Une symbiose marine pour fixer l’azote

Si on connaît l’histoire de la photosynthèse, une symbiose entre certains végétaux et des bactéries qui a conduit l’intégration des chloroplastes dans les cellules, on pourrait imaginer être à l’aube d’un événement cellulaire similaire en lisant les travaux signés par un consortium international de biologistes marins publiés dans Science. Jonathan Zehr, du Département des sciences de l’océan de l’Université de Californie à Santa Cruz, détaille en effet une relation symbiotique entre une cyanobactérie connue sous le nom d’UCYN-A et une algue unicellulaire de la famille des Prymnesiophyceae afin d’échanger du carbone contre de l’azote (1).
L’origine de ces recherches provient d’une observation datant de 2010. Le génome d’UCYN-A contient de grandes lacunes métaboliques : ni le complexe d’oxydation de l’eau (oxygen evolving complex photosystem II), ni le complexe carboxylase/oxygénase permettant de fixer le CO₂ (type RuBisCo), ni la machinerie nécessaire au Cycle de Krebs ne sont présents (2). On imagine alors mal comment cet organisme peut survivre seul.
Les biologistes se sont donc lancés à la recherche d’un partenaire symbiotique. Pour cela, ils ont utilisé différentes méthodes de tri cellulaire : cytométrie de flux, isotopes ¹⁵N et ¹³C, spectrométrie de masse à ionisation secondaire (nanoSIMS)… Les résultats ont permis d’identifier une algue unicellulaire, prymnesiophyte, dont le génome ressemble étroitement à celui de Braarudosphaera bigelowii, une autre microalgue planctonique connue pour former des plaques externes de calcium. En attendant une caractérisation plus fine, l’algue partenaire d’UCYN-A a été nommée Biosope T60.34 par les auteurs. Ces derniers indiquent que les deux micro-organismes semblent avoir lié une relation donnant-donnant : UCYN-A fixe l’azote pour faciliter la croissance de Biosope T60.34 qui, en retour, lui fournit du carbone. La nature physique de ce lien reste néanmoins à éclaircir. Selon Anne Thompson, première auteure de l’article, « cette association est assez robuste pour que les deux micro-organismes soient ensemble à l’issu du tri cellulaire mais suffisamment délicate pour être brisée lors des phases de filtration ou de congélation des préparations. » Au vu de la relation phylogénétique qui semble exister entre Biosope T60.34 et B. bigelowii, les chercheurs imaginent que les plaques calcifiées pourraient unir les cellules. Ce type d’attache se disloquerait en effet facilement lors des préparations cellulaires les plus brutales. Une sorte de PACS : un pacte calcique de solidarité !

(1) Thompson AW et al. (2012) Science 337, 1546-50
(2) Tripp HJ et al. (2012) Nature 464, 90-4

Cartographie de ¹⁵N permettant de voir des UCYN-A arrimées à leur cellule hôte par nanoSIMS
© Avec l’aimable autorisation de Rachel Foster et Andreas Krupke