Si les algues vertes de l'espèce Chlamydomonas reinhardtii rencontrent la bactérie Pseudomonas protegens, leur sort est scellé. Les bactéries, mesurant seulement environ deux micromètres, entourent les algues, qui sont environ cinq fois plus gros, et les attaquer avec un cocktail toxique mortel. Les algues perdent leurs flagelles, ce qui les rend immobiles. Les organismes unicellulaires verts se déforment alors et ne peuvent plus proliférer. Le mécanisme chimique sous-jacent à cette attaque extrêmement efficace a maintenant été découvert par des botanistes et des chimistes de produits naturels de l'Université Friedrich Schiller, Jena (FSU) et l'Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections – Institut Hans Knöll (HKI).

C'est un spectacle horrible qui rencontre les yeux de Prasad Aiyar alors qu'il regarde le microscope. Le doctorant indien, qui est venu à Iéna pour faire sa maîtrise en sciences de la vie moléculaire, examine l'espèce Chlamydomonas reinhardtii sur une lame de microscope. Les microalgues de forme ovale, une bonne taille de 10 micromètres, ont deux flagelles avec lesquels ils nagent activement, c'est-à-dire jusqu'à ce que Prasad Aiyar utilise une pipette pour ajouter une goutte d'une solution bactérienne. Les bactéries encore plus petites se rassemblent en essaims, qui entourent les algues. À peine 90 secondes plus tard, les algues sont immobiles et quand on regarde de plus près, on peut voir que leurs flagelles sont tombés.

Les chercheurs d'Iéna ont découvert pourquoi ces bactéries ont un effet si dévastateur sur les algues vertes. Il semble qu'une substance chimique joue un rôle central dans le processus, comme les équipes du Prof. Maria Mittag et du Dr Severin Sasso de la FSU, et le professeur Christian Hertweck du Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knöll Institute (HKI) – rapport dans la revue scientifique Communication Nature .

Orfamide A, comme la substance s'appelle, est un lipopeptide cyclique que les bactéries libèrent, avec d'autres composés chimiques. "Nos résultats indiquent que l'orfamide A affecte les canaux de la membrane cellulaire, qui conduit à l'ouverture de ces canaux, " explique le Dr Severin Sasso. " Cela conduit à un afflux d'ions calcium de l'environnement à l'intérieur des cellules des algues, " ajoute le responsable du groupe de recherche en botanique moléculaire. Un changement rapide de la concentration d'ions calcium est un signal d'alarme commun pour de nombreux types de cellules, qui régule un grand nombre de voies métaboliques. "Pour pouvoir observer l'évolution du taux de calcium dans la cellule, nous avons introduit le gène d'une photoprotéine dans l'algue verte, ce qui provoque la bioluminescence si le niveau de calcium augmente. Cela nous permet de mesurer la quantité de calcium à l'aide de la luminescence, " explique le Pr Mittag, Professeur de botanique générale. Dans certains cas, les changements dans le calcium entraînent des changements dans la direction du mouvement, par exemple après perception lumineuse. Dans d'autres cas, par exemple après l'attaque bactérienne, ils provoquent la perte des flagelles.

A la recherche du "langage chimique"

En outre, les équipes ont pu montrer que les bactéries peuvent exploiter les algues et les utiliser comme source de nutriments si elles manquent de nutriments. "Nous avons la preuve que d'autres substances du cocktail toxique libéré par la bactérie jouent également un rôle dans cela, " dit Maria Mittag. Son équipe, encore une fois en collaboration avec les équipes du Prof. Hertweck et du Dr Sasso, veut maintenant aussi traquer ces substances, afin d'acquérir une compréhension précise de cette communication chimique entre les algues et les bactéries.

De nombreux groupes de recherche ont consacré leurs efforts à l'étude du "langage chimique" entre les micro-organismes et leur environnement dans le cadre du Centre de Recherche Collaborative "ChemBioSys". Les communautés d'espèces microbiennes sont présentes dans pratiquement tous les habitats de la Terre. « Dans ces communautés, tant la composition des espèces que les interrelations entre les organismes individuels d'une ou plusieurs espèces sont régulées par des médiateurs chimiques, " dit le professeur Hertweck, qui est le conférencier du Collaborative Research Center et chef du département de chimie biomoléculaire à HKI.

L'objectif du partenariat de recherche interdisciplinaire est d'expliquer les mécanismes fondamentaux de contrôle dans les biosystèmes complexes, qui affectent l'ensemble de la vie sur Terre. "Nous voulons comprendre les mécanismes par lesquels les structures de la communauté microbienne sont formées et leur diversité maintenue." Ils sont importants, parce que l'essentiel de la vie - notamment pour les êtres humains - en dépend, par exemple la nourriture ou l'air.

C'est également le cas des microalgues comme Chlamydomonas reinhardtii. Ces micro-organismes photosynthétiques (phytoplancton) contribuent à hauteur d'environ 50 % à la fixation du gaz à effet de serre dioxyde de carbone et, comme sous-produit de la photosynthèse, ils fournissent l'oxygène indispensable à notre survie. En outre, microalgues, qui se trouvent dans l'eau douce, les sols humides ou les mers et océans du monde, représentent une base importante pour les chaînes alimentaires, surtout dans les systèmes aquatiques. Par exemple, le zooplancton des océans se nourrit des algues et, ensemble, ils fournissent de la nourriture aux crustacés, qui à leur tour sont mangés par les poissons, avant que ceux-ci ne soient mangés par de plus gros poissons ou capturés par des humains. "Compte tenu de l'importance considérable des microalgues pour la vie humaine, nous savons encore étonnamment peu sur les éléments fondamentaux et les interactions dans leur monde microscopique, " dit le Pr Mittag.