Cyanobactéries - CNRS URA2172  


  RESPONSABLEProf. TANDEAU de MARSAC Nicole / ntmarsac@pasteur.fr
  MEMBRESCADEL-SIX Sabrina / GAGET Virginie / Dr HUMBERT Jean François / Dr MEJEAN Annick
MICHELLAND Rory / Dr PEYRAUD-THOMAS Caroline / Dr QUILLARDET Philippe / RIPPKA Rosmarie

  Rapport d'activité

Les cyanobactéries sont des procaryotes photosynthétiques qui contribuent de façon majeure à l'équilibre entre le gaz carbonique et l'oxygène dans l'atmosphère. Adaptées à vivre dans une vaste gamme de conditions environnementales, souvent fluctuantes, elles colonisent la plupart des écosystèmes, même les plus extrêmes. La formation d'efflorescences cyanobactériennes dans les écosystèmes aquatiques continentaux perturbe leur équilibre et peut être dangereuse pour l'Homme et l'animal en raison des capacités de ces microorganismes à synthétiser des toxines.

Notre programme de recherche a pour objectif d'accroître notre connaissance de la diversité, l'écologie et la physiologie des cyanobactéries, et de développer des outils moléculaires pour estimer les risques associés à la présence de souches toxiques dans les ressources d'eau.

Biodiversité des cyanobactéries. Ces études, du gène à l'écosystème, reposent sur l'analyse d'échantillons environnementaux et sur la PCC ("Pasteur Culture Collection of Cyanobacteria") qui rassemble plus de 750 souches axéniques isolées d'habitats extrêmement divers. Les missions de la PCC comprennent à la fois des activités de recherche et de service (conservation et développement des ressources ; vente de souches et conseils). Etant sous contrôle qualité, la PCC a été certifiée ISO9001 v2000 en 2006. De nouvelles souches du genre Oscillatoria, neurotoxiques, et du genre Microcystis, hépatotoxiques, ont été rendues axéniques et sont entrées dans la PCC. Dans le cadre d'un projet R & D (Veolia-Eau/GeneSystems/Institut Pasteur), un système de détection et d'identification, rapide et fiable, des trois genres de cyanobactéries potentiellement toxiques les plus fréquents, a été développé (Déclaration d'Invention, 2006). Son utilisation sera extrêmement utile pour suivre le développement de ces genres dans des écosystèmes naturels et évaluer les risques pour la santé liés à leur présence dans les réservoirs d'eau potable. Enfin, quatre projets de séquençage de génomes de souches de la PCC sont en cours : Microcystis PCC 7806 (cyanobactérie hépatotoxique qui forme des efflorescences ; collaboration avec le Génopole, Institut Pasteur), Synechococcus PCC 7335 (cyanobactérie côtière qui fixe l'azote moléculaire; collaboration avec la Moore Foundation et le Venter Institute, USA) ; Mastigocladus PCC 7420 (cyanobactérie fréquemment rencontrée dans les tapis bactériens ; collaboration avec la Moore Foundation et le Venter Institute, USA).

Mécanismes moléculaires contrôlant les efflorescences. Des analyses in silico du génome de Microcystis ont révélé l'existence d'orthologues des gènes codant des protéines impliquées dons l'apoptose chez les eucaryotes. Ce processus pourrait être impliqué dans la disparition des efflorescences, qui peut être aussi soudaine que leur apparition dans le milieu naturel. Nous avons également réalisé des études de transcriptome pour évaluer les changements physiologiques qui interviennent pendant le cycle de vie de Microcystis et ses capacités à croître dans diverses conditions environnementales.

Hépatotoxines et neurotoxines. La production de microcystines (toxines hépatiques) varie au cours des proliférations de cyanobactéries. Afin de mieux comprendre ce processus, nous avons réalisé des suivis saisonniers de la proportion de clones possédant, ou non, les gènes nécessaires à la synthèse des microcystines au sein de populations de Microcystis et de Planktothrix dans deux écosystèmes français. Des variations importantes de la proportion des clones toxiques et non toxiques ont été observées au cours des événements de prolifération (entre 30 et 80 % pour Planktothrix par exemple) et une corrélation négative a été établie entre l'abondance des cyanobactéries et la proportion de clones toxiques. Ces résultats montrent que les clones non toxiques sont plus performants dans des conditions de croissance optimale, alors que les clones toxiques sont mieux adaptés à des conditions de croissance sous-optimale. Ceci pourrait être lié au coût de production des microcystines pour la cellule. Enfin, des études moléculaire et biochimique ont été conduites pour élucider la voie de biosynthèse de l'anatoxine-a, une neurotoxine produite exclusivement par les cyanobactéries. Les polykétides synthases (PKS) sont vraisemblablement impliqués dans cette voie dans la mesure où une séquence PKS spécifique a été trouvée chez l'ensemble des souches de la PCC du genre Oscillatoria qui sont productrices d'anatoxine-a. La détermination de l'ensemble du groupe de gènes impliqué dans cette synthèse est en cours.

Mots-clés: Cyanobactéries, collection PCC, biodiversité, adaptation à l’environnement, toxines

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