Pour le doctorat de l'Arizona State University. Julie Bethany Rakes, récemment diplômée, tout a commencé comme une expérience ratée qui a fini par être une découverte percutante pour la communauté de la microbiologie. Récemment dans Nature Communications , le professeur Ferran Garcia-Pichel de Rakes and Regents a fait état d'une nouvelle bactérie qui s'attaque aux cyanobactéries du sol dans les biocroûtes. Dans cette publication, ils décrivent le cycle de vie du prédateur nouvellement découvert, son mécanisme d'attaque et son impact écologique.

Les bactéries sont partout et jouent un rôle majeur dans le maintien des processus écologiques partout dans le monde. Par exemple, dans le sol désertique, les cyanobactéries utilisent la photosynthèse pour produire de l'énergie. Semblable aux plantes, leur rôle dans la production d'oxygène et la fixation de l'azote est essentiel à la survie d'autres organismes. Les cyanobactéries forment des communautés qui vivent à la surface du sol en formant des biocroûtes. Ces communautés apportent de vastes avantages en piégeant la poussière, en prévenant l'érosion et en augmentant le niveau de nutriments et d'eau dans le sol.

Malheureusement, et malgré leur rôle dans le maintien des écosystèmes, les cyanobactéries sont la proie favorite d'un prédateur nouvellement découvert :Candidatus Cyanoraptor togatus (C. togatus).

"Il y avait quelque chose qui tuait les biocroûtes. Ce n'était pas un virus, et ce n'était pas un petit animal. Ce ne pouvait être qu'une autre bactérie", a déclaré Garcia-Pichel.

Les biocroûtes cyanobactériennes saines ressemblent au sol lorsqu'elles sont sèches, mais lorsqu'elles sont mouillées, leur pigmentation verte est visible; sauf que les biocroûtes qui ont été attaquées par Cyanoraptor montrent des dégagements de cyanobactéries en motifs circulaires, appelés plaques, semblables à de minuscules anneaux de fées. Sur le terrain, les chercheurs ont pu identifier la maladie en observant ces plaques inhabituelles.

"Je les ai d'abord repérés à Casa Grande, en Arizona, puis j'ai continué ce processus de surveillance des orages et de course immédiate sur le terrain, conduisant parfois 6 heures ou plus pour les identifier à plusieurs endroits dans les déserts de Sonora et de Chihuahuan", a déclaré Rakes.

Ils ont travaillé sur le terrain et en laboratoire pour isoler les bactéries pathogènes. Après isolement, les bactéries ont été cultivées et leur cycle de vie et leur mécanisme d'attaque ont été établis.

À un stade précoce, Cyanoraptor se propage sous forme de minuscules cellules sphériques appelées propagules. Ces cellules ne se développent pas ou ne se divisent pas; au lieu de cela, ils se cachent et attendent patiemment leur proie. Lorsque la cyanobactérie se rapproche suffisamment, le Cyanoraptor attaque, s'attache à la proie et forme une structure d'amarrage spécialisée, dissout la paroi cellulaire ressemblant à la peau de la proie et pénètre dans la cellule de la proie.

Les propagules de Cyanoraptor sont bizarres en ce qui concerne les bactéries. Ils ont un compartiment extérieur lié par deux membranes. Les chercheurs soupçonnent que ce compartiment joue un rôle clé dans l'attaque, en retenant puis en libérant des protéines qui décomposent la membrane externe de leur proie et lui permettent de pénétrer dans le corps cellulaire affaibli. Ce compartiment est également la façon dont Cyanoraptor tire son nom d'espèce, togatus, car ils semblent être enveloppés dans une robe ou une toge.

Une fois à l'intérieur, Cyanoraptor ronge la proie, devenant de plus en plus grande dans une cellule ressemblant à une saucisse. Lorsqu'il est assez long, ce prédateur commence à se diviser en plusieurs cellules à la fois, tuant finalement la proie et redevenant des propagules, attendant la prochaine malheureuse victime.

"C'est un prédateur qui pénètre dans les cellules de leurs proies et les mange de l'intérieur, ce qui est horrible", a déclaré Garcia-Pichel. "C'est vraiment comme un film d'horreur microbien."

Au fur et à mesure que les cyanobactéries meurent, toutes les choses que les biocrustes font pour profiter au désert ont disparu. Des propriétés précieuses telles que le cycle de l'azote, le piégeage de la poussière et la rétention d'humidité sont considérablement réduites.

"En général, cela signifie qu'il pourrait y avoir de graves conséquences pour la santé du désert, moins de nutriments, moins de stabilité du sol et de la rétention d'eau, de sorte qu'une réduction du temps pendant lequel les plantes et d'autres organismes peuvent être actifs. Avec la perte de ces fonctions, les organismes qui dépendent de ces services, tels que les plantes, peuvent en souffrir, ce qui pourrait alors avoir d'autres conséquences en amont de la chaîne alimentaire », a déclaré Rakes.

Cette découverte capitale n'aurait pas été possible sans la ténacité de Rakes et son refus de céder à ce qui semblait d'abord être un échec. Heureusement pour l'avenir des cyanobactéries, elle a persévéré.

Sa découverte a également démontré que les bactéries prédatrices peuvent façonner la structure et la fonction des communautés microbiennes à travers le monde, qu'elles ne sont pas seulement une rareté biologique intéressante.

Cette expérience lui a donné une certaine sagesse à transmettre à d'autres étudiants diplômés :

"Suivez les résultats qui sont inattendus ou qui semblent même complètement faux", a-t-elle déclaré. "Quand je me suis retrouvé à dire 'c'est bizarre', c'était souvent quelque chose que je ne comprenais pas encore. Comme Ferran me l'a sagement dit, 'Dans les expériences, vous ne pouvez pas expliquer, les microbes vous parlent.'"

Le génome complet de la bactérie nouvellement découverte est accessible via la base de données NCBI sous BioProject PRJNA730811. Rakes et Ferran sont affiliés à la School of Life Sciences et au Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiomics. Cette enquête a été réalisée en collaboration avec Shannon Lynn Johnson, scientifique au Laboratoire national de Los Alamos, et également diplômée du doctorat SOLS. + Explorer plus loin

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