découverte à l'origine, Candidatus Azoamicusciliaticola, et de son hôte cilié. L'image est un composite d'une image au microscope électronique à balayage (MEB, gris) et d'une image de fluorescence. Des endosymbiontes (jaunes) et des proies bactériennes peuvent être observés dans la vacuole alimentaire et les gros noyaux (bleus). La structure externe des ciliés faiblement fluorescents ainsi que les cils sont également clairement visibles. Crédit image : S.Ahmerkamp/Institut Max Planck de microbiologie marine

Les chercheurs ont d’abord découvert le microbe dans un lac d’eau douce, puis ont entrepris de déterminer son aire de répartition. À leur grande surprise, ils ont trouvé ces microbes dans divers environnements à travers le monde, depuis les lacs et les eaux souterraines jusqu'aux eaux usées. Cette découverte remet en question notre compréhension des partenariats microbiens et révèle comment ces minuscules organismes jouent un rôle caché mais important dans les écosystèmes du monde entier.

En 2021, des scientifiques de l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême, en Allemagne, ont fait une découverte majeure : une bactérie unique vit et fournit de l’énergie aux ciliés, un organisme eucaryote unicellulaire. Cette relation symbiotique est similaire au rôle que jouent les mitochondries dans les cellules, mais avec une différence majeure : au lieu d’utiliser de l’oxygène, cette bactérie endosymbiotique génère de l’énergie par la respiration des nitrates.

Pour mieux comprendre la répartition et la diversité de ces micro-organismes inhabituels, des chercheurs de Brême ont élargi la portée de leur étude. Aujourd’hui, les chercheurs de Brême commencent à en apprendre davantage sur la répartition environnementale et la diversité de ces étranges symbiotes. Yana Miluca de l'Institut Max Planck de microbiologie marine explique : « Après avoir découvert ce symbiote pour la première fois dans un lac d'eau douce, nous avons voulu savoir dans quelle mesure ces organismes sont courants dans la nature. Sont-ils extrêmement rares et sont donc restés longtemps inconnus ? Ou existent-ils ailleurs, et si oui, quelles sont leurs capacités métaboliques ?

Pour le savoir, les scientifiques ont consulté de vastes bases de données publiques de séquençage contenant des données génétiques provenant de nombreux échantillons environnementaux. Ce qu’ils ont découvert était surprenant : ces symbiotes sont apparus dans environ 1 000 ensembles de données différents. "Nous avons été surpris par leur omniprésence", a déclaré Miluca. "Nous pouvons les trouver sur tous les continents habités et, en outre, nous avons appris qu'ils peuvent vivre non seulement dans les lacs et autres habitats d'eau douce, mais aussi dans les eaux souterraines et même dans les eaux usées."

Les scientifiques ont découvert non seulement les symbiotes originaux dans ces ensembles de données, mais également de nouveaux parents. "Nous avons finalement identifié quatre nouvelles espèces, dont deux forment en réalité un nouveau genre", explique le premier auteur Daan Speth, "car les symbiotes de ce nouveau genre pourraient être liés à l'Azoamicus découvert à l'origine (dont le nom signifie "Ami de l'azote") a un rôle similaire et nous avons nommé le nouveau genre Azosocius ("Ami de l'azote"). Nous avons eu la chance de trouver une nouvelle espèce d'Azoocius dans des échantillons d'eau souterraine de Heinich, en Allemagne, non loin de Brême. "

Les scientifiques souhaitent désormais approfondir la vie de ces nouvelles espèces. En travaillant avec Kirsten Küsel et Will Overholt de l'Université Friedrich-Schiller de Jena, en Allemagne, qui ont initialement collecté les échantillons de Heinich, les scientifiques ont pu accéder aux sites d'échantillonnage et étudier les données métatranscriptomiques, des données qui décrivent l'expression des gènes dans un échantillon et montrent l'activité microbienne.

Speth a poursuivi: "Ici, nous avons une autre surprise: ces symbiotes respiratoires peuvent jouer de nouveaux tours. Contrairement aux espèces de symbiotes d'origine, qui ne peuvent effectuer que la respiration anaérobie (c'est-à-dire la dénitrification), toutes les nouvelles espèces de symbiotes codent en fait pour une enzyme oxydase terminale qui leur permet d'effectuer la respiration de l'oxygène en plus de l'azote. Cela peut expliquer pourquoi nous trouvons également ces symbiotes dans des environnements complètement ou partiellement anoxiques. "

Les résultats, désormais publiés dans la revue Nature Communications, répondent aux questions ouvertes des scientifiques sur la biogéographie des symbiotes. "Grâce à la découverte de ces nouvelles espèces, nous pouvons désormais commencer à réfléchir davantage à leur évolution", explique Miluca. "Nous espérons mieux comprendre comment ces symbiotes bénéfiques ont commencé et comment ils ont évolué au fil du temps." "

L'étude comporte également des aspects écologiques, a ajouté Speth : "En effectuant la dénitrification, cette relation symbiotique a un impact sur le cycle de l'azote dans leurs habitats respectifs et a le potentiel d'éliminer des nutriments tels que les oxydes d'azote tout en produisant des gaz à effet de serre tels que l'oxyde nitreux."

Enfin et surtout, une simple appréciation du monde microbien. "Cette créature est un miracle de la nature", a déclaré Miluca avec enthousiasme. "Les protistes sont souvent capables de réaliser des innovations métaboliques aussi étonnantes parce qu'ils sont si facilement apparentés aux procaryotes. Pour moi, c'est vraiment fascinant. Ces organismes sont une pièce importante du puzzle dans la compréhension de l'évolution des eucaryotes."

Compilé à partir de /ScitechDaily