Un type de bactérie présent dans l’océan Arctique utilise l’acétone pour transformer le carbone en nutriments

Une bactérie récemment découverte dans l’océan Arctique pourrait avoir une façon inhabituelle de produire les éléments constitutifs dont elle a besoin pour se développer : elle utiliserait l’acétone, un composé chimique courant dans l’eau de mer, pour intégrer le dioxyde de carbone à son métabolisme.

Dans une étude publiée dans la revue Nature Communications, des chercheuses et chercheurs de l’Université Concordia expliquent comment ils ont établi, grâce à des données génomiques, que la population bactérienne de Porticoccus arcticus est capable de recourir à la carboxylation de l’acétone – processus consistant à transformer l’acétone et le dioxyde de carbone en composés pouvant intégrer les voies métaboliques centrales de la cellule – pour survivre dans les eaux glaciales de la mer de Beaufort, située juste au nord du Yukon, dans le bassin Canada de l’océan Arctique.

Cette découverte permet de mieux comprendre comment les microbes marins survivent dans des eaux où les nutriments et la matière organique assimilable sont rares. Elle met également en lumière un processus de métabolisation de l’acétone chez les bactéries marines qui n’avait jamais été décrit auparavant.

« Cette étude présente deux découvertes », annonce David Walsh, professeur au Département de biologie et auteur source de l’article. « La première concerne un groupe d’organismes, P. arcticus, qui possède un métabolisme unique lui permettant de transformer le carbone organique tout en étant capable d’utiliser la lumière comme source d’énergie. Ce processus se nomme photohétérotrophie.

« La deuxième découverte concerne la manière dont cet organisme utilise l’acétone ainsi que le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Cette assimilation du carbone inorganique par l’intermédiaire de l’acétone combine ce que font les animaux – se nourrir, en l’occurrence d’acétone – et ce que font les plantes, à savoir fixer le CO₂. »

Reconstruction à partir du génome

L’acétone est produite par des organismes marins, notamment des algues microscopiques, ainsi que par des réactions chimiques faisant appel à la lumière du soleil et aux matières organiques dissoutes. Bien que les scientifiques aient découvert d’autres mécanismes par lesquels les bactéries marines consomment l’acétone, cette étude apporte la preuve de l’existence d’un processus différent dans les eaux arctiques.

Les analyses génétiques portent à croire que cette bactérie s’est adaptée à la vie près de la surface de l’océan. À certains endroits, elle représente jusqu’à 9 % des bactéries détectées, ce qui en fait un membre important de la communauté microbienne de l’Arctique.

L’équipe de recherche a constaté que son génome, relativement petit, contient l’ensemble complet des gènes nécessaires à la carboxylation de l’acétone, ainsi que plusieurs gènes codant pour des protéorhodopsines, des protéines photosensibles qui aident les cellules à capter l’énergie du soleil.

Les analyses montrent que les gènes associés à la fois à la métabolisation de l’acétone et à la capture de la lumière figurent parmi les plus actifs de l’organisme. Cette observation a incité l’équipe de recherche à supposer que ces caractéristiques pourraient permettre à la bactérie d’utiliser la lumière du soleil comme source d’énergie tout en complétant son apport en carbone grâce à la métabolisation de l’acétone et à l’assimilation du dioxyde de carbone.

« La composition génomique de ces organismes nous a amenés à reconstituer les différents types de métabolisme énergétique et carbonique en présence, explique David Walsh. C’est ainsi que nous avons découvert cet ensemble très spécifique de gènes associés à l’utilisation de l’acétone, ce qui était inattendu. Nous avons constaté que les gènes de cet organisme nous révélaient un phénomène dont nous ne soupçonnions pas l’existence au sein d’un écosystème. Ce fut une surprise, car nous ne cherchions pas activement des bactéries dégradant l’acétone et ayant recours à la lumière. »

Localisé ou répandu?

David Walsh dit ignorer quelles seront les répercussions du réchauffement de l’océan Arctique sur P. arcticus, mais l’évolution de l’état de la glace de mer est susceptible d’avoir une incidence sur la répartition future de cette bactérie en raison des changements touchant l’ensoleillement et la disponibilité de l’acétone qui pourraient s’ensuivre.

L’équipe de Concordia cherchera également des indices de ce type de comportement dans d’autres océans ainsi que dans les populations bactériennes d’eau douce.

Susan McLatchie (M. Sc. 2023) est l’auteure principale de l’étude. Y ont également contribué Sara Palestini et Asher Woodhead, respectivement doctorante et assistant de recherche à l’Université Concordia, ainsi que Tony Gutierrez de l’Université Heriott-Watt à Édinbourg, en Écosse.

Le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada a contribué au financement de cette étude.

Lisez l’article : « Evidence of an acetone carboxylation pathway in photoheterotrophic bacteria from the Arctic Ocean ».