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Premières photos de prédateurs marins insaisissables

by Juanita Bawagan déc. 15 / 16
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Une équipe mondiale de chercheurs de l’ICRA a capté les premières images d’un microorganisme qui se révèle l’un des plus abondants prédateurs des océans, mais qui avait jusqu’à présent échappé aux regards.

Les diplonémides marins constituent un groupe varié de microorganismes unicellulaires dont on ignorait complètement l’existence jusqu’à leur découverte dans le cadre d’un relevé d’envergure de la biodiversité des océans qui a permis de constater leur abondance sans jamais pouvoir les observer directement.

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Photo d’un diplonémide prise en mer (Photo : Noriko Okamoto)

« Pour mettre les choses en perspectives, c’est tout comme si des écologistes étudiaient la plaine du Serengeti depuis des décennies sans jamais voir de lions ni de guépards », explique Patrick Keeling, directeur du programme Biodiversité microbienne intégrée et professeur de botanique à l’Université de la Colombie-Britannique.

« Il faut y regarder d’un peu plus près pour voir des prédateurs, car ils ne sont pas aussi communs que leurs proies et entretiennent des interactions plus complexes avec l’environnement. »

Keeling et une équipe de chercheurs de l’ICRA et de l’Université de la Colombie-Britannique ont réussi à repérer ces prédateurs des océans et ont publié leurs résultats dans Current Biology. Cette étude offre un premier aperçu des diplonémides marins – dans des photos de dix cellules flagellées et incolores, de taille et de formes diverses – et révèle des indices sur leur rôle dans l’environnement.

Cet article vient dans la foulée de discussions au long cours entre Keeling et quatre autres membres du programme Biodiversité microbienne intégrée : Julius Lukeš (Université de Bohème du Sud), parasitologue; Thomas A. Richards (Université d’Exeter), biologiste de l’évolution; Alexandra Z. Worden (Institut de recherche de l’Aquarium de Monterey Bay), écologiste et biologiste microbienne; et Alyson Santoro (Université du Maryland), microbiologiste marine. L’idée a pris forme lors d’une réunion de l’ICRA et a germé lentement en un article de synthèse. D’autres membres du programme se sont joints à l’initiative et leurs travaux ont finalement contribué au projet sur les diplonémides marins, une collaboration financée par la Fondation Gordon et Betty Moore. La Fondation Tula a aussi apporté son soutien à cette étude.

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Les chercheurs envoient un appareil dans les profondeurs de l’océan pour prélever des échantillons d’eau et y chercher des microorganismes (Photo : Alyson Santoro)

Les chercheurs qui ont étudié les diplonémides marins ont dû relever un certain nombre de défis.

« Ils sont incolores, pas très gros et toujours en train de nager, dit Keeling. Ils sont difficiles à voir et à cultiver. »

Les chercheurs ont décidé que la meilleure méthode serait de sonder l’océan et de traiter les organismes en temps réel. Lors d’expéditions de deux semaines au large de la côte californienne, ils ont fouillé des échantillons d’eau pour trouver des cellules qui ressembleraient à l’image qu’ils se faisaient des diplonémides. Keeling a dit qu’ils ont réalisé des travaux de terrain « héroïque » dans des conditions très difficiles, y compris une tempête qui a fait dévier le bateau de son cap.

« Imaginez un postdoctorant nauséeux essayant au microscope de saisir une cellule minuscule à l’aide d’une pipette de verre », dit Keeling. Ils ont répété ce processus des centaines de fois et ont photographié les cellules pour ensuite les congeler dans des éprouvettes.

En laboratoire, les chercheurs ont dû surmonter de tout nouveaux obstacles. Si la chance leur sourit, les scientifiques peuvent cultiver un organisme pour obtenir un plus gros échantillon d’ADN, mais ils ignorent comment garder en captivité la plupart des microorganismes. En tant que prédateurs, les diplonémides marins sont encore plus difficiles à cultiver. Conséquemment, les chercheurs doivent se tourner vers de nouvelles technologies en génomique unicellulaire grâce auxquelles ils peuvent ouvrir la cellule et faire des copies aléatoires de l’ADN. Cela mène à un génome très incomplet – il manquait au modèle le plus complet 91 pour cent du génome.

(Le laboratoire de Keeling met actuellement au point une nouvelle méthode qui pourrait se révéler plus efficace : la transcriptomique unicellulaire qui permet d’utiliser l’ARN plutôt que l’ADN pour séquencer les gènes de microorganismes, comme les diplonémides marins.)

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Les chercheurs récupèrent la sonde marine aux fins d’analyse à bord du Western Flyer (Photo : Alyson Santoro)

L’analyse, quoiqu’incomplète, a révélé des indices intéressants sur l’écologie et l’évolution des diplonémides marins. Les chercheurs ont découvert des vestiges d’algues et de bactéries et cela nous renseigne sur ce qu’ils mangent.

L’analyse a aussi révélé que le génome des diplonémides marins est plein d’ADN non codant, appelé introns, qui est intercalé entre les gènes et éliminé pendant l’expression génique. Toutes les cellules complexes contiennent des introns dans leur noyau, mais les introns des diplonémides étaient singuliers et semblaient avoir évolué indépendamment. Un des introns comportait des indices sur la façon dont les introns se copient eux-mêmes et se propagent à de nouveaux gènes, tout comme le fait un virus. Selon Keeling, ce qui se cache dans les diplonémides pourrait nous aider à jeter de la lumière sur l’origine des introns.

Keeling ajoute que les diplonémides marins ne sont qu’un exemple de la biodiversité marine inexplorée. L’équipe poursuit son étude d’autres prédateurs marins et examinera aussi, entre autres, des échantillons de parasites.

« Les grandes profondeurs de l’océan sont empreintes de mystères », dit Keeling.

L’article « Morphological identification and single-cell genomics of marine diplonemids » a été publié dans la revue Current Biology le 21 novembre.