II. PRELEVER DANS LES ABYSSES
Les sources hydrothermales passionnent. Elles excitent la curiosité d’une multitude de chercheurs désireux d’observer les trésors que cache ce monde encore méconnu. Mais l'exploration des fonds sous-marins n’est pas simple. Les conditions d’accès sont difficiles. Accéder au cœur de l’océan relève d’un véritable exploit technique qui est généralement le fruit de nombreuses années de préparation commune entre différents organismes de recherche.
A. Les grandes campagnes océanographiques
De multiples campagnes océanographiques ont été réalisées conjointement par différents organismes de recherche comme le CNRS (Centre National de Recherche Scientifique) et l’Ifremer (Institut Français pour la Recherche et l’Exploitation de la Mer), le seul en France à disposer des moyens sous-marins indispensables.
Leur objectif : étudier l’écologie microbienne des écosystèmes hydrothermaux et effectuer des prélèvements.
C’est au cours de ces campagnes que sont collectés de nombreux échantillons hydrothermaux et que sont isolées des souches de types métaboliques variés.
2007- Campagne Serpentine (Serpentine Experiments on Ridge hydrothermal Processes – Exploration on New Targets and INterdisciplinary Expedition)
L'objectif de cette campagne : étudier la diversité et les interactions biologique et géologique des systèmes hydrothermaux qui se situent à de grandes profondeurs (plus de 4 000 mètres de profondeur) dont le site hydrothermal Achadze qui est le plus profond actuellement connu dans les océans.
2006 - Campagne Momareto
Deux objectifs pour cette campagne qui s'est déroulée sur des sites hydrothermaux situés au sud-est des Açores.
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Premier objectif : tester de nouveaux outils permettant d'explorer, de décrire, de quantifier et d'observer la biodiversité de l'écosystème hydrothermal.
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Deuxième objectif : étudier la réponse des espèces hydrothermales aux variations de leur environnement. Trois sites hydrothermaux déjà connus ont été visités : Menez Gwen (profondeur 850 m), Lucky Strike (1650 m) et Rainbow (2300 m).
2004 - Campagne Biospeedo
Elaborée par la station biologique de Roscoff et par l’Ifremer, cette campagne a étudié la distribution de la biodiversité et de la géodiversité hydrothermales.
2003 - Campagne Exomar (Extremophiles Of the Mid-Atlantique Ridge)
La campagne Exomar est revenue sur certains sites de sources hydrothermales qui présentent un intérêt majeur d'un point de vue géologique ou biologique. Elle avait pour principal objectif l'étude des écosystèmes microbiens extrêmophiles afin d'en décrire la biodiversité, à des fins scientifiques et biotechnologiques.
2002-2003 - Mise en place du programme Repbiotech
Ce programme a regroupé 7 laboratoires européens et un industriel sur la réplication de l'ADN chez les archéobactéries et les eucaryotes.
2002 - Campagne Phare (Peuplements Hydrothermaux, leurs Associations et Relations avec l'Environnement)
Au large des côtes mexicaines, des expérimentations in situ, par 2600 m de fond, et in vivo, en aquarium pressurisé ont été menées pour mieux comprendre les interactions entre animaux, microorganismes et leur environnement.
Fin 1995 - Campagne Microsmoke
Étude de la source hydrothermale la plus profonde connue à l’époque (3500 m de profondeur) sur la dorsale Atlantique (site de la fosse aux serpents)
1992 - Mise en place du Programme GDR* "Bactocéan"
Ce programme a été mis en place conjointement par le CNRS, l’Ifremer et des universités. Il a pour objectif l’étude des communautés bactériennes hydrothermales, leur adaptation aux conditions extrêmes et leurs utilisations potentielles en biotechnologie.
http://www-archbac.u-psud.fr/Bactocean/GDRBactocean.html
1991 - Campagne Guaynaut
1991 - Campagne Hero’91
Hero’91 fait partie d'un cycle consacré à l'observation et à la description des variations temporelles des peuplements hydrothermaux et des conditions d'émission du fluide (Dorsale Pacifique Orientale). Ce cycle a commencé en 1982 avec la campagne Biocyatherm (1982) et s'est poursuivi avec les campagnes Biocyarise (1984), Hydronaut (1987), MMVT (1990).
Victor 6000 sur le pont arrière du Pourquoi pas ?
Le Pourquoi pas ? en attente d'appareillage dans le port de Rhodes.
B. Les différentes techniques de prélèvements
Pour étudier les sites hydrothermaux sous-marins profonds, il est nécessaire de posséder des submersibles scientifiques, capables de résister aux pressions énormes des profondeurs abyssales, et équipés d’un matériel sophistiqué permettant l’observation et le recueil des informations.
Or, dans le monde, seuls les Etats-Unis, la Russie, le Japon et la France possèdent aujourd'hui de tels engins. La France en avait même deux mais l’un d’entre eux, Cyana (Ifremer) a été désarmé en 2003. Reste donc le Nautile (Ifremer), submersible habité, qui peut plonger jusqu’à 6 000 mètres de profondeur.
Ces submersibles ont permis l’isolement de nombreuses archéobactéries hyperthermophiles telles que Pyrodictium abyssi, Pyrococcus abyssi et Pyrococcus furiosus, Methanococcus jannashii ou Archaeoglobus profondus.
L’Ifremer a également conçu Victor 6000 : le premier système téléopéré français de type ROV (Remotely Operated Vehicle). Un robot qui peut descendre jusqu'à 6 000 mètres de profondeur.
A la différence des sous-marins habités qui ne peuvent demeurer que quelques heures au fond en raison des problèmes d'autonomie d'énergie pour le véhicule et d'oxygène pour l'équipage, Victor 6000 est, lui, capable d'opérer plusieurs jours sur le fond et de transmettre des flux de données importants vers son navire de surface, grâce à la fibre optique.
Le Pourquoi pas ? à quai dans le port de Rhodes.
1989 - Campagne Starmer
Cette campagne franco-japonaise, organisée par l’Ifremer et le Japan Agency for Marine-earth Science and TEChnology (JAMSTEC), dans le bassin nord-fidjien, a marqué pour les équipes du GDR en charge de la microbiologie de terrain, leur entrée dans le monde de la thermophilie.
1989 - Campagne Biolau
Etude écologique des zones d'hydrothermalisme du bassin de Lau - Recherche de bactéries a des fins d'applications biotechnologiques
1988 - Création du laboratoire de microbiologie marine du CNRS à Roscoff (LMM) et du laboratoire de biotechnologie des micro-organismes hydrothermaux de l’Ifremer à Brest (LBMH).
1987 - Campagne Hydronaut
Poursuite des études d'écologie, de biologie et de physiologie réalisées au cours des campagnes Biocyatherm (1982) Biocyarise (1984) sur la dorsale du Pacifique Est.
1984 : Campagne Biocyarise
Poursuite des études d'écologie, de biologie et de physiologie réalisées au cours des campagnes Biocyatherm (1982).
1982 - Campagne Biocyatherm
Etude des peuplements d'organismes associés à une zone d'hydrothermalisme océanique intense (description des communautés et comparaison avec celles observées dans d'autres zones océaniques d'hydrothermalisme ; études physiologiques, biochimiques et géochimiques).
Une fois Victor récupéré à l'arrière du bateau, un socle mobile le ramène jusqu'au hangar
C. Les cultures de bactéries
Mise en culture dans des boites de pétris
Une fois les microorganismes prélevés, il est nécessaire de les multiplier. La mise en culture permet en effet de ne pas se contenter uniquement de l’analyse des rares échantillons récoltés. L’étude des bactéries requiert d’innombrables expérimentations qui nécessitent elles-mêmes d’avoir une quantité importante d’échantillons.
Pour résister aux fortes températures exigées lors de la purification et de l’isolement des souches archaebactériennes thermophiles, les milieux solides (boîtes de Petri) doivent être en verre et contenir un agent gélifiant thermostable : Gelrite (résistant jusqu’à 100°C).
L’analyse des hyperthermophiles issus des sources hydrothermales a montré que ces microorganismes ne diffèrent pas beaucoup de ceux isolées en milieu côtier.
Ce sont particulièrement des espèces hétérotrophes qui fermentent les composés organiques et réduisent le soufre élémentaire. Souvent anaérobies stricts, elles n’acceptent qu’un milieu de culture réduit et une phase gazeuse totalement dépourvue d’oxygène.
La première étape dans l’étude des bactéries abyssales, consiste à cataloguer les centaines d’espèces recueillies (on parle de numérotation). Le but étant d’obtenir des souches pures. Ces isolats sont ensuite soumis à une batterie de tests qui permettront d’identifier leurs comportements vis-à-vis de la chaleur, des polluants ou encore des hydrocarbures.
Mais les cultures de microorganismes thermophiles destinées à la production d’enzymes thermostables présentent, malgré tout, quelques inconvénients :
- Les biomasses obtenues en fin de culture sont souvent faibles
- L’utilisation des substrats est souvent incomplète
- Certaines souches présentent parfois une instabilité génétique
Ce qui explique que le clonage soit généralement envisagé. Un clonage qui se réalise à l’aide d’hôtes mésophiles (Escherichia coli ou Bacillus subtilis). En effet, la thermostablité d’une enzyme est le plus souvent codée génétiquement. Les protéines ainsi produites dans des hôtes mésophiles conservent leur caractéristique thermophile. Le produit thermostable peut donc être facilement purifié, et les activités contaminantes de l’hôte thermosensible supprimées par simple dénaturation par la chaleur (chauffage).
De plus, pour que les enzymes thermostables soient exploitées à grande échelle, les moyens mis en oeuvre pour leur production doivent être économiques et efficaces. Or, la culture des hyperthermophiles nécessite un appareillage spécifique et au vu du faible rendement, cela imputerait des coûts importants. Il semble donc plus économique de faire exprimer le gène codant pour l’enzyme par un hôte plus commun comme Escherichia coli. Produire moins cher des enzymes purifiées pour l’industrie est donc possible.
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