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Certains phytoplanctons de l’océan font fi des vitamines

sept. 29 / 14

Des chercheurs ont découvert que certaines espèces de phytoplanctons marins, comme Emiliania huxleyi à la prolifération prolifique, peuvent croître sans apport en vitamine B1 (thiamine). Ce résultat vient contredire la vision commune selon laquelle E. huxleyi et de nombreux autres eucaryotes dépendent de sources rares de thiamine dans l’océan pour survivre.

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Emiliana huxleyi, un phytoplancton marin dont les fleurs d'eau sont si grandes qu'elles sont visibles de l'espace. Les chercheurs ont découvert qu'après tout ce phytoplancton n'a pas besoin de vitamine B1 pour croître. Photo : Bjoern Rost, Alfred Wegener Institut

« C’est une façon très différente de concevoir l’océan », dit Alexandra Worden, Boursière principale de l’ICRA et coauteure de l’article publié dans The ISME Journal avec les Boursiers de l’ICRA John Archibald (Université Dalhousie) et Adrián Reyes-Prieto (Université du Nouveau-Brunswick), ainsi que trois auteurs principaux du laboratoire de Worden au Monterey Bay Aquarium Research Institute, Darcy McRose, Jian Guo et Adam Monier.

La thiamine et d’autres vitamines sont essentielles à la survie de tous les êtres vivants. Des organismes peuvent produire certaines de leurs propres vitamines, comme les cellules humaines qui synthétisent de la vitamine D avec l’aide de la lumière du soleil. Toutefois, ils dépendent parfois d’autres organismes pour produire les vitamines dont ils ont besoin et qu’ils consomment ensuite. Par exemple, les oranges et d’autres fruits produisent la vitamine C que les humains absorbent subséquemment dans leur alimentation.

Jusqu’à présent, on croyait que de nombreux microorganismes marins nucléés – des eucaryotes – dépendaient d’autres organismes pour la synthèse de thiamine. Si c’était le cas, la vitamine B1 serait un facteur important pour maîtriser la croissance d’algues, comme E. huxleyi, dont les fleurs d’eau sont parfois si grandes qu’on peut les voir de l’espace. Toutefois, les chercheurs ont découvert que E. huxleyi croît tout aussi bien dans l’eau qui contient un produit chimique précurseur de la thiamine, la HMP, que dans un environnement riche en thiamine. En fait, elle pourrait croître sans thiamine du tout.

« L’ajout de thiamine ou d’un intermédiaire ne modifierait en rien la vitesse de croissance. Les algues poussaient tout aussi bien dans les deux environnements », dit Worden.

La découverte d’un mécanisme biologique étonnant a permis aux chercheurs de mieux comprendre la thiamine. Une analyse génétique avait repéré 31 nouveaux riboswitches eucaryotes, des segments d’ARN à l’image de commutateurs mécaniques qui activent et désactivent des gènes. Les chercheurs ont ensuite fait la découverte étonnante que les riboswitches étaient associés à des gènes aux fonctions inconnues, sans lien avec la production de thiamine. D’autres analyses ont révélé que ses organismes aimaient non seulement la thiamine, mais aussi la HMP.

« Notre étude démontre qu’il faut revoir les conclusions sur l’importance de la vitamine B1 dans la régulation des communautés algales », explique Worden.

Il s’agit de la deuxième étude qui observe que la vitamine B1 est moins importante que ce que l’on croyait. Un autre article publié en août dernier dans The ISME Journal par le laboratoire de Stephen Giovannoni (Université d’état de l’Oregon) a découvert que la souche la plus abondante de bactéries dans l’océan, SAR11, croît bien dans un environnement avec de la HMP, mais pas dans un environnement avec de la thiamine seule.

La biochimie suggère que la HMP devrait être plus stable au plan environnemental que la thiamine, mais les chercheurs doivent maintenant analyser la concentration de la molécule en pleine mer. Pour comprendre comment les changements climatiques pourraient modifier l’écosystème marin de la Terre – par exemple, par une diminution de la concentration de vitamines dans les océans —, il est essentiel de comprendre les mécanismes de survie du phytoplancton. Le phytoplancton absorbe du dioxyde de carbone et, plus tard, sombre au fond de l’océan. Conséquemment, sa croissance est un facteur déterminant de la quantité de carbone qui demeure dans l’atmosphère.

« Si vous désirez modéliser le cycle mondial du carbone et que vous intégrez à l’équation que des sources externes de cette vitamine sont nécessaires et essentielles pour certaines algues (d’après des rapports antérieurs), et que sa disponibilité détermine la nature des phytoplanctons qui croîtront, vos prédictions seront erronées », dit Worden.

Elle explique que cette étude démontre que les océanographes doivent reconsidérer les méthodes utilisées pour comprendre les processus génétiques par lesquels les microorganismes marins s’adaptent, évoluent et survivent. Par le passé, ces méthodes se fondaient largement sur des analogies avec des voies biochimiques caractérisées dans des organismes pertinents aux plans médical, industriel ou agricole, c’est-à-dire, des « organismes modèles ».

« Nous devons reconnaître que le casse-tête compte peut-être d’autres morceaux qui diffèrent de ceux présents dans les organismes modèles caractérisés, particulièrement quand sont présents la plupart — et non la totalité — des morceaux repérés grâce aux organismes modèles », dit Worden.

Ces recherches ont réuni trois experts du programme Biodiversité microbienne intégrée de l’ICRA dont la mission est d’explorer le vaste univers microbien qui entoure et infiltre la vie humaine. Les chercheurs proviennent de domaines différents : Archibald, biochimiste et biologiste moléculaire; Worden, à la barre d’un groupe de recherche sur l’écologie microbienne marine; et Reyes-Prieto qui se penche sur l’analyse génétique des eucaryotes microbiens.