Les micro-organismes vivant dans les sédiments enfouis sous le fond marin obtiennent leurs nutriments en utilisant des enzymes sécrétées pour dégrader les détritus adsorbés. Une nouvelle étude montre que pour survivre sur de longues périodes, les micro-organismes se mangent les uns les autres après leur mort.

Les sédiments qui sous-tendent les océans du monde abritent un large éventail de communautés microbiennes. Beaucoup d'organismes dans ce froid, environnement anoxique dépendent pour leur survie de la matière organique. En effet, les sédiments marins constituent le plus grand réservoir de carbone organique sur Terre, et comprendre la dynamique de son recyclage est vital pour une évaluation fiable de l'impact du réchauffement climatique. Une grande partie du carbone fixe trouvé dans les sédiments se compose de protéines détritiques et de glucides. Cependant, on sait peu de choses sur les groupes microbiens responsables de la dégradation des composés carbonés dans le sous-sol. Pour aider à combler cette lacune dans nos connaissances, Guillaume Orsi, Professeur de Géomicrobiologie au Département des Sciences de la Terre et de l'Environnement du LMU, a cherché à caractériser ces groupes en analysant, au niveau génétique, les enzymes qu'ils sécrètent dans leur environnement. Les résultats de l'étude ont été publiés en ligne dans la revue Microbiologie naturelle .

Les micro-organismes utilisent des enzymes extracellulaires pour catalyser la dégradation chimique des matières organiques, substances carbonées dans le milieu environnant. Les produits de dégradation qui en résultent sont absorbés par des protéines de transport spécialisées et servent de sources d'énergie et de blocs de construction pour la croissance cellulaire. Toutes les enzymes destinées à l'exportation à partir de cellules contiennent une courte, séquence définie d'acides aminés qui sert d'étiquette d'identification, qui est reconnu par l'appareil sécrétoire qui leur permet d'accéder à l'extérieur de la cellule. Les fragments d'ARN environnementaux récupérés dans les sédiments peuvent être amplifiés et analysés en laboratoire, permettant ainsi les séquences de ces balises, qui codent des informations pour produire les enzymes elles-mêmes. "En utilisant une nouvelle méthode bioinformatique, nous avons recherché conservé évolutivement, et donc fonctionnellement important, des motifs de séquence d'acides aminés au sein de ces séquences de reconnaissance. De cette façon, nous étions capable de, pour la première fois, non seulement d'utiliser des données génétiques pour déduire des fonctions enzymatiques, mais aussi d'identifier spécifiquement les enzymes sécrétées par les cellules qui vivent dans ces sédiments, " explique Orsi.

Orsi et ses collègues ont utilisé des données de séquence qui avaient été obtenues dans une étude antérieure d'ARN environnemental récupéré sur un site de forage en haute mer au large des côtes du Pérou. Les nouveaux résultats montrent que les bactéries, les archées et les champignons enfouis dans les sédiments au fond de la mer produisent et sécrètent une constellation unique d'enzymes. Ces catalyseurs sont capables de dégrader les biomolécules associées aux dépôts sédimentaires, comme les glucides, lipides et protéines - mais ils peuvent également récupérer les nutriments des cellules mortes. "De nombreuses enzymes synthétisées et sécrétées par les cellules fongiques attaquent spécifiquement les parois cellulaires des archées, alors que de nombreuses enzymes extracellulaires libérées par les bactéries peuvent dégrader les parois cellulaires des champignons, " dit Orsi. " En d'autres termes, différentes classes de microbes se cannibalisent apparemment les « carcasses » les unes des autres. » Vraisemblablement, les micro-organismes utilisent cette "nécromasse" comme source de carbone et d'énergie, qui leur permet de survivre dans cette zone anoxique hostile, bien au-delà de la portée de la lumière du soleil. Les sédiments les plus anciens trouvés dans la carotte de forage ont été récupérés à une profondeur de 159 mètres sous le fond marin et datent de 2,8 millions d'années.

Les chercheurs veulent maintenant savoir combien de carbone est recyclé par les différents groupes d'organismes, afin d'estimer leurs contributions individuelles au cycle global du carbone. "Nos données pourraient ensuite être intégrées dans des modèles biogéochimiques, ce qui améliorerait le pouvoir prédictif de tels modèles, " dit Orsi.