La désastreuse saison du crabe dormeur 2015-16, retardé et écourté par une prolifération sans précédent d'algues toxiques, est un souvenir amer pour l'industrie de la pêche de la côte ouest. Le coupable était l'acide domoïque, une neurotoxine puissante produite par les algues marines et découverte en 1987 comme la cause de l'empoisonnement amnésique des crustacés.

Les scientifiques de l'UC Santa Cruz ont fait des progrès substantiels dans la compréhension et la prévision des conditions qui conduisent à de grandes proliférations d'algues productrices de toxines (diatomées appelées Pseudo-nitzschia ). Mais un aspect de ces proliférations d'algues toxiques, qui affectent la faune ainsi que les pêcheries économiquement importantes, reste un mystère :comment les algues fabriquent-elles de l'acide domoïque et qu'est-ce qui déclenche sa production ?

Marilou Sison-Mangus, professeur adjoint de sciences océaniques à l'UC Santa Cruz, explique que les algues ne produisent pas toujours la toxine. "Il y a des fleurs de Pseudo-nitzschia chaque printemps et été le long de la côte californienne, mais la toxicité varie beaucoup, " dit-elle. " Pour l'industrie des fruits de mer, cette toxine peut avoir un grand impact, nous voulons donc comprendre les mécanismes derrière sa production. C'est une question vieille de 30 ans."

Une nouvelle subvention du programme Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB) de la NOAA financera un projet de recherche dirigé par Sison-Mangus pour répondre à cette question. Ses co-chercheurs sur ce projet interdisciplinaire comprennent le professeur de chimie Phil Crews et le statisticien Juhee Lee, professeur adjoint de mathématiques appliquées et de statistiques. La subvention de la NOAA fournit 130 $, 000 par an pendant trois ans, mais seule la première année de financement est garantie. Le financement des années suivantes dépend de la disponibilité des crédits futurs de la NOAA.

Le laboratoire de Sison-Mangus à l'UC Santa Cruz a étudié le rôle des bactéries dans la production d'acide domoïque par les algues. Il se trouve que Pseudo-nitzschia lui-même ne possède pas tous les gènes nécessaires pour synthétiser la toxine.

"Nous pensons que l'un des précurseurs nécessaires à la synthèse de l'acide domoïque est produit par des bactéries, " dit Sison-Mangus. " Si c'est le cas, nous pourrons peut-être utiliser la présence de la bactérie comme marqueur pour prédire la toxicité des algues."

Des expériences antérieures de Sison-Mangus et d'autres ont montré que des cultures sans bactéries de Pseudo-nitzschia ne sont pas capables de produire de l'acide domoïque, tandis que l'ajout de bactéries aux cultures restaure la production de toxines. Elle a découvert que les bactéries marines du phylum Bacteroidetes, seul ou en combinaison avec d'autres bactéries, induisent systématiquement une forte augmentation de la production d'acide domoïque dans les cultures de trois espèces différentes de Pseudo-nitzschia.

Sison-Mangus a également surveillé les proliférations d'algues dans la baie de Monterey et a trouvé une étroite corrélation entre les niveaux d'acide domoïque et la présence de bactéries Bacteroidetes en association avec Pseudo-nitzschia. Les images au microscope électronique montrent les bactéries vivant à la surface externe des cellules d'algues.

"Nous savons que ces bactéries sont associées à des efflorescences toxiques dans l'océan, et nous savons qu'ils provoquent un pic de toxicité en laboratoire, mais nous ne connaissons pas les mécanismes de production de toxines, " a déclaré Sison-Mangus.

Une partie du nouveau projet de recherche se concentrera sur la découverte des détails de la façon dont les algues et les bactéries interagissent pour produire de l'acide domoïque. Une autre partie du projet utilisera les données de surveillance de la baie de Monterey pour évaluer comment cette interaction s'intègre dans le contexte plus large des nombreux facteurs physiques et environnementaux, comme la température de l'eau et les niveaux de nutriments, également connu pour influencer les proliférations d'algues toxiques.

Trier les effets de plusieurs facteurs, tous variant simultanément dans un système complexe, est un défi. Mais c'est le domaine d'expertise de Juhee Lee, et elle a développé une approche de modélisation statistique bayésienne qui aidera les chercheurs à comprendre comment tous ces facteurs interagissent pour influencer le développement d'une prolifération d'algues toxiques.