Savoir si les microbes marins participent ou non à la photosynthèse – l’utilisation de la lumière du soleil pour transformer le dioxyde de carbone et l’eau en énergie – pourrait aider les scientifiques à savoir si les bactéries océaniques jouent un rôle dans le cycle mondial du carbone.
Cependant, la plupart des microbes marins restent non étudiés, en partie parce qu’ils ne se développent pas dans des conditions de laboratoire, ce qui limite les connaissances de la communauté scientifique sur l’utilisation de la photosynthèse par ces espèces.
Des chercheurs de l’Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao (QIBEBT) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) ont identifié directement les cellules fixatrices de dioxyde de carbone – ou les cellules qui absorbent le CO2 – de l’eau de mer et ont utilisé une technique de spectroscopie Raman pour déterminer que leur échantillon contient des gènes fonctionnels pour la récolte de lumière, ce qui suggère que les bactéries s’engagent dans la photosynthèse.
Leurs résultats ont été publiés dans Recherche BioDesign le 21 octobre.
La photosynthèse à base de chlorophylle est un système de collecte de lumière bien connu pour la fixation du CO2. Il a été rapporté que la photosynthèse basée sur un type de protéine connue sous le nom de protéorhodopsine, ou PR, fixe le CO2 en présence de lumière. Par la suite, certains types de fixation du CO2 chez les bactéries marines ont été signalés.
« Les bactéries contenant des PR pourraient être les plus abondantes, et les rhodopsines microbiennes, un autre type de protéine, pourraient largement contribuer à la récolte d’énergie solaire dans les océans. Cependant, il est encore difficile de savoir si les bactéries contenant des PR dans des conditions naturelles peuvent fixer le CO2 », a déclaré le co-premier auteur Jing Xiaoyan, ingénieur principal au centre unicellulaire de QIBEBT.
Les chercheurs ont d’abord identifié les cellules fixatrices de CO2 de l’eau de mer prélevée dans la zone euphotique – ou la zone la plus élevée de l’océan, qui est exposée au soleil – de la mer Jaune en Chine en suivant leur consommation d’un composé C-bicarbonate. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des spectres Raman unicellulaires (SCRS), une technique utilisée pour étudier les molécules.
« Ensuite, nous avons utilisé une technique appelée Raman-activated Gravity-driven Encapsulation, ou RAGE, pour isoler les cellules cibles de Pelagibacter, la bactérie que nous avons étudiée, qui fait partie du groupe de bactéries SAR11 », a déclaré le co-premier auteur Xu Teng, postdoctorant. au centre unicellulaire de QIBEBT. Les chercheurs ont amplifié les génomes de ces cellules isolées de Pelagibacter et ont séquencé chaque cellule.
« En utilisant une technique de tri cellulaire améliorée activée par Raman qui trie et séquence le microbiome à une résolution précise d’une cellule, nous révélons que Pelagibacter spp., l’une des bactéries marines SAR11 les plus abondantes, peut utiliser le métabolisme à énergie lumineuse pour la fixation du CO2 dans l’eau de mer et contribuer ainsi au cycle mondial du carbone », a déclaré le co-premier auteur Gong Yanhai, chercheur adjoint au Single-Cell Center de QIBEBT.
« Cette étude démontre que l’analyse médiée par RAGE d’un génome unicellulaire peut établir un lien fiable entre le phénotype et le génotype de bactéries non cultivées dans l’océan, ce qui résout un problème fondamental et ouvre la voie à une dissection basée sur la fonction du » biologique matière noire’ dans l’environnement », a déclaré le co-auteur, le professeur Huang Wei de l’Université d’Oxford.
« Des investigations supplémentaires pourraient être étendues à d’autres échantillons d’eau de mer de différentes profondeurs et régions », a déclaré le professeur Xu Jian du centre unicellulaire de QIBEBT. « En outre, il vaut la peine d’intégrer et d’appliquer à la fois le SCRS et les techniques de transcriptomique unicellulaire pour d’autres études sur les microbes fixateurs de CO2. »
Xiaoyan Jing et al, Révéler les bactéries SAR11 fixatrices de CO2 dans l’océan par le profilage et la génomique métaboliques unicellulaires basés sur Raman, Recherche BioDesign (2022). DOI : 10.34133/2022/9782712