Les cyanobactéries, anciennement appelées algues bleu-vert, sont un embranchement de bactéries formé par les seuls procaryotes capables d'utiliser la lumière du soleil comme énergie et l'eau comme source d'électrons dans la photosynthèse (photosynthèse oxygénée).
Comme les plantes supérieures, elles contiennent des pigments qui leur permettent de réaliser une photosynthèse oxygénée. Ce phylum comprend environ 2000 espèces dans 150 genres, avec une large gamme de formes et de tailles.
Oscillatoria sp. Par Wiedehopf20, de Wikimedia Commons
Les cyanobactéries sont des organismes très anciens. Des microfossiles présentant une grande similitude avec les cyanobactéries modernes ont été trouvés dans des gisements datant de 2,1 milliards d'années. Des molécules de biomarqueurs caractéristiques de cyanobactéries ont également été découvertes dans des dépôts marins vieux de 2,7 et 2,5 milliards d'années.
En raison de la capacité des cyanobactéries à produire et à libérer de l'oxygène en tant que sous-produit de la photosynthèse, on pense que son apparition sur terre a permis la modification de l'atmosphère, provoquant un important événement d'oxygénation.
L'augmentation de l'oxygène peut avoir provoqué une diminution de la concentration de méthane atmosphérique il y a environ 2,4 à 2,1 milliards d'années, provoquant l'extinction de nombreuses espèces de bactéries anaérobies.
Certaines souches d'espèces de cyanobactéries peuvent produire des toxines puissantes dans les milieux aquatiques. Ces toxines sont des métabolites secondaires qui sont libérés dans l'environnement lorsque les conditions environnementales sont extrêmes, dans des environnements eutrophes, avec des concentrations élevées de nutriments minéraux tels que le phosphore et des conditions particulières de pH et de température.
caractéristiques
Les cyanobactéries sont des bactéries à coloration à Gram négatif, qui peuvent être unicellulaires ou former des colonies sous la forme de filaments, de feuilles ou de sphères creuses.
Au sein de cette diversité, différents types de cellules peuvent être observés:
- Les cellules végétatives sont celles qui se forment dans des conditions environnementales favorables, dans lesquelles la photosynthèse se produit.
- Akinetes, endospores produites dans des conditions environnementales difficiles.
- Les hétérocytes, cellules à parois épaisses, contiennent l'enzyme nitrogénase, impliquée dans la fixation de l'azote dans les environnements anaérobies.
Les cyanobactéries sont les organismes les plus simples qui présentent des cycles circadiens, des oscillations de variables biologiques à intervalles réguliers associés à des changements environnementaux périodiques au cours de la journée. L'horloge circadienne des cyanobactéries fonctionne à partir du cycle de phosphorylation de KaiC.
Les cyanobactéries sont réparties dans une grande diversité d'environnements terrestres et aquatiques: roches nues, roches temporairement humides dans les déserts, eau douce, océans, sol humide et même roches antarctiques.
Ils peuvent faire partie du plancton dans les plans d'eau, former des biofilms phototrophes sur les surfaces exposées ou établir une relation symbiotique avec des plantes ou des champignons formant des lichens.
Certaines cyanobactéries jouent un rôle important dans les écosystèmes. Microcoleus vaginatus et M. vaginatus stabilisent le sol à l'aide d'une gaine de polysaccharide qui se lie aux particules de sable et absorbe l'eau.
Les bactéries du genre Prochlorococcus produisent plus de la moitié de la photosynthèse de l'océan ouvert, apportant une contribution importante au cycle global de l'oxygène.
Plusieurs espèces de cyanobactéries, telles que Aphanizomenon flos-aquae et Arthrospira platensis (spiruline), sont récoltées ou cultivées comme sources de nourriture, aliments pour animaux, engrais et produits de santé.
Morphologie
Les cellules cyanobactériennes ont une paroi cellulaire Gram-négative hautement différenciée avec une membrane plasmique et une membrane externe séparées par un espace périplasmique.
De plus, ils ont un système interne de membranes thylacoïdes où résident les chaînes de transfert d'électrons impliquées dans la photosynthèse et la respiration. Ces différents systèmes membranaires confèrent à ces bactéries une complexité unique.
Ils n'ont pas de flagelles. Certaines espèces ont des filaments mobiles appelés hormogonie, qui leur permettent de glisser sur les surfaces.
Les formes filamenteuses multicellulaires, telles que le genre Oscillatoria, sont capables de générer un mouvement ondulant par oscillation du filament.
D'autres espèces qui vivent dans des colonnes d'eau forment des vésicules de gaz, formées par une gaine protéique, qui leur confèrent de la flottabilité.
Les hormogones sont constituées de cellules minces avec des cellules pointues aux extrémités. Ces cellules sont libérées et mobilisées, poussant dans des endroits éloignés de la colonie principale, où de nouvelles colonies commencent.
Systématique
La classification des cyanobactéries aux niveaux taxonomiques les plus élevés a été vivement débattue. Ces bactéries ont été initialement classées comme des algues bleu-vert (Cyanophyta), selon les codes botaniques. Ces premières études étaient basées sur des caractéristiques morphologiques et physiologiques.
Plus tard, dans les années 1960, lorsque les caractéristiques procaryotes de ces microorganismes ont été établies, les cyanobactéries ont été reclassées sous le code bactériologique.
En 1979, 5 sections ont été proposées qui correspondent à 5 ordres: section I = Chroococcales, section II = Pleurocapsales, section III = Oscillatoriales, section IV = Nostocales et section V = Stigonematales.
Le système taxonomique des cyanobactéries a été radicalement modifié avec l'introduction de la microscopie électronique et des méthodes moléculaires et génétiques.
La taxonomie des cyanobactéries a été revue presque continuellement au cours des 50 dernières années, au cours desquelles des propositions radicalement différentes ont été générées. Le débat sur la classification des cyanobactéries se poursuit.
Les dernières propositions d'arbres phylogénétiques pour ce phylum proposent l'utilisation des commandes: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Ces ordres sont constitués de genres monophylétiques, composés de nombreuses espèces.
Toxicité
On estime qu'il existe 150 genres de cyanobactéries contenant environ 2000 espèces, dont environ 46 ont une souche productrice de toxines.
Dans les écosystèmes aquatiques, l'abondance des cyanobactéries peut atteindre des niveaux très élevés lorsque les conditions environnementales sont propices à leur croissance, ce qui favorise l'accumulation de métabolites secondaires dans le cytoplasme.
Lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables, avec une augmentation des concentrations de nutriments minéraux tels que le phosphore, les cyanobactéries meurent, produisant une lyse cellulaire et la libération de toxines dans l'environnement.
Deux principaux types de toxines ont été identifiés: les hépatotoxines et les neurotoxines. Les neurotoxines sont produites principalement par des espèces et des souches des genres: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium et Cylindrospermopsis.
Les neurotoxines agissent rapidement, entraînant la mort par arrêt respiratoire dans les minutes suivant l'ingestion de concentrations élevées de toxine. La saxitoxine est une neurotoxine paralysante, inscrite à l'annexe 1 de la Convention sur les armes chimiques.
Les hépatotoxines sont produites par les genres Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc et Cylindrospermopsis. Ils provoquent le type d'empoisonnement le plus courant lié aux cyanobactéries. Ils agissent plus lentement et peuvent entraîner la mort quelques heures ou quelques jours après l'empoisonnement.
Références
- Dmitry A. Los. (2017). Cyanobacteria: Omics and Manipulation - Livre. Presse académique Caister. Moscou, Russie. 256 pp.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y et JOhansen, JR (2014). Classification taxonomique des cyanoprocaryotes (genres cyanobactériens) 2014, en utilisant une approche polyphasique. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, RC Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents. (2009). Presse académique. Pp 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn et RS Gupta. (2014). Analyse phylogénétique et signatures moléculaires définissant un clade monophylétique de cyanobactéries hétérocystes et identifiant ses plus proches parents. Recherche sur la photosynthèse, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Détection des cyanobactéries et de leurs toxines. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
- Contributeurs Wikipedia. (2018, 2 octobre). Cyanobactéries. Dans Wikipedia, The Free Encyclopedia. Récupéré le 12 octobre 2018 à 10 h 40 sur en.wikipedia.org