Une étude menée par des chercheurs de l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême, en Allemagne, révèle que parfois près de 20 % des cellules SAR11 sont infectées par des virus, ce qui réduit considérablement le nombre total de cellules. Les virus peuvent également transformer ces bactéries autrefois prospères en zombies, un phénomène observé pour la première fois et largement répandu dans les océans. Les travaux sont publiés dans la revue Nature Communications .

Les eaux océaniques entourant l'île allemande de Helgoland offrent un cadre idéal pour étudier la prolifération d'algues printanières, un objectif de recherche à l'Institut Max Planck de microbiologie marine depuis 2009.

Dans une étude précédente, les scientifiques de Max Planck ont ​​observé un groupe de bactéries appelé SAR11 se développant particulièrement rapidement lors de ces proliférations. Cependant, malgré leurs taux de croissance élevés, l’abondance de SAR11 a diminué d’environ 90 % en cinq jours. Ceci suggère que les cellules ont été rapidement décimées par des prédateurs et/ou des infections virales. Aujourd'hui, les chercheurs de Max Planck ont ​​étudié ce qui se cache exactement derrière ce phénomène.

Trouver les phages infectant SAR11

"Nous voulions savoir si le faible nombre de SAR11 était causé par des phages, c'est-à-dire des virus qui infectent spécifiquement les bactéries", explique Jan Brüwer, qui a mené l'étude dans le cadre de sa thèse de doctorat. "Répondre à cette question apparemment simple était très difficile sur le plan méthodologique."

Comment fonctionne l’infection par les phages ? Les phages infectent les bactéries en y introduisant leur matériel génétique. Une fois sur place, il se réplique et utilise les ribosomes bactériens pour produire les protéines dont il a besoin. Des chercheurs de Brême ont utilisé une technologie qui leur a permis de « suivre » le matériel génétique du phage à l'intérieur de la cellule.

"Nous pouvons colorer les gènes spécifiques du phage, puis les observer au microscope. Puisque nous pouvons également colorer le matériel génétique de SAR11, nous pouvons détecter simultanément les cellules SAR11 infectées par le phage", explique Brüwer.

Bien que cela puisse sembler simple, la faible luminosité et la petite taille des gènes du phage ont rendu difficile leur détection par les chercheurs. Néanmoins, des milliers d'images obtenues au microscope ont été analysées avec succès, apportant des nouvelles passionnantes.

"Nous avons constaté que les bactéries SAR11 sont massivement attaquées par les phages", explique Brüwer. "Pendant les périodes de croissance rapide, comme celles associées aux proliférations d'algues printanières, près de 20 % des cellules ont été infectées, ce qui explique le faible nombre de cellules. Les phages sont donc le chaînon manquant expliquant ce mystère."

Cellules zombies :un phénomène mondial

À la surprise des scientifiques, les images ont révélé encore plus. "Nous avons découvert que certaines des cellules SAR11 infectées par le phage ne contenaient plus de ribosomes. Ces cellules sont probablement dans un état de transition entre la vie et la mort, c'est pourquoi nous les avons appelées cellules 'zombies'", explique Brüwer.

Les cellules zombies représentent un nouveau phénomène observé non seulement dans les cultures pures SAR11, mais également dans les échantillons collectés au large de Helgoland. De plus, l'analyse d'échantillons provenant de l'Atlantique, de l'océan Austral et de l'océan Pacifique a révélé la présence de cellules zombies, indiquant que ce phénomène se produit dans le monde entier.

"Dans notre étude, les cellules zombies représentent jusqu'à 10 % de toutes les cellules de la mer. La présence mondiale de cellules zombies élargit notre compréhension du cycle de l'infection virale", souligne Brüwer. "Nous soupçonnons que dans les cellules zombies, les acides nucléiques contenus dans les ribosomes sont décomposés et recyclés pour fabriquer un nouvel ADN de phage."

Brüwer et ses collègues émettent l’hypothèse que non seulement la bactérie SAR11, mais également d’autres bactéries, peuvent être transformées en zombies. Ainsi, ils souhaitent étudier plus en détail la distribution des cellules zombies et leur rôle dans le cycle de l'infection virale.

"Cette nouvelle découverte prouve que la population SAR11, malgré sa division si rapide, est massivement contrôlée et régulée par les phages", explique Brüwer.

"SAR11 est très important pour les cycles biogéochimiques globaux, y compris le cycle du carbone, donc leur rôle dans l'océan doit être redéfini. Nos travaux mettent en évidence le rôle des phages dans l'écosystème marin et l'importance des interactions microbiennes dans l'océan."