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Des scientifiques découvrent la plus grosse bactérie jamais vue

Des scientifiques découvrent la plus grosse bactérie jamais vue

Dans une forêt de mangroves des Caraïbes, des scientifiques ont découvert une espèce de bactérie qui atteint la taille et la forme d’un cil humain.

Ces cellules sont les plus grosses bactéries jamais observées, des milliers de fois plus grosses que des bactéries plus familières comme Escherichia coli. “Ce serait comme rencontrer un autre humain de la taille du mont Everest”, a déclaré Jean-Marie Volland, microbiologiste au Joint Genome Institute de Berkeley, en Californie.

Dr Volland et ses collègues publié leur étude de la bactérie, appelée Thiomargarita magnifica, jeudi dans la revue Science.

Les scientifiques pensaient autrefois que les bactéries étaient trop simples pour produire de grosses cellules. Mais Thiomargarita magnifica s’avère remarquablement complexe. La majeure partie du monde bactérien n’ayant pas encore été explorée, il est tout à fait possible que des bactéries encore plus grandes et plus complexes attendent d’être découvertes.

Il y a environ 350 ans, le broyeur de lentilles néerlandais Antonie van Leeuwenhoek a découvert des bactéries en se grattant les dents. Lorsqu’il a placé la plaque dentaire sous un microscope primitif, il a été étonné de voir nager des organismes unicellulaires. Au cours des trois siècles suivants, les scientifiques ont découvert de nombreux autres types de bactéries, toutes invisibles à l’œil nu. Une cellule d’E. coli, par exemple, mesure environ deux micronsou moins d’un dix millième de pouce.

Chaque cellule bactérienne est son propre organisme, ce qui signifie qu’elle peut se développer et se diviser en une paire de nouvelles bactéries. Mais les cellules bactériennes vivent souvent ensemble. Les dents de Van Leeuwenhoek étaient recouvertes d’un film gélatineux contenant des milliards de bactéries. Dans les lacs et les rivières, certaines cellules bactériennes s’agglutinent pour former de minuscules filaments.

Nous, les humains, sommes des organismes multicellulaires, notre corps est composé d’environ 30 trillions de cellules. Bien que nos cellules soient également invisibles à l’œil nu, elles sont généralement beaucoup plus grandes que celles des bactéries. Un ovule humain peut atteindre environ 120 microns de diamètre, soit cinq millièmes de pouce.

Les cellules d’autres espèces peuvent devenir encore plus grandes : L’algue verte Caulerpa taxifolia produit des cellules en forme de lame qui peuvent atteindre une d’un pied de long.

Alors que le gouffre entre les petites et les grandes cellules émergeait, les scientifiques se sont tournés vers l’évolution pour lui donner un sens. Les animaux, les plantes et les champignons appartiennent tous à la même lignée évolutive, appelée eucaryotes. Les eucaryotes partagent de nombreuses adaptations qui les aident à construire de grandes cellules. Les scientifiques ont estimé que sans ces adaptations, les cellules bactériennes devaient rester petites.

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Pour commencer, une grosse cellule a besoin d’un support physique pour ne pas s’effondrer ou se déchirer. Les cellules eucaryotes contiennent des fils moléculaires rigides qui fonctionnent comme des poteaux dans une tente. Les bactéries, cependant, n’ont pas ce squelette cellulaire.

Une grande cellule est également confrontée à un défi chimique : à mesure que son volume augmente, les molécules mettent plus de temps à dériver et à rencontrer les bons partenaires pour effectuer des réactions chimiques précises.

Les eucaryotes ont développé une solution à ce problème en remplissant les cellules de minuscules compartiments où des formes distinctes de biochimie peuvent avoir lieu. Ils gardent leur ADN enroulé dans un sac appelé le noyau, ainsi que des molécules qui peuvent lire les gènes pour fabriquer des protéines, ou les protéines produisent de nouvelles copies d’ADN lorsqu’une cellule se reproduit. Chaque cellule génère du carburant à l’intérieur de poches appelées mitochondries.

Les bactéries n’ont pas les compartiments trouvés dans les cellules eucaryotes. Sans noyau, chaque bactérie porte généralement une boucle d’ADN flottant librement autour de son intérieur. Ils n’ont pas non plus de mitochondries. Au lieu de cela, ils génèrent généralement du carburant avec des molécules intégrées dans leurs membranes. Cet arrangement fonctionne bien pour les petites cellules. Mais à mesure que le volume d’une cellule augmente, il n’y a pas assez de place à la surface de la cellule pour suffisamment de molécules génératrices de carburant.

La simplicité des bactéries semblait expliquer pourquoi elles étaient si petites : elles n’avaient tout simplement pas la complexité essentielle pour devenir grandes.

“Nous n’avons fait qu’effleurer la surface, mais nous avons été très dogmatiques”, a-t-il déclaré.

Ce dogme a commencé à se fissurer dans les années 1990. Les microbiologistes ont découvert que certaines bactéries ont développé leurs propres compartiments indépendamment. Ils ont également découvert des espèces visibles à l’œil nu. Epulopiscium fishelsonipar exemple, a été découvert en 1993. Vivant à l’intérieur du poisson-chirurgien, la bactérie atteint 600 microns de long, soit plus qu’un grain de sel.

Olivier Gros, biologiste à l’Université des Antilles, a découvert Thiomargarita magnifica en 2009 en arpentant les forêts de mangroves de Guadeloupe, un groupe d’îles des Caraïbes faisant partie de la France. Le microbe ressemblait à des morceaux miniatures de spaghettis blancs, formant un manteau sur des feuilles d’arbres morts flottant dans l’eau.

Au début, le Dr Gros ne savait pas ce qu’il avait trouvé. Il pensait que les spaghettis pouvaient être des champignons, de minuscules éponges ou un autre eucaryote. Mais lorsque lui et ses collègues ont extrait l’ADN d’échantillons en laboratoire, cela a révélé qu’il s’agissait de bactéries.

Le Dr Gros s’est associé au Dr Volland et à d’autres scientifiques pour examiner de plus près les organismes étranges. Ils se sont demandé si les bactéries étaient des cellules microscopiques collées ensemble en chaînes.

Cela s’est avéré ne pas être le cas. Lorsque les chercheurs ont regardé à l’intérieur des nouilles bactériennes avec des microscopes électroniques, ils ont réalisé que chacune était sa propre cellule gigantesque. La cellule moyenne mesurait environ 9 000 microns de long, et la plus grande était de 20 000 microns – assez longue pour couvrir le diamètre d’un centime.

Les études sur Thiomargarita magnifica ont progressé lentement parce que le Dr Vallant et ses collègues n’ont pas encore trouvé comment cultiver la bactérie dans leur laboratoire. Pour l’instant, le Dr Gros doit rassembler un nouveau stock de bactéries chaque fois que l’équipe veut mener une nouvelle expérience. Il peut les trouver non seulement sur les feuilles, mais aussi sur les coquilles d’huîtres et les bouteilles en plastique posées sur les sédiments riches en soufre de la forêt de mangrove. Mais les bactéries semblent suivre un cycle de vie imprévisible.

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“Au cours des deux derniers mois, je ne peux pas les trouver”, a déclaré le Dr Gros. “Je ne sais pas où ils sont.”

À l’intérieur des cellules de Thiomargarita magnifica, les chercheurs ont découvert une structure bizarre et compliquée. Leurs membranes contiennent de nombreux types de compartiments différents. Ces compartiments sont différents de ceux de nos propres cellules, mais ils peuvent permettre à Thiomargarita magnifica d’atteindre des tailles énormes.

Certains des compartiments semblent être des usines génératrices de carburant, où le microbe peut puiser l’énergie dans les nitrates et autres produits chimiques qu’il consomme dans la mangrove.

Thiomargarita magnifica possède également d’autres compartiments qui ressemblent remarquablement à des noyaux humains. Chacun des compartiments, que les scientifiques appellent pépins d’après les petites graines de fruits comme les kiwis, contient une boucle d’ADN. Alors qu’une cellule bactérienne typique n’a qu’une seule boucle d’ADN, Thiomargarita magnifica en a des centaines de milliers, chacune nichée dans sa propre pépine.

Plus remarquable encore, chaque pépine contient des usines pour construire des protéines à partir de son ADN. “Ils ont essentiellement de petites cellules dans les cellules”, a déclaré Petra Levin, microbiologiste à l’Université de Washington à St. Louis, qui n’a pas participé à l’étude.

L’énorme réserve d’ADN de Thiomargarita magnifica peut lui permettre de créer les protéines supplémentaires dont il a besoin. Chaque pépine peut fabriquer un ensemble spécial de protéines nécessaires dans sa propre région de la bactérie.

Le Dr Volland et ses collègues espèrent qu’après avoir commencé à cultiver la bactérie, ils pourront confirmer ces hypothèses. Ils aborderont également d’autres mystères, tels que la façon dont la bactérie parvient à être si résistante sans squelette moléculaire.

“Vous pouvez sortir un seul filament de l’eau avec une pince à épiler et le mettre dans un autre récipient”, a déclaré le Dr Volland. “Comment il tient ensemble et comment il acquiert sa forme – ce sont des questions auxquelles nous n’avons pas répondu.”

Le Dr Date a déclaré qu’il pourrait y avoir plus de bactéries géantes qui attendent d’être découvertes, peut-être même plus grosses que Thiomargarita magnifica.

“Quelle taille ils peuvent atteindre, nous ne savons pas vraiment”, a-t-il déclaré. “Mais maintenant, cette bactérie nous a montré la voie.”

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