Cyanobacteria

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Cyanobactéries
Anabaena sperica
Classification classique
Règne	Bacteria
Division
Cyanobacteria Stanier ex Cavalier-Smith, 2002 [1]
Classe
Cyanophyceae Schaffner, 1909 [2]
La taxinomie des cyanobactéries est actuellement en cours de révision.
Classification phylogénétique
Position : eubactéries bactéries vertes non sulfureuses (chlorobactéries) chloroplastes c.n.n. (clade non nommé) groupe Thermus/Deinococcus (hadobactéries) c.n.n. cyanobactéries c.n.n. gracillicutes c.n.n. sphingobactéries bactéries vertes sulfureuses (chlorobiales) flavobactéries fibrobactérales bactéroïdètes exoflagellées planctobactéries planctomycétales c.n.n. chlamydiées c.n.n. lentisphères verrucomicrobes protéobactéries géobactéries acidobactéries ferrobactéries (géovibriales) rhodobactéries protéobactéries α chromatibactéries protéobactéries β protéobactéries γ thiobactéries protéobactéries δ epsilobactéries protéobactéries ε aquificales spirochètes eurybactéries thermotogales firmicutes (posibactéries) groupe Bacillus/Clostridium (téichobactéries) actinobactéries
d’après Classification phylogénétique du vivant (voir arbre phylogénétique)
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Les cyanobactéries comptent parmi les formes les plus anciennes de vies en colonies capables de construire des récifs. Les stromatolithes construits par certaines espèces existaient il y a plus de 3,5 milliards d'années. On en trouve encore quelques formations, dont ici dans l'ouest de l'Australie, dans le parc national de Yalgorup

Pullulation cyanophycées

Pullulation avec apparition de taches bleues correspondant aux pigments bleus libérés par des bactéries mortes

Exceptionnellement, le biofilm prend une couleur bleue, notamment sur les berges, là où le vent et/ou le courant poussent les algues mortes

Les fleurs d'eau importantes sont parfois le prélude à des intoxications directe ou secondaire (botulisme..), mortalité

Les cyanobactéries (Cyanobacteria), également appelées cyanophycées (Cyanophyceae), sont une sous-classe de bactéries (procaryotes). Elles étaient autrefois appelées « algues bleues ». Il existe au moins 2000 espèces réparties dans plus de 150 genres^[3].

Les cyanobactéries 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).

Elles sont apparues il y a environ 3,8 milliards d'années et font partie des espèces qui sont à l'origine de l'expansion de la vie sur Terre par leur production d'oxygène par photosynthèse 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.

Certaines cyanobactéries ont parfois la particularité de pouvoir fixer le diazote.
Présentement, une quarantaine d’espèces^[4] de cyanobactéries sécrètent des cyanotoxines qui sont généralement des neurotoxines pouvant affecter mortellement divers animaux et l'homme.

[modifier] 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, ce qui explique leur nom.

Au microscope électronique, on peut distinguer deux zones différenciées principalement par leur couleur : le chromoplaste (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 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).

[modifier] 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).

[modifier] Reproduction

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

[modifier] Écologie des cyanobactéries

Les cyanobactéries sont les êtres vivants les plus anciens avec les archées, puisqu'on en trouve déjà durant le précambrien (les formes les plus simples), ce qui remonte à 3,8 milliards d'années. Ces espèces ont généré des formations géologiques, les stromatolithes. Grâce à l'activité des cyanobactéries, des roches carbonatées ont pu se former 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^[5]. 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. De plus, les cyanobactéries sont reconnues pour n’avoir que très peu d’ennemis naturels et la principale source de contrôle des populations provient de la compétition entre espèces^[6].

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^[7]. 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^[8]. 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^[9].

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 constitutives et que la proportion synthétisée augmenterait avec la croissance de la souche en question et par conséquent, indirectement avec les facteurs environnementaux^[10]. 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^[11].

[modifier] Toxicité

Les efflorescences algales ne sont pas sans conséquence, puisque certaines espèces libèrent des endotoxines qui peuvent être dangereuses pour l'homme et les animaux, affectant principalement la peau et les muqueuses (dermatotoxines), le foie (hépatotoxines) et le système nerveux (neurotoxines).

Les genres principaux reconnus pour produire des toxines sont Anabaena, Aphazinomenon, Cylindrospermopsis, Microcystis, Nodularia, Oscillatoria, Planktothrix^{[12] [13]}.

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^[14].

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^[15].

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^[16]. Les espèces toxiques peuvent générer une souche qui possèdera ou non les gènes pour la production de toxines. Il est à noter que selon la diversité du matériel génétique des souches toxiques, celles-ci peuvent générer des cyanotoxines de toxicité variable^[17].

Les proliférations de surface, en diminuant la pénétration de la lumière dans l'eau, nuisent également à d'autres groupes d'algues 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, d'autres espèces du phytoplancton normal, 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).

[modifier] 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.

[modifier] Relations avec les chloroplastes

Les Chloroplastes que l'on retrouve chez les eucaryotes photosynthétiques, comme les algues et les plantes (c'est-à-dire les producteurs primaires) sont issus très probablement de cyanobactéries endosymbiotiques. Cette théorie endosymbiotique est soutenue par diverses similitudes structurelles et génétiques. Des plastes issus d'une endosymbiose primaire qui contiennent de la chlorophylle a et b ont été retrouvés parmi les algues vertes et les plantes ainsi que des plastes qui contiennent de la chlorophylle a et des phycobiliprotéines parmi des algues rouges et des glaucophytes. Ces plastes ont probablement eu une origine commune. D'autres algues ont acquis leurs plastes à partir de ces formes par endosymbiose ou ingestion secondaire (pour la lignée verte : Euglénophytes et Chlorarachniophytes à partir d'une algue verte, et pour la lignée rouge : toutes les algues brunes au sens le plus large du terme - Hétérokontophytes, Cryptophytes, Dinophycées, Haptophytes, etc. - à partir d'une algue rouge).

[modifier] Cyanobactéries en aquarium

En aquariophilie, la présence de certaines cyanobactéries dites « algues encroûtantes » signale un problème au niveau de l'eau. Ces algues apparaissent souvent après un manque d'entretien ou un déséquilibre important et brutal. Les matières organiques en décomposition favorisent aussi leurs développements. Leur mode de reproduction les rendent presque invincibles face à l'utilitaire de nettoyage de l'aquariophile, et quelques fragments suffisent à reformer une croûte épaisse.

[modifier] Cyanobactéries 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. Il semble que ce phénomène soit en augmentation depuis les années 1970. On y trouvera par exemple (Hémisphère nord)

• Anabaena flosaquae
• Anabaena planctonica
• Anabaena solitaria
• Anabaena spiroides
• Anabaena sp.
• Aphanizomenon flosaquae
• Coelosphaerium kuetzingianum
• Coelosphaerium naegilianum
• Gomphosphaeria aponica
• Gomphosphaeria lacustris
• Microcystis flosaquae
• Microcystis sp.
• Oscillatoria aghardii

[modifier] Causes

Au niveau de l'eau, les causes suspectées sont une teneur trop élevée en matière organique, en nitrates et/ou phosphates. Dans un aquarium, l'éclairage peut être en cause (trop, pas assez ou source inappropriée). Le temps d'éclairage devrait être compris entre 10 et 12 heures par jour. Des contaminations externes par introduction d'algues peuvent être en cause. Par précaution, sur les sites extérieurs contaminés, les activités nautiques autres que baignade ou plongée sont parfois autorisée à condition qu'un lavage/rinçage soigneux du matériel suive l'activité, pour ne pas contaminer d'autres sites.

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^[18]. 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^[19] 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^[20] 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.

[modifier] Indésirables en aquarium

Ces algues volontiers proliférantes et parfois productrices de toxines sont indésirables en aquarium où elles peuvent former un tapis gluant sur les plantes, empêchant leur activité chlorophyllienne normale, les affaiblissant et les tuant, leur mort contribuant à polluer l'eau.
Le sable recouvert par un tapis d'algues n'est plus drainé et oxygéné, devenant impropre à toute vie microbienne aérobie.
Les cyanobactéries fixant l'azote, elles font concurrence aux "bonnes bactéries" présentes dans l'aquarium (Nitrobacter et Nitrosomonas), ce qui déséquilibre à long terme l'écosystème en place.
Solutions : Agir sur un des facteurs n'apporte souvent aucun résultat. Les nitrates, même peu présents, peuvent être compensés par la fixation de l'azote. Il est recommandé de nettoyer l'aquarium et son filtre avant des changements d'eau importants, en veillant à un éclairage approprié, et en évitant temporairement l'apport de CO₂. Une période d'une semaine dans le noir total, combiné à un bon nettoyage du bac et à une oxygénation de l'aquarium pourrait parfois suffire à les éradiquer. En derniers recours, des antibiotiques (érythromycine à raison de 200 mg pour 100 litres)sont efficaces, mais tueront aussi les bonnes bactéries (déséquilibre écologique), en risquant de créer des souches résistantes. Les poissons peuvent être transférés dans un autre aquarium le temps du traitement pour notamment leur éviter un pic d'ammoniac ou de nitrites, avant de filtrer sur charbon actif puis ré-ensemencer l'aquarium en bonnes bactéries, une fois le traitement terminé.

[modifier] Notes et références

[modifier] Voir aussi

Wikimedia Commons propose des documents multimédia libres sur cyanobactéries/Blooms.

[modifier] Liens internes

• Bactérie
• Microalgue
• stromatolithe

[modifier] Liens externes

• Rapport sur l’évaluation des risques liés à la présence de cyanobactéries et de leurs toxines dans les eaux destinées à l’alimentation, à la baignade et autres activités récréatives (Afssa et Afsset, Juillet 2006)
• Les fleurs d'eau de cyanobactéries, revue de littérature (Laurion et al. 2007)
• [1]
• Etude des cyanobactéries Synechococcus et Prochlorococcus : Groupe Plancton, Station Biologique de Roscoff (en anglais, mais contient aussi des informations en français
• Current approaches to cyanotoxin risk assessment, risk management and regulations in different countries (en)

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