Les scientifiques ont détaillé un changement de mode de vie qui se produit chez les bactéries marines, où elles passent de la coexistence avec des hôtes algaux dans une interaction mutuellement bénéfique à leur mort subite. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans eVie.
Les détails de ce changement de mode de vie peuvent fournir de nouvelles informations sur la régulation de la dynamique de la prolifération d’algues et son impact sur les processus biogéochimiques à grande échelle dans les environnements marins.
Les algues unicellulaires, connues sous le nom de phytoplancton, forment des efflorescences océaniques qui sont responsables d’environ la moitié de la photosynthèse qui se produit sur Terre et constituent la base des réseaux trophiques marins. Par conséquent, comprendre les facteurs qui contrôlent la croissance et la mort du phytoplancton est crucial pour maintenir un écosystème marin sain. Les bactéries marines du groupe Roseobacter sont connues pour s’associer et coexister avec le phytoplancton dans une interaction mutuellement bénéfique. Le phytoplancton fournit à Roseobacter des matières organiques utiles à la croissance bactérienne, telles que des sucres et des acides aminés, et Roseobacter fournit à son tour des vitamines B et des facteurs favorisant la croissance.
Cependant, des études récentes ont montré que les Roseobacter subissent un changement de mode de vie, passant de la coexistence à la pathogénicité, où ils tuent leurs hôtes phytoplanctoniques. Un composé chimique appelé DMSP est produit par les algues et on pense qu’il joue un rôle dans ce changement.
« Nous avons précédemment identifié que Roseobacter Sulfitobacter D7 montre un changement de mode de vie lors de l’interaction avec le phytoplancteur Emiliania huxleyi », déclare le premier auteur Noa Barak-Gavish, PhD au Département des sciences végétales et environnementales, Institut Weizmann des sciences, Israël. « Cependant, notre connaissance des facteurs à l’origine de ce changement était encore limitée. »
Pour caractériser ce changement de mode de vie, Barak-Gavish et ses collègues ont réalisé une expérience de transcriptomique, qui leur a permis de comparer des gènes différentiellement exprimés par Sulfitobacter D7 dans des stades de coexistence ou de pathogénicité.
Leur conception expérimentale a montré que Sulfitobacter D7 cultivé dans un milieu induisant la pathogénicité a une expression plus élevée de transporteurs pour les métabolites tels que les acides aminés et les glucides que ceux cultivés dans un milieu de coexistence. Ces transporteurs servent à maximiser l’absorption des métabolites libérés par Dead Emiliania huxleyi (E. huxleyi). De plus, chez le pathogène Sulfitobacter J7, l’équipe a observé une augmentation de l’activation des gènes flagellaires responsables du mouvement de la bactérie. Ces deux facteurs permettent à Sulfitobacter D7 d’employer une stratégie « manger et courir », où ils surpassent les concurrents dans le matériel publié d’E. huxleyi pour la mort cellulaire et s’éloignent à la recherche d’un autre hôte approprié .
L’équipe a confirmé le rôle du DMSP dans le changement de ce comportement tueur en cartographiant les gènes activés dans Sulfitobacter D7 en réponse à la présence de DMSP et d’autres composés dérivés d’algues. Cependant, lorsque seul le DMSP était présent, le changement de mode de vie ne s’est pas produit. Cela implique que bien que le DMSP induise un changement de mode de vie, il dépend également de la présence d’autres infochimiques dérivés d’E. huxleyi – des composés qui sont produits et utilisés par les organismes pour communiquer. Le DMSP est un infochimique produit par de nombreux phytoplanctons, il est donc probable que les autres infochimiques nécessaires permettent aux bactéries de reconnaître un hôte phytoplancton spécifique. Dans les environnements naturels, où de nombreuses espèces microbiennes différentes coexistent, cette spécificité garantit que les bactéries n’investissent dans la modification de l’expression de leurs gènes et de leur métabolisme que lorsque le bon partenaire algal est présent.
L’étude révèle également le rôle du benzoate dérivé d’algues dans les interactions entre Sulfitobacter D7 et E. huxleyi. Même à des concentrations élevées de DMSP, le benzoate agit pour maintenir le mode de vie de coexistence. Le benzoate est un facteur de croissance efficace et est fourni par E. huxleyi à Sulfitobacter J7 pendant la coexistence. Les auteurs proposent que tant que Sulfitobacter D7 bénéficie de la coexistence en recevant du matériel de croissance, il maintiendra l’interaction mutualiste. Lorsque moins de benzoate et d’autres substrats de croissance sont fournis, la bactérie subit un changement de mode de vie et tue son hôte phytoplancton, récupérant tout matériel utile restant.
Le mécanisme exact de la pathogénicité de Sulfitobacter D7 contre E. huxleyi n’a pas encore été découvert et les auteurs appellent à davantage de travaux dans ce domaine. Le système de sécrétion de la machinerie cellulaire de type 2 – un complexe que de nombreuses bactéries utilisent pour déplacer des matériaux à travers leur membrane cellulaire – est plus répandu chez Sulfitobacter D7 que chez d’autres Roseobacters, et donne des indices sur une méthode unique de pathogénicité qui nécessite une enquête plus approfondie.
« Notre travail fournit un cadre contextuel pour le passage de la coexistence à la pathogénicité dans les interactions Roseobacter-phytoplancton », conclut l’auteur principal Assaf Vardi, professeur au Département des sciences végétales et environnementales à l’Institut des sciences Weizmann. « Ces interactions sont une composante sous-estimée de la régulation de la dynamique des efflorescences algales et une étude plus approfondie dans ce domaine pourrait donner un aperçu de leur impact sur le devenir du carbone et du soufre dans l’environnement marin. »
