Les algues microscopiques sont responsables de la moitié du carbone atmosphérique global fixé à partir de l’atmosphère par photosynthèse et peuvent être utilisées comme source de bioénergie durable.
L’eau immédiatement à l’extérieur de leurs cellules, appelée «phycosphère», est riche en carbone organique excrété par les algues et constitue un écosystème idéal pour la croissance bactérienne. Cependant, la détection et la mesure de l’activité des cellules bactériennes et de la croissance de la population dans la phycosphère ont été difficiles, car il n’a pas été possible de suivre les bactéries individuelles et leur emplacement par rapport aux cellules d’algues au cours d’un cycle de croissance de la population d’algues.
Un diagramme schématique montrant le concept d’une microplaque poreuse, où les microalgues et les bactéries peuvent être cultivées dans des puits à différentes distances les unes des autres et peuvent échanger des nutriments et des métabolites sans contact physique. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Hyungseok Kim/Massachusetts Institute of Technology.
Mais les scientifiques de Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) et ses collaborateurs ont créé un nouveau dispositif de co-culture, baptisé « microplaque poreuse », pour comprendre comment la phycosphère structure les communautés bactériennes. Le copolymère nanoporeux permet l’échange de métabolites cellulaires tout en bloquant le contact physique entre les puits de culture adjacents.
« Cette conception a permis l’extension de la phycosphère dans l’espace et dans le temps, ce qui a permis de quantifier la croissance bactérienne et les changements de structure de la communauté à différentes distances des cellules d’algues », a déclaré Xavier Mayali, scientifique du LLNL et co-auteur d’un article. apparaissant dans le Société internationale d’écologie microbienne Journal (ISME J).
L’équipe a montré que les bactéries associées aux algues se développaient plus rapidement lorsqu’elles étaient placées plus près de la culture d’algues, comme on pouvait s’y attendre dans l’environnement réel de la phycosphère.
Après avoir séquencé l’ADN du microbiome algal cultivé dans la microplaque, l’équipe a révélé que certaines bactéries répondaient à la production algale de carbone organique de manière spatialement dépendante, certaines bactéries étant adaptées à vivre près des cellules algales et d’autres adaptées à vivre plus loin. Ceci est analogue à l’achat d’une maison chère à proximité du supermarché, il est donc plus facile de se procurer de la nourriture, par rapport à l’achat d’une maison moins chère plus loin. Ce concept a des implications importantes pour comprendre comment les microbes traitent le carbone organique dans les environnements aquatiques, qui contrôle si le carbone est séquestré ou respiré dans l’atmosphère sous forme de CO2.
Un résultat supplémentaire et inattendu est que la culture de la diatomée Phaéodactyle dans la microplaque a conduit à des rendements 20 fois supérieurs à ceux des cultures discontinues en raison de la supplémentation continue en nutriments à travers l’hydrogel. Cette découverte peut avoir un impact fondamental sur les efforts pour une production accrue et plus efficace de biomasse algale à grande échelle.
« Le système montre que la phycosphère des algues est un écosystème complexe, qui permet à plusieurs groupes microbiens de prospérer à différents endroits au sein de cet environnement à micro-échelle », a déclaré Mayali.
Parmi les autres contributeurs du LLNL figurent Jeffrey Kimbrel et Jessica Wollard ainsi que des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology.
Les travaux ont été financés par le ministère de l’Énergie Programme des sciences du génome et la Fondation éducative Kwanjeong.
La source: LLNL
