Une analyse complète des communautés bactériennes de l'île de la Déception, un volcan actif de l'Antarctique, met en évidence le potentiel d'utilisation de bactéries thermophiles pour nettoyer la contamination par le pétrole, selon de nouvelles recherches menées par des chercheurs de KAUST.

Júnia Schultz a récemment rejoint KAUST en tant que post-doctorant avec Alexandre Rosado. Elle a pour objectif de caractériser le microbiome des environnements terrestres extrêmes en Arabie saoudite, notamment les volcans, les déserts et les sites géothermiques. Ces extrêmophiles, des bactéries qui se développent dans les environnements les plus extrêmes du monde, y compris ceux qui aiment la chaleur (thermophiles), recèlent un immense potentiel pour une myriade d'applications biotechnologiques.

"Les extrêmophiles prospèrent dans une multitude de conditions hostiles et se sont adaptés pour rester métaboliquement actifs dans des circonstances difficiles", explique Schultz. "Ils présentent des capacités métaboliques et physiologiques polyvalentes et diverses et synthétisent souvent des bioproduits précieux."

Ces bioproduits comprennent des enzymes et des composés bioactifs qui peuvent être utilisés dans des industries telles que l'agriculture, la pharmacologie et même l'exploration spatiale. Les extrêmophiles pourraient également fournir une méthode sûre et efficace de nettoyage de la contamination par les hydrocarbures.

"Certaines bactéries mangent du pétrole comme source de carbone, de nutriments et d'énergie", explique Schultz. "Pour ce faire, ils sécrètent d'abord des tensioactifs - des substances qui brisent la tension superficielle de l'huile - avant d'absorber le pétrole émulsifié dans leurs cellules, où il est dégradé via une activité enzymatique."

Pour son doctorat, Schultz était curieuse de savoir si de telles bactéries existent dans le volcan Deception Island en Antarctique. Ce continent autrefois vierge est désormais vulnérable à la pollution, y compris la contamination par le pétrole, et les scientifiques espèrent trouver des sources de communautés bactériennes locales susceptibles d'aider à la décontamination.

Schultz et ses collaborateurs ont isolé 126 souches bactériennes à partir d'échantillons prélevés sur deux sites géothermiques sur l'île de la Déception.

"Ces thermophiles pourraient fournir des bioproduits précieux et intéressants, non seulement pour la décontamination de l'huile, mais pour de nombreuses applications", explique Schultz. "Cependant, il est difficile d'imiter les environnements extrêmes en laboratoire pour cultiver ces souches bactériennes. La biomasse cellulaire des micro-organismes est très faible dans les environnements extrêmes, ce qui rend difficile l'extraction de l'ADN."

Après beaucoup de persévérance, les chercheurs ont pu collecter suffisamment d'ADN de haute qualité pour effectuer une analyse génomique et cultiver 126 souches bactériennes. Les caractéristiques génomiques et le potentiel métabolique de sept souches d'Anoxybacillus flavithermus étaient particulièrement intéressants.

L'équipe a identifié des gènes liés à la stabilisation du génome sous les fluctuations de température, des protéines de choc thermique et froid, la réparation de l'ADN contre les rayons UV et la résistance aux conditions alcalines, ainsi que des gènes pour la dégradation de l'amidon et de la cellulose.

L'équipe a analysé les 126 souches pour leur capacité à produire des biosurfactants et à dégrader l'huile. Parmi celles-ci, 76 souches se sont bien développées dans des cultures avec du pétrole brut comme seule source de carbone. Trente souches ont montré des résultats particulièrement bons pour la dégradation de l'huile; 13 d'entre eux produisaient également des biosurfactants, dont une souche d'A. flavithermus.

Le pétrole est l'un des polluants les plus complexes sur Terre, et l'efficacité de la dégradation microbienne dépendra de plusieurs facteurs, des variables environnementales locales telles que la température et le pH, aux fractions, à la quantité et à la composition du pétrole présent sur un site donné.

"Une compréhension complète des souches bactériennes locales et de leur potentiel métabolique est essentielle à la conception d'approches futures pour lutter contre la contamination par le pétrole, non seulement en Antarctique, mais dans le monde entier", déclare Schultz. "Je suis enthousiasmé par le potentiel offert par les extrêmophiles, et j'ai hâte d'explorer les environnements extrêmes de l'Arabie saoudite pour de nouveaux bioproduits pour toutes sortes d'applications."

La recherche a été publiée dans Microorganismes et Frontières en microbiologie . + Explorer plus loin

Les bactéries des cavernes subarctiques pourraient être menacées en raison du changement climatique