La vie a trouvé des moyens de surmonter, et même prospérer, dans de nombreuses situations extrêmes, des piscines super salines aux températures élevées des bouches hydrothermales. Une nouvelle expérience a montré que la microgravité trouvée dans l'espace est aussi un environnement dans lequel la vie peut s'adapter.

Des chercheurs de l'Université de Houston ont utilisé deux souches presque identiques d'E. coli non pathogène, une bactérie commune trouvée dans les intestins des animaux, et les mettre à l'épreuve. Une souche, NCM520, a été cultivé dans un flacon dans des conditions normales de gravité terrestre, tandis que l'autre, MG1655, a été placé dans une chambre spéciale prêtée par le Johnson Space Center qui simule la microgravité. Assez petit pour tenir dans la paume de vos mains, le High Aspect Ratio Vessel (HARV) tourne lentement (environ 25 tr/min) sur le côté, de sorte que les microbes qui se développent dans le milieu liquide à l'intérieur sont en chute libre.

Après avoir grandi pendant un millier de générations dans le HARV - bien plus longtemps que toutes les expériences précédentes impliquant des bactéries - la souche MG1655 avait dépassé la souche à gravité contrôlée, NCM520, par un facteur de trois à un. Les chercheurs ont déduit que le stress d'être dans un environnement de microgravité avait déclenché une adaptation qui a augmenté la compétitivité de la souche MG1655.

"Réaliser ces études sur Terre en simulant la microgravité est extrêmement important si nous voulons obtenir une image plus complète de la survie microbienne dans l'espace, ", dit Madhan Tirumalai, le chercheur principal et un microbiologiste à l'Université de Houston.

L'équipe de Tirumalai a voulu savoir si cette adaptation se produisait au niveau génétique, ou s'il s'agissait d'une réponse physiologique au changement de gravité. Par analogie, si une personne se déplace d'un endroit froid vers l'équateur, comment s'adapte-t-il au changement de température, et le retour à la maison effacerait-il ces adaptations ? L'effacement signifierait que les adaptations sont physiologiques, pas génétique.

Les chercheurs ont découvert que 72% de l'avantage adaptatif de la souche MG1655 était conservé après son retour à la gravité normale et sa croissance ultérieure pendant 10 ou 20 générations supplémentaires. Les chercheurs ont conclu que même si certains des changements étaient physiologiques, ceux qui sont restés une fois retournés à la gravité terrestre ont eu lieu au niveau génétique et ont donné à la souche adaptée à la microgravité un avantage sur la souche inadaptée. Un examen plus approfondi a montré que 16 gènes avaient muté dans MG1655, dont cinq gènes liés à la formation du biofilm - le surA, fimH, trkH, gènes fhuA et ygfK.

Les biofilms sont de minces collections de cellules qui se lient entre elles pour permettre une meilleure répartition des ressources et une meilleure adhérence aux surfaces. Un taux accru de formation de biofilm est avantageux pour la survie bactérienne et cette adaptation à la microgravité améliorerait apparemment la capacité des bactéries à coloniser les surfaces dans les environnements spatiaux. Bien que les recherches de Tirumalai aient des implications sur la capacité des bactéries à coloniser la Station spatiale internationale, d'autres chercheurs pourraient maintenant commencer à se demander si des études d'adaptation similaires pourraient aider à explorer la possibilité que les bactéries puissent survivre dans des environnements extraterrestres, comme les astéroïdes, comètes ou petites lunes.

"Mettez un organisme microbien dans n'importe quelles conditions de stress ou dans un nouveau type d'environnement et sur une période de temps, il commencera à subir des mutations dans une direction qui l'aidera à acquérir une sorte d'avantage de croissance pour survivre, " dit Tirumalai.

Les résultats représentent une forme d'« évolution expérimentale, " dans lequel l'évolution d'une souche bactérienne est manipulée par les environnements expérimentaux et les stress dans lesquels la bactérie est placée, dit le microbiologiste Robert McLean, un biologiste de l'Université d'État du Texas qui n'était pas impliqué dans les recherches de Tirumalai.

"De mon point de vue, la signification de ces résultats est que certaines mutations jusque-là inconnues se sont produites dans la souche d'E. coli exposée à la microgravité, " dit McLean. " Ceux-ci représentent des changements à long terme, que l'évolution expérimentale peut tester."

Risques pour la santé

Il existe également un lien potentiel entre la croissance des biofilms et la virulence des bactéries. Bien que les souches d'E. coli utilisées dans l'expérience ne soient pas pathogènes, l'ensemble des gènes responsables de la formation de biofilm dans les souches pathogènes sont étroitement liés aux gènes impliqués dans la pathogénicité. Des changements dans un ensemble de gènes entraîneraient des changements dans l'autre ensemble.

"Il y a une probabilité que les gènes virulents subissent des mutations et une sélection pour rendre les souches plus virulentes, " dit Tirumalai.

Une preuve supplémentaire de ceci est le cas de la souche pathogène Salmonella enterica sérovar Typhimurium. Des expériences antérieures menées par le généticien James Wilson de l'Université de Villanova ont montré que cette souche de salmonelle devenait plus virulente après exposition à la microgravité.

"La formation de biofilm est critique non seulement pour la colonisation bactérienne, mais elle est également liée à la virulence bactérienne, " dit Tirumalai.

Outre les implications astrobiologiques, les résultats pourraient également révéler des problèmes pour les astronautes de la Station spatiale internationale ou des voyages dans l'espace lointain. Les biofilms peuvent contaminer les systèmes de recyclage de l'eau, tandis qu'une virulence accrue pourrait poser un risque pour la santé des astronautes. Cependant, il reste à confirmer si des bactéries telles que E. coli ou Salmonella le font, En effet, se comporter ainsi dans un environnement spatial réel, ou si la microgravité affecte d'autres bactéries de cette manière.

"D'autres bactéries et organismes peuvent faire quelque chose de complètement différent, " prévient McLean.

Survivre dans l'espace

En supposant que d'autres bactéries agissent comme E. coli en microgravité, cela pourrait potentiellement avoir des conséquences importantes pour l'astrobiologie. La théorie de la panspermie suggère que le matériel biologique pourrait être transféré entre les corps planétaires via des astéroïdes et des débris spatiaux, mais exigerait que les microbes s'épanouissent pendant de longues périodes dans l'espace. Il est possible que la vie ait échangé la Terre contre Mars et vice versa à la suite d'énormes impacts qui ont envoyé des débris rocheux remplis de microbes dans l'espace. McLean suggère que pour que la vie survive à un tel voyage, il doit d'abord résister à la chaleur et à l'énergie de l'impact initial qui l'a projeté dans l'espace, puis les conditions extrêmes de l'espace interplanétaire, et enfin la chaleur et l'énergie d'entrer dans l'atmosphère et d'impacter le sol sur une nouvelle planète.

McLean souligne que ses recherches montrent que les bactéries peuvent survivre à la rentrée et à l'impact. Son groupe a mené une expérience microbienne pour tester si des biofilms pouvaient se former dans l'espace à bord du dernier vol de la navette spatiale Columbia en 2003 et a découvert que, miraculeusement, la bactérie a survécu à la destruction de la navette spatiale. Il est actuellement inconnu, cependant, si une formation accrue de biofilm dans l'espace renforcerait la probabilité que les microbes puissent survivre aux conditions spatiales.

"Je ne sais pas si la croissance du biofilm ferait une différence ou non, " dit McLean, "mais il serait intéressant de tester."

D'autres expériences pourraient avoir lieu dans les HARV sur Terre, mais pour confirmer que les bactéries se comportent vraiment de la même manière dans l'espace, Tirumalai pense qu'il est crucial que nous mettions ces tests en orbite.

"Il est maintenant très important de mener ces expériences sur la Station spatiale internationale et de voir comment ces organismes réagissent aux conditions spatiales réelles, " dit Tirumalai.

Compte tenu des coûts et des difficultés de mise en place d'expériences sur la station spatiale, il accepte que cela n'arrive pas de sitôt.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .