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Mieux comprendre la toxicité des cyanobactéries dans nos lacs

Dans nos lacs et rivières, les cyanobactéries sont connues pour parfois proliférer de façon importante. Des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon se sont intéressés aux variations de la toxicité potentielle de ces proliférations de cyanobactéries. Ils montrent qu’elles dépendent de la compétition entre cellules productrices et non productrices de toxines au sein de la population qui prolifère.

prolifération  de la cyanobacterie Microcystis aeruginosa dans un étang du Forez © Jean-François Humbert
Mis à jour le 06/05/2013
Publié le 30/04/2013

Les proliférations de cyanobactéries sont des phénomènes qui se sont beaucoup développés dans  des plans d’eau des pays du Nord au cours de ces trente dernières années en liaison avec leur pollution par les phosphates - surtout d’origine domestique et les nitrates - plutôt d’origine agricole. Si dans les pays européens, les concentrations en phosphore diminuent dans les rivières et les lacs, suite à l’interdiction de leur usage dans les lessives et à un meilleur traitement des eaux usées, il n’en est pas de même dans les pays du Sud qui subissent en conséquence, des problèmes croissants avec ces microorganismes.

Les cyanobactéries, à l’origine de nombreux problèmes

Lorsqu’elles sont en phase de prolifération, les cyanobactéries sont préjudiciables au bon fonctionnement des écosystèmes :

  • la matière organique qu’elles engendrent, est dégradée par d’autres bactéries dont l’activité respiratoire provoque de fortes diminutions des concentrations en oxygène de l’eau. Cela peut entraîner des mortalités massives  de poissons par asphyxie ;
  • une diminution importante de la biodiversité est observée dans les communautés phyto-planctoniques puisqu’une espèce devient alors largement dominante au sein de peuplements habituellement très diversifiés.

Par ailleurs, ces proliférations posent de nombreux problèmes pour la production d’eau potable et elles entrainent des restrictions dans les activités récréatives comme les baignades.
En effet, de nombreuses espèces de cyanobactéries sont capables de produire des toxines qui ont provoqué par le passé des mortalités chez l’homme et les animaux.

Production de toxines par les cyanobactéries, pas si simple que cela

Au sein des populations d’une espèce toxique, il existe des cellules capables de produire des toxines et d’autres qui ne le peuvent pas car elles ont perdu les gènes qui permettent leur synthèse. Les variations dans la toxicité potentielle d’une population de cyanobactéries dépendent donc, pour une large part, de la proportion relative de ces deux types cellulaires sachant que ces proportions peuvent varier au cours d’une prolifération.

La compréhension des processus qui contrôlent les variations dans les proportions de cellules productrices et non productrices de toxines est importante pour des raisons écologiques, mais aussi pour prévoir les risques sanitaires potentiels associés aux proliférations.

Des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon se sont intéressés à ces variations. Pour cela, ils ont utilisé deux souches de la cyanobactérie Microsystis aeruginosa, une souche sauvage produisant des microcystines (toxines hépatiques) et son mutant non toxique, suite à l’inactivation d’un des gènes impliqués dans la synthèse de ces toxines.

Dans des conditions très favorables à la croissance de la cyanobactérie et à la production de toxines par les cellules toxiques, la croissance de la souche sauvage toxique s’arrête plus tôt que celle de la souche mutante qui ne produit pas de toxines. Ceci suggère une utilisation plus grande des nutriments disponibles dans le milieu de culture. Lorsque les deux souches sont cultivées ensemble, la souche mutante non productrice de toxines devient rapidement dominante dans les cultures.
Par contre, dans des conditions qui provoquent une croissance moins rapide ainsi qu’une moindre production de toxines, aucune différence n’est observée dans la croissance de la souche sauvage et de la souche mutante.

Ces résultats montrent que dans les conditions environnementales favorisant une croissance rapide des cyanobactéries, le coût de production des microcystines dépasse les bénéfices qu’elles apportent, réduisant ainsi, dans la population de cyanobactéries, la proportion de cellules toxiques. Ils contribuent à expliquer les phénomènes observés sans que l’ensemble des facteurs responsables de ces variations ne soient cependant à ce jour identifiés.

En savoir plus

Enora Briand, Myriam Bormans, Catherine Quiblier, Marie-José Salençon, Jean-François Humbert.2012. Evidence of the cost of the production of Microcystins by Microcystis aeruginosa under differing light and nitrate environmental conditions, PLos ONE, 7:e29981

A l'origine de la vie

Les cyanobactéries ont joué un rôle fondamental dans l'histoire de notre planète puisqu'avant leur existence (2,5-3 milliards d'années) l'atmosphère terrestre était dépourvue d'oxygène. Elles ont inventé la réaction de la photosynthèse et sont les ancêtres des chloroplastes que l'on trouve dans les algues et des plantes actuelles. Aujourd'hui encore, elles jouent un rôle majeur dans le fonctionnement de notre écosystème terrestre car dans les océans, elles peuvent assurer jusqu'à 70 % de la production primaire qui consiste en la transformation du carbone minéral (CO2 ou CH4 ) en carbone organique, à l'exemple des sucres, qui sont des constituants essentiels du vivant.