Des chercheurs cultivent des archées qui décomposent le pétrole brut de manière novatrice
Comment les micro-organismes présents dans les fonds marins rendent le pétrole brut inoffensif
Les fonds marins abritent environ un tiers de tous les micro-organismes de la Terre et sont habités même à une profondeur de plusieurs kilomètres. Ce n'est que lorsqu'il fait trop chaud que l'abondance des micro-organismes semble diminuer. Mais comment et de quoi vivent les micro-organismes des grands fonds marins ? Comment fonctionnent leurs cycles métaboliques et comment les membres individuels de ces communautés enfouies interagissent-ils ? Des chercheurs du MARUM - Center for Marine Environmental Sciences de l'université de Brême et de l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême ont pu démontrer en laboratoire comment les petits composants liquides du pétrole brut sont décomposés par un nouveau mécanisme par un groupe de micro-organismes appelés archées. Leurs résultats viennent d'être publiés dans la revue spécialisée Nature Microbiology.
Dans le projecteur du submersible de haute mer américain ALVIN, on peut voir un petit massif d'évents brun rougeâtre sur le fond marin du bassin de Guaymas. Cette formation est entourée d'abondants sédiments riches en pétrole chauffés par hydrothermie et recouverts de tapis bactériens blancs et orange. La carotte d'où provient l'archée Candidatus Alkanophaga a été prélevée par l'équipe du submersible habité de haute mer.
Woods Hole Oceanographic Institution
La communauté microbienne a été cultivée dans une variété d'alcanes liquides, ici une culture d'hexane. Une couche d'huile peut être observée à la surface.
Hanna Zehnle
Les communautés microbiennes sont particulièrement actives à proximité des suintements hydrothermaux comme ceux du bassin de Guaymas dans le golfe de Californie. L'équipe de chercheurs s'efforce de comprendre ces communautés depuis de nombreuses années. La matière organique déposée dans le bassin de Guaymas est cuite par des sources de chaleur terrestres qui la décomposent en pétrole brut et en gaz naturel. Leurs composants constituent la principale source d'énergie des micro-organismes dans un environnement par ailleurs hostile. Dans leur dernière étude, les chercheurs ont démontré que les archées utilisent un mécanisme inconnu jusqu'à présent pour dégrader les alcanes pétroliers liquides à des températures élevées sans présence d'oxygène.
Les alcanes sont des composés très stables de carbone et d'hydrogène. Ils sont des composants naturels du gaz naturel et du pétrole brut. Ce dernier est raffiné par l'homme en carburants tels que l'essence et le kérosène. Des catastrophes environnementales se produisent régulièrement en raison d'accidents survenus lors de l'extraction du pétrole brut. L'accident de la plateforme de forage Deepwater Horizon, qui a causé de graves dommages environnementaux dans le golfe du Mexique en raison des effets toxiques des composés du pétrole brut tels que les alcanes liquides, en est un excellent exemple. En présence d'oxygène, les micro-organismes peuvent rapidement décomposer de nombreux composants du pétrole brut, notamment les alcanes. En l'absence d'oxygène réactif, la dégradation est toutefois beaucoup plus difficile. Les organismes capables d'effectuer cette tâche n'ont pas fait l'objet de recherches approfondies. Ces dernières années, cependant, des preuves ont été trouvées que les archées sont capables d'utiliser un mécanisme surprenant pour y parvenir. Ce mécanisme repose sur des variantes récemment découvertes de l'enzyme clé de la méthanogénèse et de la dégradation anaérobie du méthane, la méthyl-coenzyme M réductase (MCR). Les gènes qui codent pour ces enzymes ont été trouvés dans de nombreux échantillons environnementaux. Cependant, les cultures en laboratoire des microbes qui pourraient illustrer la fonction de ces enzymes manquaient toujours. C'est là que l'étude en laboratoire de Hanna Zehnle et de ses collègues prend tout son sens.
L'équipe a utilisé des sédiments provenant du bassin de Guaymas, situé à 2000 mètres de profondeur dans le golfe de Californie. Les conditions géologiques particulières qui y règnent comprennent des températures élevées, des composants liquides de pétrole brut et un environnement anaérobie à de faibles profondeurs de sédiments, toutes choses que l'on ne trouve normalement que dans les réservoirs de pétrole situés en profondeur et auxquels les scientifiques ont difficilement accès.
Dans les laboratoires de Brême, les chercheurs ont préparé des cultures avec des alcanes liquides et les ont laissées se développer en anaérobiose, c'est-à-dire sans oxygène, à des températures élevées (70 degrés Celsius). "Au bout d'un certain temps, explique Hanna Zehnle, premier auteur de l'étude, du sulfure se forme dans les cultures, ce qui prouve qu'elles sont actives. Cela prouve qu'elles sont actives. La composition des cultures est étudiée à l'aide d'échantillons d'ADN et d'ARN. "Cette méthode nous permet de savoir quels organismes vivent dans ce système et quelles voies métaboliques ils utilisent", explique Hanna Zehnle. Il s'agit des réactions chimiques au cours desquelles les substances sont métabolisées. Les chercheurs ont trouvé des archées du genre Candidatus Alkanophaga dans les cultures. Ces archées utilisent des variantes de la MCR pour décomposer les alcanes. Les chercheurs l'ont vérifié à l'aide de données transcriptomiques, en mesurant les produits enzymatiques et en démontrant l'inactivité des cultures lorsque l'enzyme est inhibée. Mais les organismes ne sont pas capables de dégrader le pétrole brut seuls. La respiration, sous forme de réduction des sulfates dans ce cas (car il n'y a pas d'oxygène), est assurée par des bactéries du genre Thermodesulfobacterium, qui forment des consortiums denses avec les archées.
La méthanogénèse est l'un des plus anciens processus métaboliques connus et fait partie du cycle global du carbone. L'étude en laboratoire réalisée par Hanna Zehnle et ses collègues montre que les enzymes impliquées dans ce processus peuvent également utiliser des hydrocarbures liquides (et donc toxiques), ce qui souligne l'importance de cette voie pour le cycle global du carbone.
"Grâce à leurs capacités nouvellement découvertes, Alkanophaga et les espèces apparentées ciblent les hydrocarbures dans les réservoirs de pétrole. Le pétrole restant devient de plus en plus solide et tend donc à rester dans les fonds marins", explique Gunter Wegener, auteur correspondant. "Nous n'avons pas encore été en mesure d'étudier des réservoirs de pétrole profonds, mais les archées gênent certainement l'industrie pétrolière par leur activité. Mais elles contribuent aussi grandement à la rareté des suintements naturels de pétrole."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
