Découverte de bactéries à régime métallique dans de la verrerie sale

Les microbiologistes de Caltech ont découvert des bactéries qui se nourrissent de manganèse et utilisent le métal comme source de calories. Ces microbes devraient exister il y a plus d’un siècle, mais aucun n’a été trouvé ou décrit jusqu’à présent.

«Ce sont les premières bactéries trouvées à utiliser du manganèse comme source de carburant», explique Jared Leadbetter, professeur de microbiologie environnementale à Caltech qui, en collaboration avec le chercheur postdoctoral Hang Yu, décrit les résultats dans le numéro du 16 juillet de la revue La nature. « Un aspect merveilleux des microbes dans la nature est qu’ils peuvent métaboliser des matériaux apparemment improbables, comme les métaux, produisant de l’énergie utile à la cellule. »

L’étude révèle également que les bactéries peuvent utiliser le manganèse pour convertir le dioxyde de carbone en biomasse, un processus appelé chimiosynthèse. Auparavant, les chercheurs connaissaient des bactéries et des champignons qui pourraient oxyder le manganèse ou le dépouiller d’électrons, mais ils avaient seulement émis l’hypothèse que des microbes encore à identifier pourraient être en mesure d’exploiter le processus pour stimuler la croissance.

Leadbetter a trouvé la bactérie par hasard après avoir effectué des expériences sans rapport avec une forme légère de craie de manganèse. Il avait laissé un bocal en verre souillé par la substance à tremper dans l’eau du robinet dans son évier de bureau Caltech avant de partir pour plusieurs mois travailler hors campus. À son retour, le pot était recouvert d’un matériau sombre.

« J’ai pensé: » Qu’est-ce que c’est? «  », Explique-t-il. « J’ai commencé à me demander si les microbes recherchés depuis longtemps pouvaient être responsables, alors nous avons systématiquement effectué des tests pour comprendre cela. »

Le revêtement noir était en fait du manganèse oxydé généré par de nouvelles bactéries qui provenaient probablement de l’eau du robinet elle-même. « Il y a des preuves que les parents de ces créatures résident dans les eaux souterraines, et une partie de l’eau potable de Pasadena est pompée à partir des aquifères locaux », dit-il.

Le manganèse est l’un des éléments les plus abondants à la surface de la terre. Les oxydes de manganèse prennent la forme d’une substance sombre et grumeleuse et sont communs dans la nature; ils ont été trouvés dans des dépôts souterrains et peuvent également se former dans des systèmes de distribution d’eau.

«Il existe toute une série de documents sur l’ingénierie environnementale sur les systèmes de distribution d’eau potable obstrués par les oxydes de manganèse», explique Leadbetter. « Mais comment et pour quelle raison un tel matériau est généré est resté une énigme. De toute évidence, de nombreux scientifiques ont considéré que les bactéries utilisant le manganèse comme énergie pourraient être responsables, mais les preuves à l’appui de cette idée n’étaient pas disponibles jusqu’à présent. »

Cette découverte aide les chercheurs à mieux comprendre la géochimie des eaux souterraines. On sait que les bactéries peuvent dégrader les polluants dans les eaux souterraines, un processus appelé biorestauration. Ce faisant, plusieurs organismes clés «réduiront» l’oxyde de manganèse, ce qui signifie qu’ils lui donnent des électrons, d’une manière similaire à la façon dont les humains utilisent l’oxygène de l’air. Les scientifiques se sont d’abord demandé d’où venait l’oxyde de manganèse.

«Les bactéries que nous avons découvertes peuvent le produire, elles bénéficient donc d’un mode de vie qui sert également à fournir aux autres microbes ce dont ils ont besoin pour effectuer des réactions que nous considérons comme bénéfiques et souhaitables», explique Leadbetter.

Les résultats de la recherche peuvent également être utiles pour comprendre les nodules de manganèse qui parsèment une grande partie du fond marin. Ces boules métalliques rondes, qui peuvent être aussi grosses que du pamplemousse, étaient connues des chercheurs marins dès les croisières du HMS Challenger dans les années 1870. Depuis lors, de tels nodules ont été trouvés pour tapisser le fond de nombreux océans de la Terre. Ces dernières années, les sociétés minières ont prévu de récolter et d’exploiter ces nodules, car les métaux rares se trouvent souvent concentrés en leur sein.

Mais on comprend peu de choses sur la façon dont les nodules se forment en premier lieu. Yu et Leadbetter se demandent maintenant si des microbes similaires à ce qu’ils ont trouvé dans l’eau douce pourraient jouer un rôle et ils envisagent d’étudier plus avant le mystère. « Cela souligne la nécessité de mieux comprendre les nodules de manganèse marin avant qu’ils ne soient décimés par l’exploitation minière », explique Yu.

«Cette découverte de Jared et Hang comble une lacune intellectuelle majeure dans notre compréhension des cycles élémentaires de la Terre, et ajoute aux diverses façons dont le manganèse, un métal de transition abstrus mais commun, a façonné l’évolution de la vie sur notre planète», explique Woodward Fischer, professeur de géobiologie à Caltech, qui n’était pas impliqué dans l’étude.