Le fond marin abrite environ un tiers des micro-organismes sur Terre et habite même à une profondeur de plusieurs kilomètres. Ce n’est que lorsqu’il fait vraiment chaud que l’abondance de micro-organismes semble diminuer. Mais comment et à partir de quoi les micro-organismes vivent-ils dans les grands fonds marins ? Comment fonctionnent leurs cycles métaboliques et comment interagissent les individus de ces communautés enfouies ? Des chercheurs du MARUM – Centre d’écologie marine de l’Université de Brême et de l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême ont pu démontrer dans des cultures en laboratoire comment les petits composants liquides du pétrole brut sont décomposés par un nouveau mécanisme par un groupe de micro-organismes appelés archées. Leurs résultats viennent d’être publiés dans la revue professionnelle Microbiologie naturelle.

Les communautés microbiennes sont particulièrement actives à proximité des suintements hydrothermaux tels que ceux du bassin de Guaymas dans le golfe de Californie. L’équipe de chercheurs travaille depuis de nombreuses années à la compréhension de ces sociétés. La matière organique déposée dans le bassin de Guaymas est cuite par des sources de chaleur provenant de l’intérieur de la Terre, ce qui la décompose en pétrole brut et en gaz naturel. Ses composants fournissent la principale source d’énergie pour les micro-organismes dans un environnement hostile. Dans leur dernière étude, les chercheurs montrent que les archées utilisent un mécanisme jusqu’alors inconnu pour décomposer les alcanes de pétrole liquides à des températures élevées sans la présence d’oxygène.

Les alcanes sont des composés très stables de carbone et d’hydrogène. Ce sont des composants naturels du gaz naturel et du pétrole brut. Ce dernier est raffiné par l’homme en carburants tels que l’essence et le kérosène. Les catastrophes environnementales se produisent fréquemment en raison d’accidents lors de l’extraction de pétrole brut. Un bon exemple est l’accident survenu sur la plate-forme de forage Deepwater Horizon, qui a causé de graves dommages environnementaux dans le golfe du Mexique en raison des effets toxiques des composés du pétrole brut tels que les alcanes liquides. En présence d’oxygène, les micro-organismes peuvent rapidement décomposer de nombreux composants du pétrole brut, parmi d’autres alcanes. Cependant, sans oxygène réactif, la décomposition est beaucoup plus difficile. Les organismes capables d’effectuer cette tâche n’ont pas fait l’objet de recherches approfondies. Mais ces dernières années, des preuves ont été trouvées que les archées sont capables d’utiliser un mécanisme surprenant pour le faire. Il est basé sur des variantes récemment découvertes de l’enzyme clé de la méthanogénèse et de la méthanogénèse anaérobie, la méthylcoenzyme M réductase (MCR). Des gènes codant pour ces enzymes ont été trouvés dans de nombreux échantillons environnementaux. Cependant, les cultures de laboratoire de microbes qui pourraient élucider la fonction de ces enzymes font toujours défaut. C’est là que l’étude en laboratoire d’Hanna Zehnle et de ses collègues devient importante.

L’équipe a utilisé des sédiments du bassin de Guaymas, à 2 000 mètres de profondeur dans le golfe de Californie. Les conditions géologiques particulières présentes ici incluent les températures élevées, les composants du pétrole brut liquide et l’environnement anaérobie dans les sédiments peu profonds, qui ne se trouvent normalement que dans les réservoirs de pétrole profonds difficiles d’accès pour les scientifiques.

Dans les laboratoires de Brême, les chercheurs ont préparé des cultures contenant des alcanes liquides et les ont laissées pousser en anaérobie, c’est-à-dire sans oxygène, à des températures élevées (70 degrés Celsius). La première auteure Hanna Zainal explique : « Après un certain temps, des sulfures se forment dans les cultures. Cela prouve qu’ils sont actifs ». La composition des cultures est étudiée à l’aide d’échantillons d’ADN et d’ARN. « Avec cette méthode, nous pouvons dire quels organismes vivent dans ce système et quelles voies métaboliques ils utilisent », explique Zehnle. Il s’agit notamment de réactions chimiques au cours desquelles des substances sont métabolisées. Ils ont trouvé des archées du genre Candidatus alcanovaga dans les cultures. Ces archées utilisent des variantes MCR pour dégrader les alcanes. Les chercheurs ont vérifié cela grâce aux données du transcriptome, à la mesure des produits enzymatiques et en démontrant l’inactivité des cultures lorsque l’enzyme était inhibée. Mais les organismes ne sont pas capables de décomposer le pétrole brut seuls. La respiration, sous forme de sulfato-réduction dans ce cas (par manque d’oxygène), est réalisée par des bactéries du genre Thermodisulfobactériequi forment des unions denses avec des archées.

La méthanogenèse est l’un des plus anciens processus métaboliques connus et fait partie du cycle global du carbone. L’étude en laboratoire menée par Hanna Zinel et ses collègues montre que les enzymes impliquées dans ce processus peuvent également utiliser des hydrocarbures liquides (et donc toxiques), ce qui souligne l’importance de cette voie dans le cycle global du carbone.

Grâce à leurs nouvelles capacités, canofaga Et leurs proches ciblent les hydrocarbures dans les réservoirs de pétrole. « Le pétrole restant devient de plus en plus solide et a donc tendance à rester au fond de la mer », explique l’auteur correspondant Gunther Wegner. « Nous n’avons toujours pas été en mesure d’enquêter sur les gisements de pétrole profonds, mais les ruines antiques perturbent certainement l’industrie pétrolière par leur vigueur. Mais elles contribuent également de manière importante au fait que les déversements naturels de pétrole sont rares ».