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Les Cyanobactéries ou Cyanobacteria

Les cyanobactéries (Cyanobacteria), aussi appelées cyanophycées (Cyanophyceae), sont une sous-classe de bactéries (procaryotes). Elles étaient autrefois appelées " algues bleues". Il en existe au moins 2 000 espèces, réparties dans plus de 150 genres.

Elles réalisent la photosynthèse oxygénique et peuvent donc transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la cellule en fixant le dioxyde de carbone (CO2) et en libérant du dioxygène (O²). Certaines d'entre elles peuvent dans certaines conditions fixer le diazote.

Apparues il y a environ 3,8 milliards d'années, elles ont contribué à l'expansion de la vie sur Terre par leur production d'oxygène par photosynthèse (elles sont responsables de la Grande Oxydation et par leur contribution au premier puits biologique de carbone et à une désacidification des océans, lorsqu'elles se sont organisées en colonies fixées (stromatolithes), capables de produire du calcaire. Leurs pullulations croissantes, favorisées par l'eutrophisation des eaux, posent divers problèmes : obstruction des systèmes de filtration, coloration et parfois dystrophisations des eaux ou anoxies, avec métabolites secondaires donnant un mauvais goût à l'eau (géosmine, 2-méthylisobornéol, p-cyclocitral...). Une quarantaine d'espèces connues sécrètent ou contiennent des cyanotoxines qui sont généralement des neurotoxines pouvant affecter mortellement divers animaux et l'homme.

DESCRIPTION

Les cyanobactéries sont des organismes procaryotes autotrophes ne présentant ni noyau véritable, ni plaste, ni reproduction sexuée. Elles possèdent de la chlorophylle et d'autres pigments, d'où leur couleur qui peut varier beaucoup, mais qui est en principe bleue (voire rouge), ce qui explique leur nom.
Au microscope électronique, on peut distinguer deux zones différenciées principalement par leur couleur : le chromoplasma (zone périphérique contenant les thylakoïdes, sortes de sacs écrasés contenant les organites photosynthétiques) et le centroplasma (zone centrale assurant des fonctions semblables à celle d'un noyau, contenant de l'ADN sous formes d'aiguilles). Le chloroplasma, outre la photosynthèse, assure deux autres fonctions : la respiration et la fixation de l'azote chez certaines espèces. Les cyanobactéries sont dépourvues de membrane nucléaire, de mitochondries, de réticulum, de chromosomes et de flagelle.
Certaines cyanobactéries sont aussi actives la nuit ou en l'absence de lumière, se transformant en quelque sorte en bactéries chimio-hétérotrophes (en oxydant les sucres). Certaines survivent aussi en anaérobiose (ex : Oscillatoria limnetica) en photosynthétisant à partir du sulfure d'hydrogène au lieu de l'eau. Les pullulations apparaissent souvent dans les eaux peu aérées ou à faible courant, mais il arrive qu'en été des rivières rapides soient touchées.
Les cyanobactéries qui vivent en colonies cohérentes (en trichomes formant des films, amas ou filaments) fixent l'azote de l'air via des cellules spécialisées dites hétérocystes qui fonctionnent indépendamment des autres cellules, en anaérobiose. Quand les nitrates ou l'ammoniac manquent, une partie des cellules de ces cyanobactéries (10% environ) épaississent leurs parois, excrètent leur pigments et synthétisent une enzyme (nitrogénase) qui fixe l'azote (stocké sous forme de glutamine qui peut être utilisée par d'autres cellules vivant elles en aérobie).

MOBILITÉ

Certaines cyanobactéries sont mobiles (souvent chez les Nostocales) et/ou peuvent produire des akinètes (cellules résistant à la déshydratation grâce à des parois épaissies).

REPRODUCTION

Elle se fait par division végétative (mitose : division cellulaire) et par spores, soit unicellulaires (coccospores), soit sous forme de filaments de cyanobactéries (trichomes : fines excroissances ou appendices = hormogonies) ce qui constitue deux principales classes de cyanobactéries : les coccogonophycidées (formes solitaires ou coloniales) et les hormogonophycidées (formes coloniales filamenteuses).

ÉCOLOGIE DES CYANOBACTÉRIES

Les cyanobactéries sont les êtres vivants les plus anciens identifiés avec certitude avec les archées, puisqu'on en trouve déjà durant le précambrien (les formes les plus simples), jusqu'aux alentours de 3,8 milliards d'années. La présence de ces bactéries assez complexes laisse supposer l'existence antérieure de formes de vie plus simples (dont nous ne connaissons aucun fossile), repoussant la date d'apparition de la vie sur Terre. Par ailleurs, ces cyanobactéries anciennes ont généré des formations géologiques, les stromatolites. Grâce à leur activité, des roches carbonatées se sont formées en abondance en piégeant ainsi le gaz carbonique de l'atmosphère primitive, ce qui a pu nous fournir de nombreuses informations quant à la composition de l'atmosphère, donc sur les conditions de vie de l'époque. Elles sont à l'origine de la modification de l'atmosphère terrestre avec l'enrichissement en dioxygène, nécessaire au développement de la vie sur Terre en permettant l'apparition de la couche d'ozone protectrice, et du premier grand puits de carbone qui a diminué l'effet de serre, alors que la puissance moyenne reçue du Soleil augmentait.

Les cyanophycées vivent presque partout, y compris dans des conditions extrêmes, des glaces polaires aux sables des déserts. Elles survivent dans les lacs très chauds et/ou acides des cratères volcaniques comme dans les geysers. Elles croissent tant en eau douce que salée, sous forme planctonique (vivant dans la masse d'eau), ou sous forme benthique (organismes fixés à un substrat immergé). Elles se développent particulièrement bien dans certains milieux pollués par les activités humaines (eutrophisation, dystrophisation). Ces proliférations (blooms) forment par exemple des fleurs d'eau de couleur particulière qui apparaissent sur un plan d'eau en voie de pollution. On assiste à ces efflorescences alguales quand l'eau contient de l'azote et/ou du phosphore en excès, conséquence par exemple d'une agriculture trop intensive ou d'une urbanisation épurant mal ses eaux. Pour cette raison, lorsqu'on détecte qu'une étendue d'eau est envahie par les cyanobactéries, il ne faut pas considérer l'efflorescence elle-même comme la pollution, mais plutôt comme une réaction naturelle à une pollution déjà présente.

Un autre paramètre important influençant l'apparition de fleurs d'eau est le débit du cours d'eau. Un fort débit provoque un brassage continuel de la matière en suspension en plus d'empêcher la stratification des eaux. Ainsi, l'acquisition de nutriments par les cyanobactéries est peu probable et ils ne peuvent se positionner dans la colonne d'eau pour obtenir l'intensité lumineuse requise. C'est pourquoi les fleurs d'eau apparaissent dans les lacs et les rivières à faible débit, plutôt que dans les fleuves (avec quelques exceptions). De plus, les cyanobactéries sont reconnues pour n'avoir que très peu d'ennemis naturels et éliminer espèces concurrentes, tout en échappant à la prédation. La principale source de contrôle des populations provient de la compétition entre espèces de cyanophycées.
Les cyanobactéries adoptent plusieurs stratégies de survie telle la capacité d'emmagasiner le phosphore qui est l'élément nutritif limitant dans les cours d'eau. De plus, certaines espèces possèdent un mécanisme de positionnement dans la colonne d'eau par l'intermédiaire de vésicules gazeuses. Ils sont donc en mesure de s'adapter aux conditions lumineuses variables en fonction de la période du jour. Comme autres mécanismes d'adaptation on dénote la capacité de certaines espèces à utiliser des photons de longueurs d'ondes différentes, de ceux qui sont normalement utilisés, et qui pénètrent plus profondément dans l'eau.
Une question très importante au niveau de la fonction métabolique (rôle écologique) des cyanotoxines subsiste. Plusieurs suggèrent que la production de ces métabolites seraient uniquement due à une réponse face à un stress provenant de l'environnement, alors que d'autres croient que l'expression des gènes qui génèrent ces toxines est constitutive et que la proportion synthétisée augmenterait avec la croissance de la souche en question et par conséquent, indirectement avec les facteurs environnementaux. Comme autre hypothèse, on propose que ces molécules puissent servir de facteurs favorisant le mutualisme avec d'autres espèces, ou bien à l'inverse, ces toxines pourraient procurer un avantage sélectif sur des espèces compétitrices.

TOXICITÉ, ÉCOTOXICITé

50 % des efflorescences algales libèrent des endotoxines potentiellement dangereuses pour l'homme et les animaux. Elles affectent principalement la peau et les muqueuses (dermatotoxines), le foie (hépatotoxines) et le système nerveux (neurotoxines, plus rares que les hépatotoxines). Le classement de la toxicité aiguë des cyanotoxines, établi d'après les valeurs de DL50, place les anatoxines et les microcystines parmi les substances biologiques très toxiques. Les genres principaux reconnus pour produire des toxines sont Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Microcystis, Nodularia, Oscillatoria, Planktothrix.
La plus grande partie des cyanotoxines produites s'accumulent à l'intérieur des cellules et l'ampleur de la production semble être corrélée avec la phase de croissance des cyanobactéries. Ensuite, lorsque les bactéries sont à la fin de la période de sénescence, elles meurent et se lysent, provoquant le relâchement des toxines dans le milieu environnant. Ainsi, lorsque la période de floraison est en progression, on retrouve très peu de toxines extracellulaires alors que vers le déclin de celle-ci, la concentration de toxines extracellulaires augmente énormément. L'évaluation de la toxicité d'une efflorescence ne peut se faire par la seule reconnaissance des espèces en présence, car une même cyanotoxine peut être synthétisée par plusieurs genres. Par exemple, on sait que les genres Microcystis et Anabaena produisent des cyanotoxines de type microcystine.

La présence d'un genre réputé produire des cyanotoxines ne signifie pas nécessairement que les toxines seront présentes, car ce ne sont pas toutes les espèces constituant le genre qui produiront des cyanotoxines. Les espèces toxiques peuvent générer une souche qui possèdera (et exprimera) ou non les gènes pour la production de toxines. Selon la diversité du matériel génétique des souches toxiques, celles-ci peuvent générer des cyanotoxines de toxicité variable. De plus, les études disponibles en 2005 laissaient penser que les proliférations de cyanobactéries ne sont pas prédictibles, et qu'il n'y a pas de relation entre la biomasse alguale totale, la biomasse de cyanobactéries et la quantité de toxines produites. Les proliférations de surface, en diminuant la pénétration de la lumière dans l'eau, nuisent également à d'autres groupes d'algues et de plantes et limitent les échanges gazeux entre l'atmosphère et l'eau (en outre elles consomment l'oxygène de l'eau) et peuvent ainsi conduire à une asphyxie (ou anoxie) des animaux aquatiques ou du milieu. Cependant, certaines espèces de cyanophycées du phytoplancton « normal » ou non toxiques, sont parfois cause d'un rendement exceptionnel en poissons de certains étangs ou zones marines. Les toxines ou leur mécanismes d'action ne sont pas encore tous connus (ex pour Coelosphaerium kuetzingianum).

CYANOBACTÉRIES ET AZOTE

Ces algues jouent un rôle important dans le cycle de l'azote, en étant capable de transformer l'azote atmosphérique en ammonium ou en nitrates assimilables par les plantes. En mourant, elles libèrent des sels nutritifs produits par la fixation de l'azote et augmentent ainsi le rendement agricole, tout particulièrement en rizicultures. On les utilise parfois ainsi comme engrais « vert » pour amener un apport d'azote directement assimilable par les plantes.
Elles peuvent également vivre en symbiose, par exemple en tant que constituants algaux des lichens (gonidies) associés avec un champignon. Les propriétés thérapeutiques des bains de boue seraient dues en majeure partie aux cyanobactéries. Certaines espèces comme la spiruline (Arthrospira platensis) constituent également un très bon complément alimentaire.

DANS LES RÉSERVOIRS D'EAU POTABLE...

L'eau de réservoirs alimentés par des fleuves ou de l'eau pluviale peut être contaminée par des cyanobactéries toxiques. C'est de plus en plus fréquent depuis les années 1970. Au niveau de l'eau, les causes suspectées sont une teneur trop élevée en matière organique, en nitrates et/ou phosphates.
Au Québec, en 3 ans de 2001 à 2004, sur 6 stations de pompage d'eau potable, Anabaena flosaquae, Coelosphaerium kuetzingianum ont assez fréquemment été détectées, ainsi qu'une dizaine d'autres souches. Le plus grand nombre d'espèces potentiellement toxiques était sur les sites de Plessisville, Saint-Hyacinthe et Farnham. Dans un tiers des cas environ, la présence d'une ou plusieurs espèces de cyanophycée était associée à une concentration détectable de cyanotoxine. Sachant que ces espèces sont caractérisées par des blooms planctoniques, sans mesures régulières et très rapprochées, on est jamais certain de mesurer les maxima. La rivière Bécancour, la rivière Yamaska et la baie Missisquoi qui servent de réservoir d'eau potable, en contenaient à des taux "souvent supérieurs au seuil d'alerte proposé par Bartram et al. (1999) pour l'approvisionnement en eau potable, soit 2000 cellules/ml". Les cyanotoxines n'étaient cependant que rarement détectées au robinet, ou à faibles valeurs grâce à un bon traitement de l'eau ; les stations de potabilisation réussissant à éliminer les cyanobactéries sans faire éclater leurs cellules, c'est-à-dire sans libérer les cyanotoxines intracellulaires dans l'eau ou en les filtrant sur le charbon de bois activé.

Dans la plupart des pays, des normes existent avec des teneurs et seuil pour les toxines. En France ; Une circulaire porte sur les eaux récréatives. Un décret porte sur les eaux de boisson concerne les eaux destinées à la consommation humaine (hors eaux minérales naturelles) imposant de ne pas dépasser 1 µg/L de microcystine LR (soit la recommandation de l'OMS en 1998). Toute prolifération phytoplanctonique impose une recherche de microcystine dans les eaux brutes. L'AFSSA/AFSSE ont produit des avis sur les risques induits par les cyanobactéries.

 WIKIPEDIA > Juin > 2009
 

   
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