Les chercheurs ont isolé une nouvelle souche de bactérie marine présentant des caractéristiques uniques dans les fonds marins.
La recherche, publiée aujourd’hui sous forme de prépublication révisée dans eLifeest décrite par les éditeurs comme une étude importante qui fait progresser notre compréhension des mécanismes physiologiques des bactéries Planctomycetes des grands fonds, révélant des caractéristiques uniques, comme le fait d’être la seule espèce connue de la classe des bactéries Phycisphaerae qui utilise un modèle de division naissant distinct.
Il fournit ce que les éditeurs considèrent également comme une preuve convaincante que la nouvelle espèce est largement impliquée dans l’assimilation de l’azote et vit avec un virus chronique (bactériophage) qui facilite le métabolisme de l’azote. Le cycle de l’azote par les bactéries est un processus essentiel qui libère de l’azote pour le transformer en acides nucléiques, acides aminés et protéines, les éléments constitutifs de la vie.
« Jusqu’à récemment, la plupart des recherches sur la famille des Planctomycètes se sont concentrées sur les souches présentes dans les environnements d’eau douce et d’océans peu profonds, en raison des difficultés logistiques associées à l’échantillonnage et à la culture de souches d’eau profonde », explique l’auteur principal Rikuan Zheng, chercheur associé à l’Institut. Institut d’océanologie, Académie chinoise des sciences, Pékin, Chine, et Laboratoire national des sciences et technologies marines, Qingdao, Chine.
« La plupart des bactéries Planctomycètes ont été isolées à l’aide de milieux de croissance pauvres sur le plan nutritionnel. Nous voulions donc voir si l’utilisation d’un milieu riche en nutriments permettrait de cultiver et de caractériser davantage les membres de cette famille mal comprise. »
Pour isoler la nouvelle bactérie, l’équipe a prélevé des échantillons de sédiments dans un suintement froid en haute mer, où l’on sait que les bactéries Planctomycètes résident, puis a encouragé leur croissance en complétant un milieu de croissance standard avec de l’antibiotique rifampicine et des sources d’azote. Ils ont cultivé ces bactéries enrichies sur de la gélose et ont ensuite évalué les colonies individuelles par séquençage génétique.
Parmi les bactéries, ils ont identifié une souche appelée ZRK32 qui se développait plus rapidement que les autres et qui semblait probablement appartenir au genre Poriferisphaera. Pour confirmer cela, l’équipe a comparé les similitudes génétiques entre cette souche et d’autres membres du genre Poriferisphaera et a constaté qu’elle se distinguait de Poriferisphaera corsica, la seule autre espèce avec un nom publié valide. Cela suggère que ZRK32 est une nouvelle espèce, que l’équipe propose d’appeler Poriferisphaera hetertotrophicis.
Pour en savoir plus sur cette nouvelle espèce, l’équipe a étudié sa croissance et son mode de multiplication. Ils ont découvert que, contrairement aux autres membres de la famille des Planctomycètes, Poriferisphaera hetertotrophicis se développe mieux dans des milieux riches en nutriments et se multiplie via un mécanisme de bourgeonnement, dans lequel les cellules parentales créent des bourgeons qui se développent en cellules filles.
La famille des bactéries Planctomycètes étant connue pour jouer un rôle important dans le cycle de l’azote, l’équipe a ensuite cherché à savoir si c’était également le cas pour Poriferisphaera hetertotrophicis. Pour tester cela, ils ont examiné les effets de différentes substances contenant de l’azote (nitrates, ammoniac et dioxyde d’azote) sur la croissance de Poriferisphaera hetertotrophicis. Ils ont constaté que l’ajout d’azote sous forme de nitrate ou d’ammoniac augmentait la croissance, tandis que son ajout sous forme de nitrite inhibait la croissance.
Ils ont également découvert que l’ajout de nitrate ou d’ammoniac provoquait la libération par la nouvelle souche d’un bactériophage, un type de virus qui infecte les bactéries. Les bactériophages sont largement répartis dans les océans et peuvent réguler le métabolisme de l’azote chez leurs bactéries hôtes. Ce bactériophage, appelé phage-ZRK32, a pu augmenter considérablement la croissance de Poriferisphaera hetertotrophicis et d’autres bactéries marines en facilitant le métabolisme de l’azote.
Même si l’analyse génétique de l’équipe suggère que Poriferisphaera hetertotrophicis contient tous les gènes nécessaires au métabolisme du nitrate et de l’ammoniac, une infection chronique par ce bactériophage pourrait contribuer à optimiser davantage le métabolisme de l’azote.
« Nos analyses indiquent que la souche ZRK32 est une nouvelle espèce, qui se développe mieux dans des milieux riches en nutriments et libère un bactériophage en présence d’azote », conclut l’auteur principal Chaomin Sun, professeur à l’Institut d’océanologie de l’Académie chinoise des sciences. et le Laboratoire national des sciences et technologies marines.
« Ce phage-ZRK32 est un bactériophage chronique qui vit au sein de son hôte sans le tuer. Nos résultats fournissent un nouvel aperçu du métabolisme de l’azote chez les bactéries Planctomycètes et un modèle approprié pour étudier les interactions entre les Planctomycètes et les virus. »
Plus d’information:
Rikuan Zheng et al, Aperçus physiologiques et métaboliques du premier représentant anaérobie cultivé des bactéries Planctomycètes des grands fonds, eLife (2023). DOI : 10.7554/eLife.89874.1