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  • On a découvert une étrange bactérie qui peut survivre sans l’un des éléments essentiels à la vie

    Posté le 2 décembre 2010

    Une bactérie qui vit dans les eaux riches en arsenic du Lac Mono (Californie) est sur le point de bouleverser la compréhension qu’ont les scientifiques de la chimie des organismes vivants. Le microbe semble être capable de remplacer le phosphore avec de l’arsenic dans certains de ces processus cellulaires de base, suggérant la possibilité d’une biochimie très différente de celle que l’on connaît, et qui a pu être utilisée par des organismes passés ou présents dans des environnements extrêmes de la Terre ou même sur d’autres planètes.

    Les scientifiques ont longtemps pensé que tous les organismes vivants avaient besoin de phosphore pour fonctionner, ainsi que d’autres éléments tels que l’hydrogène, l’oxygène, le carbone, l’azote et le souffre. L’ion de phosphate PO43- joue plusieurs rôles essentiels dans les cellules : il maintient la structure de l’ADN et de l’ARN, se combine avec des lipides pour créer les membranes des cellules et transporte l’énergie à l’intérieur de la cellule par l’intermédiaire de la molécule adenosine triphosphate (ATP)

    Mais Felisa Wolfe-Simon, géomicrobiologiste et membre du Astrobiology Research de la NASA basé au US Geological Survey de Menlo Park (Californie), et ses collègues ont rapporté aujourd’hui dans le journal Science qu’un membre de la famille de protobactérie Halomonadaceae peut utiliser l’arsenic au lieu du phosphore. Cette découverte signifie que « vous pouvez potentiellement supprimer le phosphore de la liste des éléments nécessaires à la vie » a déclaré David Valentine, géomicrobiologiste à l’Université de Californie (Santa Barbara).

    Plusieurs auteurs de science-fiction ont proposé des formes de vie qui utilisaient des alternatives aux éléments essentiels à la vie sur Terre, souvent basés sur du silicium au lieu du carbone, mais cette découverte est le premier cas connu d’organisme réel.

    L’arsenic est positionné juste en dessous du phosphore dans le tableau périodique des éléments, et ces 2 éléments peuvent jouer un rôle similaire dans les réactions chimiques. Par exemple, l’ion arséniate, AsO43- a la même structure tétraédrique et les mêmes sites de liaisons que le phosphate. Il est tellement semblable qu’il peut pénétrer à  l’intérieur des cellules en détournant le mécanisme de transport du phosphate, contribuant à la haute toxicité de l’arsenic dans la plupart des organismes.

    Elément de surprise

    Wolfe-Simon a pensé que les parallèles entre les 2 éléments pouvait signifier que malgré sa toxicité, l’arsenic était capable de faire le travail du phosphore dans la cellule. Sa recherche d’un organisme qui ne se contenterait pas de tolérer l’arsenic mais en ferait une utilisation biologique, l’a conduit jusqu’au Lac Mono situé dans l’Est de la Californie. Ce Lac de 180 Km<sup>2 est caractérisé par une concentration élevée d’arsenic, en raison de minéraux composés d’arsenic qui proviennent des montagnes environnantes.

    Wolfe-Simon et ses collègues ont collecté de la boue du lac et ont ajouté les échantillons à un milieu salé artificiel sans phosphate mais avec une concentration élevée d’arsenic. Ils ont ensuite effectué une série de dillutions destinées à enlever toute trace de phosphate qui aurait pu rester dans la solution et l’ont remplacé avec de l’arséniate. Ils ont découvert qu’un type de microbe semblait croître plus rapidement que les autres.

    Les chercheurs ont isolé l’organisme et ont constaté que lors de sa culture dans la solution d’arsénate, il s’est développé 60% aussi rapidement qu’il l’a fait dans la solution de phosphate, pas aussi bien mais solidement. La culture ne s’est pas développée lorsqu’elle était privée à la fois d’arsénate et de phosphate.

    Lorsque les chercheurs ont ajouté de l’arsénate avec étiquetage radioactif dans la solution pour observer sa distribution, ils ont vu que l’arsenic était présent dans les protéines, les lipides et les métabolites (telles l’ATP et le glucose) de la bactérie, ainsi que dans les acides nucléiques qui composent l’ADN et l’ARN. Les quantités d’arsénate détectées étaient similaires à celles attendues dans le cas du phosphate dans une cellule normale, suggérant que le composé était utilisé de la même manière par la cellule.

    L’équipe a utilisé 2 techniques de spectrométrie de masse pour confirmer que l’ADN de la bactérie contenait de l’arsenic, laissant supposer, sans pour autant le prouver directement, que l’élément avait pris le rôle du phosphate comme « colonne vertébrale » de l’ADN. L’analyse avec des Rayon X à partir de l’accélérateur de particules Synchroton, a indiqué que l’arsenic prenait la la forme de l’arsénate et tissait des liens avec le carbone et l’oxygène de la même manière que le phosphate.

    « Nos données suggèrent très fortement que l’arsenic remplace le phosphore » a déclaré Felisa Wolfe-Simon, en ajoutant que si le microbe relativement commun Halomonadaceae peut le faire, d’autres le peuvent certainement aussi. « Cela pourrait être une indication de cet autre monde que personne n’a vu ».

    Felisa Wolf-Simon et ses collègues sont d’accord sur le fait qu’il reste encore beaucoup à faire. Le premier pas est de voir si ces bactéries ou d’autres bactéries remplacent le phosphate avec l’arsénate naturellement, sans être forcés de le faire en laboratoire, a-t-elle déclaré. Le groupe prévoit également de séquencer le génome de cette bactérie.

    « Nous avons 30 ans de travail devant nous pour comprendre ce qui se passe »

    D’après Nature


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