Les cyanobactéries, des bactéries particulièrement douées pour coloniser les écosystèmes aquatiques


 AHLeGall    28/04/2016 : 08:59

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Les cyanobactéries, des bactéries "flexibles" championnes de la colonisation >>> Avec Enora Briand et Myrian Bormans (ECOBIO)

Les proliférations de cyanobactéries perturbent le fonctionnement des écosystèmes aquatiques dans lesquels elles surviennent et constituent un risque important pour la santé animale et humaine. En effet, ces microorganismes sont capables de synthétiser une grande variété de composés bioactifs dont les microcystines (MCs), toxines les plus fréquemment produites par les genres majeurs de cyanobactéries présents dans les écosystèmes aquatiques continentaux. S’il est désormais établi que ces métabolites secondaires jouent un rôle important dans la composition des communautés des micro-organismes à travers des interactions biotiques, en revanche de nombreuses questions demeurent sur leur rôle fonctionnel et le mode de régulation de leur production. C'est à ces interrogrations que tentent de répondre Enora Briand et Myriam Bormans du labo ECOBIO de l'OSUR, les deux premiers auteurs d'un article paru dans Environmental Microbiology en février 2016 et intitulé 'Changes in secondary metabolic profiles of Microcystis aeruginosa strains in response to intraspecific interactions'.

Les cyanobactéries, microorganismes photosynthétiques, sont parmi les plus anciens organismes apparus sur terre (~3 milliards d'années). Ces organismes procaryotes contribuent de manière très significative à la production primaire de notre planète et jouent un rôle central dans les cycles de l’azote et du carbone. Les cyanobactéries ont évolué en un groupe bactérien extrêmement diversifié aussi bien du point de vue morphologique, métabolique que génétique. Cette grande plasticité leur a permis de coloniser de nombreux écosystèmes à travers le monde, qu’ils soient terrestres ou aquatiques. Cependant, leur succès écologique peut entrainer des problèmes majeurs lorsqu’elles prolifèrent dans les écosystèmes aquatiques continentaux, en perturbant leur fonctionnement (diminution de la biodiversité, hypoxie et anoxie) mais aussi leurs usages (loisirs, production d’eau potable, production piscicole). Outre les quantités élevées de biomasse générées lors de ces événements, les cyanobactéries produisent de nombreux métabolites secondaires dont une partie est d’ores et déjà connue pour induire des effets toxiques pour les organismes qui y sont exposés (les dermatotoxines irritent la peau et les muqueuses, les hépatotoxines ciblent le foie et les neurotoxines le système nerveux). Le risque toxique associé à ces proliférations constituent donc un problème majeur à la fois pour la santé des écosystèmes et pour la santé publique. Parmi ces toxines, les microcystines (MCs, hépatotoxines) sont les plus fréquemment produites par les genres majeurs de cyanobactéries présents dans les écosystèmes aquatiques continentaux. Ces métabolites secondaires, qui par définition ne sont pas indispensables à la croissance de la cellule, joueraient un rôle important dans la composition des communautés des micro-organismes à travers des interactions biotiques, c'est-à-dire les interactions du vivant sur le vivant dans un écosystème. En revanche de nombreuses questions demeurent sur leur rôle fonctionnel et le mode de régulation de leur production.


Lors des proliférations de cyanobactéries, des souches productrices et non-productrices de métabolites pour chacune des classes de métabolites coexistent. Dans ce contexte, les chercheurs ont testé si la production de différents métabolites secondaires par des souches co-existantes pouvait être régulée à travers des interactions intraspecifiques. Une approche combinée de co-culture et d’analyse des profils métaboliques par LC-MS/MS (Spectromètre de Masse hybride Haute Résolution couplé à une Chromatographie Liquide Ultra Performance) a été développée afin d’étudier la croissance et les profils métaboliques de souches de Microcystis productrices et non productrices de MCs en condition de monoculture et de co-culture (souche productrice de MCs en co-culture avec l’une des souche non productrice).


En condition de monoculture, les auteurs ont mis en évidence chez la souche mutante non productrice de MCs, que l’absence de production de la toxine engendrait une surproduction des autres métabolites (cyanopeptolines, aerucyclamides et aeruginosines) par rapport aux productions observées chez la souche toxique sauvage. De plus, des changements quantitatifs des peptides produits majoritairement étaient également observés en réponse à la mise en co-culture. L’étude des réseaux moléculaires par une approche innovante basée sur la comparaison des spectres MS/MS, a également permis de détecter de nouveaux variants structurels (composé qui ne diffère d’un autre composé que par le remplacement d’un atome ou d’un groupe d’atomes par un autre) ainsi que des composés inconnus.
Ce travail apporte de nouveaux éléments quant à la compréhension des facteurs régulant la production des MCs et autres métabolites secondaires chez les cyanobactéries, et suggère que les cyanopeptides pourraient avoir des fonctions interchangeables ou complémentaires permettant aux cyanobactéries de coloniser et de dominer des environnements aquatiques sujets à de fortes variations.


On peut donc supposer que dans le cadre du changement climatique annoncé, caractérisé notamment par des fortes fluctuations hydriques et de températures, nos écosystèmes aquatiques seront encore plus menacés par ces cyanobactéries particulièrement adaptables, avec les conséquences socio-environnementales que l’on imagine : une écotoxicité accrue, et des risques sanitaires d’autant plus forts pour les populations humaines et animales.

* Enora Briand, Myriam Bormans, Muriel Gugger et al. (2016). Changes in secondary metabolic profiles of Microcystis aeruginosa strains in response to intraspecific interactions. Environmental microbiology, 18(2), 384–400 doi:10.1111/1462-2920.12904

Art Enora Briand Figure 2016

Art Enora Briand Efflorescence 2016

Contacts OSUR :

Enora Briand (ECOBIO)

Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)





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