Biofutur, le mensuel européen des biotechnologies

Remous en écologie virale

Agnès Vernet — 2016-01-25T16:17:25Z

Et si toutes les estimations sur l'abondance des virus dans les milieux marins étaient fausses ? Un pavé dans la mare de l'écologie virale lancé par un groupe international de chercheurs.

Les phénomènes géochimiques des océans ne sont pas insensibles aux phénomènes biologiques. Loin de là. Les micro-organismes marins jouent un rôle important dans le cycle du carbone par exemple. Leur activité métabolique est, comme pour leurs congénères terrestres, influencée par les infections virales auxquelles ils sont soumis. Estimer l'abondance relative des virus dans un milieu est donc essentiel.
Depuis les années 1980, l'écologie virale utilise le ratio virus/bactéries comme indicateur statistique des relations entre les virus marins et leurs potentiels hôtes. Ce ratio a été estimé à 10 virus pour 1 bactérie, quel que soit l'écosystème. Pourtant des études suggèrent que sa valeur varie.
17 instituts ont donc rassemblé leurs forces et leurs échantillons afin de réexaminer ce rapport. Leur travail s'est appuyé sur 5 671 estimations de l'abondance relative entre virus et cellules bactériennes issues de 25 études de grande échelle. Résultat : la règle linéaire ne se vérifie pas.
Le rapport entre le nombre de virus et celui de bactéries varie selon les milieux et la profondeur aquatique. Par exemple, dans des eaux de surface, les chercheurs ont mesuré des ratios allant de 1 pour 1 à 150 pour 1… Même constat pour les eaux profondes, les écarts de ratios s'échelonnent de 5 pour 1 à 75 pour 1. Ces variations sont importantes car « un environnement avec 100 fois plus de virus que de bactéries pourrait avoir des taux de renouvellement microbien très différents d'un autre avec beaucoup moins de virus », estime Joshua Weitz, de l'Institut technologique de Georgie, aux États-Unis, un des principaux auteurs de cette étude. Ce qui implique aussi un impact variable sur les phénomènes géochimiques globaux. Une véritable remise en cause de l'uniformité de l'action des virus sur les écosystèmes.
D'autres études, de plus grandes envergures, sont désormais nécessaires pour affiner ce résultat et intégrer précisément l'impact des virus dans les modélisations des cycles géochimiques des océans.

Wigington CH et al. (2016) Nat Microbiol, doi:10.1038/nmicrobiol.2015.24

Le cycle du carbone
© Travail du gouvernement des États-Unis via Wikimedia Commons

Remue-ménage dans l'histoire végétale

Agnès Vernet — 2015-12-17T04:00:00Z

En opposition avec la théorie dominante, des indices suggèrent que certaines algues descendent de plantes terrestres et non l'inverse.

Depuis Frederick Orpen Bower, le botaniste britannique auteur du premier traité sur l'histoire des plantes, il est généralement admis que les algues ont toutes précédé dans l'évolution les plantes terrestres. Un paradigme révisé par les travaux de Jesper Harholt, Øjvind Moestrup et Peter Ulvskov, du laboratoire danois Carlsberg et de l'Université de Copenhague, trois chercheurs qui ont décidé de s'intéresser à la paroi cellulaire des végétaux. Cette caractéristique de la cellule végétale est considérée à la fois comme une conséquence de l'émergence de ces organismes des eaux et une réponse à la gravité terrestre. Cette invention du vivant a permis aux plantes de résister aux vents, de s'élever et de produire les formes rigides et complexes qui nous entourent. Or il existe des algues vertes de la famille des Charophytes – à laquelle l'ancêtre des plantes terrestres appartient –, dotées d'une paroi cellulaire. Le génome d'un membre de cette famille, Klebsormidium flaccidum, a d'ailleurs été récemment séquencé (2). Cette algue verte présente de nombreux gènes similaires à ceux des plantes supérieures, notamment des séquences impliquées, entre autres, dans la tolérance à la lumière ou à la sécheresse, suggérant une évolution linéaire et non convergente.
Remarquant également que des Charophytes n'ont pas de flagelle – une organelle pourtant indispensable aux déplacement en milieu aqueux – ni d'ocelle – un « œil primitif » qui permet de se diriger vers la lumière –, les chercheurs de Copenhague proposent une nouvelle théorie : l'ancêtre de ces algues vertes aurait vécu hors des eaux longtemps avant de donner naissance aux plantes terrestres tandis qu'une autre branche de sa descendance serait retournée à la vie marine. Une hypothèse qui soulève beaucoup de questions et pourrait considérablement repousser la date de l'émergence des végétaux terrestres, estimée à il y a environ 500 millions d'années.

(1) Harholt J et al. (2015) Trends Plant Sci,
doi:10.1016/j.tplants.2015.11.010
(2) Hori K et al. (2014) Nat Commun 5, 3978

Le desmide, un charophyte unicellulaire, n'a pas de flagelle.
© G. Hansen/SCCAP Copenhagen

C'est l'heure de la bio-météo marine

Agnès Vernet — 2014-08-26T03:00:00Z

Un modèle du système climatique couplé à une représentation de la chaîne trophique marine prévoit la production de plancton plusieurs années à l'avance.

Couvrant environ 71 % de la surface de la planète, les océans jouent un rôle central dans des événements climatiques tant ils peuvent accumuler ou restituer de la chaleur via des courants marins susceptibles d'influencer les masses d'air. Au sein des phénomènes océaniques, El Niño et La Niña sont les plus célèbres. Formés de manière récurrente au large du Pérou, ils se traduisent par des courants différents de ceux observés avec le climat habituel : El Niño constitue une hausse de la température de l'eau et La Niña, une baisse. L'un comme l'autre modifie la circulation atmosphérique régionale, les vents et les précipitations.
Leurs conséquences ne se limite pas au ciel. Lors du phénomène La Niña, des eaux profondes, froides et riches en nutriments remontent à la surface du Pacifique équatorial. La quantité de plancton augmente alors et entraîne un accroissement des populations de poissons suiveurs dans la chaîne trophique. À l'inverse, El Niño conduit à un appauvrissement des stocks halieutiques via une diminution de la biomasse planctonique. Il existe des modèles informatiques représentant ces phénomènes. Des chercheurs de Météo-France, du CEA, du CNRS et de l'Université de Versailles Saint‐Quentin‐en‐Yvelines ont couplé un de ces logiciels à une modélisation de la chaîne trophique marine. Ils parviennent ainsi à prévoir la production annuelle de phytoplancton dans cette zone de l'océan Pacifique.
Pour tester leur approche, les scientifiques ont comparé leurs prévisions aux observations satellitaires de la biomasse marine des 15 dernières années. Les résultats indiquent que ce modèle couplé est capable de prévoir les variations de biomasse marine au large des côtes péruviennes avec une prospective de deux à cinq ans. Cet outil pourrait participer à l'organisation d'une pêche raisonnée dont les quotas seraient ajustés en fonction des stocks halieutiques prédits par le modèle.

Séférian R et al. (2014) Proc Natl Acad Sci USA 111, 11646-51

Prime à l'ancienneté chez les coraux

Agnès Vernet — 2014-08-19T03:00:00Z

Les espèces anciennes de coraux sont mieux armées pour résister aux stress liés à la pollution et aux changements climatiques.

Depuis plusieurs décades, les coraux doivent affronter des changements environnementaux qui les fragilisent et les rendent plus sensibles aux maladies. La pollution ou les changements climatiques, via le réchauffement et la hausse de la salinité des eaux océaniques, sont indirectement à l'origine d'un véritable déclin de ces animaux. Cependant, toutes les espèces ne sont pas égales devant ce fléau. D'après des recherches menées par l'Université du Texas à Arlington et l'Université de Mayagüez à Puerto Rico, les espèces les plus anciennes disposent d'un arsenal immunitaire plus efficace que les coraux ayant récemment divergé.
Cette étude repose sur l'analyse de 140 échantillons prélevés sur 14 espèces des Caraïbes. Elle démontre que les coraux « anciens » contractent globalement moins de maladies que leurs jeunes cousins. La raison est simple : ils disposent d'une meilleure immunité. Le pouvoir bactéricide des espèces les plus récentes plafonne à 14,6 % quand les coraux anciens, tels que Porites astreoides et ses 200 millions d'années d'histoire, affichent des taux d'inhibition de la croissance bactérienne au-delà des 40 %. Les chercheurs remarquent aussi que les jeunes coraux présentent des taux élevés d'antioxydants, une probable réaction aux changements environnementaux susceptibles de perturber le système immunitaire.
Ces travaux confirment une hypothèse logique : les espèces issues de longues histoires évolutives ont rencontré et survécu à de nombreux stress. Elles ont ainsi acquis un répertoire immunitaire plus large que les espèces récentes. Plus qu'une démonstration, ces recherches proposent un outil simple et efficace pour discerner les populations les plus fragiles des plus résistantes aux menaces actuelles en fonction de la phylogénie de l'espèce.

Pinzón C. JH et al. (2014) PLoS ONE 9(8), e104787

P. astreoides
© JH Pinzón/UT Arlington

Une horloge planctonique

Agnès Vernet — 2014-07-16T03:00:00Z

Au grand large, les espèces de micro-organismes qui composent le plancton coordonnent leur métabolisme et s'organisent autour d'un cycle journalier.

Les micro-organismes océaniques ne sont pas de petits îlots de vie isolés : ils forment une communauté au cœur de laquelle s'échangent les informations génétiques et se partagent nutriments. Des travaux réalisés par des chercheurs de la station océanique Aloha, au nord d'Hawaii, démontrent qu'ils synchronisent même leurs activités transcriptionnelles. Bien que les oscillations journalières ont été observées à travers tous les règnes du vivant, elles sont rarement mises en évidence chez des bactéries ou des archées en conditions naturelles. Les biologistes ont ainsi déterminé – de manière systématique, toutes les deux heures et durant trois jours – les profils de transcription d'une même population de plancton du gyre du Pacifique nord. Ces analyses répétées ont pu être réalisées grâce à un système robotisé de prélèvements et d'analyses des échantillons environnementaux.
Ces données révèlent une véritable chorégraphie transcriptionnelle quotidienne : les populations présentent des pics d'expression à des moments précis de la journée. Ce schéma se répète à l'identique le jour suivant, et celui d'après. Pour autant tous les individus n'expriment pas le même gène au même moment. Chaque espèce possède son propre profil transcriptionnel au sein duquel des gènes – impliqués dans le métabolisme ou la respiration – inscrivent leur expression dans un tempo plus large, qui n'est perceptible qu'à l'échelle de la population toute entière. Ce comportement semble spécifique de la vie au large : des travaux précédents avaient démontré que le métabolisme des micro-organismes côtiers n'est pas coordonné.
Que les cyanobactéries structurent leur activité selon un rythme journalier n'est pas une découverte : les organismes photosynthétiques carburent à la lumière. En revanche, la mise en évidence d'un cycle journalier chez des micro-organismes hétérotrophes est nettement plus inattendue. Quel est le mécanisme sous-jacent à cette horloge planctonique ? Pourquoi ce phénomène n'est-il observé que sur des populations vivant au large ? Permet-il d'optimiser les ressources ? D'autres travaux devront encore le révéler. Mais d'ici là, le cœur de l'océan continuera de battre en cadence.

Ottensens EA et al. (2014) Science 345, 207-12

L'aquaculture ouvre ses vannes aux ARNi

Agnès Vernet — 2014-07-01T03:00:00Z

Les ARN interférents (ARNi) promettent d'améliorer les rendements des élevages de crevettes et de sécuriser la lutte contre les bilharzioses.

Les élevages de crevettes affichent clairement leur préférence envers les mâles : plus gros, ils garantissent aux fermes aquacoles de meilleurs rendements. Le sexe des crevettes dépend de la glande androgénique dont la résection entraîne la conversion des mâles en « néo-femelles » capables, étonnamment, de s'accoupler avec des mâles natifs. Leur descendance est alors uniquement composée de mâles. L'étape chirurgicale rend le phénomène inexploitable à grande échelle. Mais les nouvelles approches biotechnologiques pourraient changer la donne.
Après avoir mis en évidence le rôle central des peptides androgéniques similaires à l'insuline – secrétés par la glande androgénique – dans cette conversion sexuelle, des chercheurs de l'Université Ben Gurion du Négev, en Israël, ont généré des ARNi afin de bloquer leur production. En les injectant aux crevettes mâles Macrobrachium rosenbergii, ils observent leur transformation en néo-femelles au comportement reproductif attendu : leur descendance est strictement masculine.
Le potentiel de ces ARNi ne semble pas se limiter à l'amélioration du rendement des fermes aquacoles. Les M. rosenbergii sont aussi de redoutables agents de biocontrôle des bilharzioses – un groupe de maladies tropicales négligées induites par le parasite du genre Schistosoma dont les conséquences peuvent être importantes notamment chez l'enfant – comme le démontre le projet Crevette (2). Les crustacés se délectent, en effet, des escargots d'eau douce du genre Biomphalaria, hôte intermédiaire du parasite qui facilite sa dispersion. Ces populations de crevettes strictement masculines, donc incapables de se reproduire, pourraient ainsi participer aux programmes de biocontrôle des Schistosoma en évitant le risque d'introduire une nouvelle espèce potentiellement invasive.

(1) Ces travaux sont présentés au congrès 2014 de la Society of Experimental Biology
(2) Sokolow SH et al. (2014) Acta Tropica 132, 64-74

Les biotechs bleues françaises dans le grand bain

Agnès Vernet — 2013-12-20T04:00:00Z

Vous rêvez de profiter des ressources marines ? Vous n'avez pas l'équipement nécessaire ? L'EMBRC-France vous fera naviguer jusqu'à la preuve de concept.

On commence enfin à mesurer le potentiel des biotechs marines. La mer possède des lignées évolutives qui n'ont aucun représentant terrestre, comme les algues brunes, et recèle des richesses biochimiques largement ignorées. Pour permettre à la France de prendre la position qui lui revient dans cette exploration biotechnologique, les stations marines de Roscoff, Banyuls-sur-Mer et Villefranche-sur-Mer – sous tutelle de l'Université Pierre et Marie Curie et du CNRS – se dotent d'un outil indispensable : l'European Marine Biological Resource Centre (EMBRC)-France (EMBRC-France). Issue du programme des Investissements d'avenir, grâce à un fonds de 16 millions d'euros sur une durée de 10 ans, cette infrastructure nationale de recherche a vocation à intégrer l'EMBRC, son grand frère européen encore en construction.
D'ici là, l'EMBRC-France facilitera une exploration en profondeur de la biodiversité marine grâce à la mise à disposition de moyens à la mer, de ressources marines – issues de prélèvements ou de cultures – et de plateformes technologiques, notamment pour la génomique, la protéomique et la bio-informatique. En donnant accès à ces ressources à l'ensemble de la communauté scientifique, qu'il s'agisse de groupes de recherche académiques ou privés, les trois stations biologiques espèrent aider à la réalisation de preuves de concept issues des biotechs bleues.
Grâce à cette infrastructure ouverte, la France pourra mettre à profit ses 11 millions de kilomètres carrés de zone économique exclusive et garder son rang de deuxième puissance maritime mondiale, après les États-Unis.

Pour en savoir plus : www.embrc-france.fr
Dépôt des dossiers à partir du 1^er avril 2014)

Une bandelette pour contrôler les fruits de mer

2013-12-18T04:00:00Z

Ah les réveillons, leurs fruits de mer... et leurs intoxications ! Alors que les fêtes approchent, une société de Genopole a été choisie pour développer un test de détection d'une microalgue toxique qui contamine les coquillages de consommation.

Anova-Plus, jeune société innovante incubée à Genopole, a été retenue par l'Ifremer et le CEA dans le cadre d'un contrat de transfert pour réaliser les étapes d'optimisation et de validation d'un test « bandelette » détectant une microalgue toxique présente dans les coquillages de consommation. Ces étapes pourront in fine permettre à Anova-Plus de commercialiser ces tests innovants à l'horizon 2015.
Anova-Plus développe, fabrique et commercialise des tests rapides pour la détection de micro-organismes, en particulier d'agents pathogènes responsables de maladies des cultures agricoles et de microalgues toxiques pouvant rendre les fruits de mer impropres à la consommation.
L'algue microscopique Alexandrium minutum sécrète des molécules toxiques paralysantes (saxitoxines) transmises à l'homme par la consommation de coquillages (huîtres, moules, coquilles Saint-Jacques…). La présence de cette espèce est un phénomène important et récurrent sur les côtes françaises, en particulier dans certaines régions comme la Bretagne et les lagunes méditerranéennes. Les conséquences sont lourdes en termes à la fois de santé publique et de
pertes économiques, estimées entre 280 millions et 1,2 milliard d'euros par an en Europe entre 1989 et 1998 (source : ECOHARM).
L'objectif du contrat de transfert est de développer un kit de détection rapide de cette microalgue toxique, de type test bandelette, qui pourra être utilisé directement sur le terrain. Anova-Plus travaillera sur les phases d'optimisation et de validation du test, qui précéderont le passage à l'industrialisation. La commercialisation du produit est prévue pour le deuxième trimestre 2015.
L'équipe d'Anova-Plus se réjouit de « cette collaboration avec le CEA et l'Ifremer, qui doit permettre la mise au point de tests de diagnostic rapides et économiques pour aider les filières aquacoles. Grâce à ce nouvel outil d'analyse, de type bandelette, il sera possible de révéler la présence de la microalgue en moins de 15 minutes, à moindre coût et de manière spécifique. » Ce test innovant pourra bénéficier non seulement aux filières concernées mais aussi aux réseaux de surveillance nationaux.

Source : Communiqué Genopole

Des algues enregistrent la fonte des glaces

Agnès Vernet — 2013-11-19T04:00:00Z

600 ans d'archives sont enfouis au fond des océans. Autant de données pour améliorer la prédiction des futurs changements climatiques.

La fonte des glaces polaires est une des conséquences les plus alarmantes des changements climatiques. Mais notre compréhension du phénomène est imparfaite. Il y a quelques années, les modèles prévoyaient la disparition de la banquise d'été à la fin de ce siècle. Désormais, les pronostics les plus fréquents s'accordent sur l'horizon 2030. Nous avons amélioré les modèles mais cela reste insuffisant. Pour nourrir un système mathématique de prédiction, l'important est d'avoir des données précises et nombreuses. Or les archives manquent quant à la vie dans les glaces arctiques.
Pour combler ce vide, un consortium allemand, américain et canadien s'est intéressé à Clathromorphum compactum. Très présente le long des côtes de l'hémisphère nord – y compris l'Arctique –, cette algue a une durée de vie hors du commun puisque certains spécimens ont plus de 600 ans. De plus, C. compactum s'entoure de couches calcaires chaque saison ensoleillée et réduit son activité photosynthétique lorsque la glace couvre complètement la surface de l'eau. Ces couches accumulées constituent de véritables archives des volumes de glaces annuels – selon leur épaisseur – mais aussi de l'importance relative des ions magnésium et calcium circulant à un moment donné.
Les chercheurs ont ainsi pu reconstituer une histoire des glaces arctiques sur 646 ans. Ils montrent que de 1530 à 1860 les zones arctiques et subarctiques ont traversé un Petit âge polaire, une période de températures basses, avant d'entrer dans une phase de hausses des températures. Ces données sont cohérentes avec la migration, au début du XVI^e siècle, des populations Inuits vers le nord, qui a nécessité une extension des glaces. Les informations contenues dans les calcifications des algues permettent aussi de diviser le Petit âge polaire selon des variations de salinité de l'eau et de température. Autant d'informations fines qui améliorent notre compréhension des mécanismes de changement du climat dans cette zone très fragile.

Halfar J et al. (2013) Proc Natl Acad Sci USA, doi:10.1073/pnas.1313775110

Lumière sur la régulation entre photorécepteurs

Agnès Vernet — 2013-07-17T03:00:00Z

Chez les cyanobactéries, la lumière influence très finement l'activité cellulaire via des mécanismes complexes entre photorécepteurs.

Pour les organismes photosynthétiques, la lumière est le facteur crucial. Des recherches menées à l'université américaine de l'État d'Indiana mettent en évidence l'influence du type de photorécepteur exprimé chez des cyanobactéries sur l'adaptation de ces micro-organismes à leur environnement aquatique. La plupart des espèces de cyanobactéries expriment différents photorécepteurs, parmi lesquels les récepteurs cyanobactériochromes (CBRC). Cette diversité autorise une couverture du spectre de la lumière plus large. Les RCBC ont été impliqués dans de nombreux mécanismes biologiques, allant de l'expression génique à la croissance dépendante de la lumière bleue, en passant par les niveaux intracellulaires d'AMP cyclique. L'un des processus les plus étudiés est l'impact du CBRC RcaE sur l'expression génique en réponse à une lumière rouge ou verte chez Fremyella diplosiphon.
Les recherches d'Adam Bussel et de David Kehoe suggèrent que RcaE contrôle aussi l'expression d'autres CBRC. Les taux cellulaires d'IflA, un photorécepteur influencé par les longueurs d'onde entre le rouge et l'infrarouge (rouge lointain), sont ainsi fortement régulés par RcaE. Or IflA est connu pour contrôler la vitesse de croissance des cyanobactéries. Des mécanismes de régulation très complexes semblent donc lier les CBRC au sein d'une cyanobactérie. D'après les chercheurs, ils permettraient aux micro-organismes aquatiques de s'adapter finement aux différents environnements marins, lors des changements de profondeur notamment.

Bussell AN & Kehoe DM (2013) Proc Natl Acad Sci USA, doi:10.1073/pnas.1303371110

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