Une extraordinaire bactérie

-la souche GFAJ-1 de la famille des Halomonadaceae-

vient d'être découverte en décembre 2010 dans un lac salé de Californie par une chercheuse,

Felisa Wolfe-Simon, de l'Institut d'astrobiologie de la NASA aux États-Unis

Cette bactérie peut-être considérée comme une nouvelle forme de vie puisqu'elle n'est pas basée sur le traditionnel et dogmatique "CHONPS" (carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore et soufre) mais serait du genre "CHONAsS"...

l'arsenic remplacant le phosphore dans les molécules comme l'ADN.....!

Non seulement cette bactérie supporte des doses massives d'arsenic mais elle l'intègre au sein de ses molécules les plus "précieuses", celles de son information génétique....!

Cette bactérie, pourtant bien terrestre, ouvre de nouvelles voies dans l'exobiologie : la recherche d'exoterres et  d'une vie extraterrestre ne possèdant pas absolument les six CHONPS

NB Certains auteurs avaient déjà supposé que les molécules de la vie pourraient être axées sur la chimie du silicium et non du carbone. Tous les deux sont tétravalents...mais le silicium établit des liaisons beaucoup trop fortes et difficiles à casser et les exobiologistes trouvent peu de chimie du silicium dans l'univers, contrairement à celle du carbone.

L'arsenic serait ici donc l'élément figuré en jaune dans ce fragment d'ADN......

Ceci abat donc un dogme de la biologie qui postulait que les 6 atomes CHONPS étaient incontournables pour envisager une quelconque vie avec son cortège de molécules organiques....

Il semblerait que la bactérie puisse indifféremment utiliser phosphates et arsenates pour construire leur molécules "phosphatées" traditionnellement.....

Pour aller plus loin, voici deux articles en français très simples et clairs :

Voici un très bon article sur cette découverte :

Une bactérie du lac californien Mono peut, selon son milieu de vie, intégrer dans ses molécules de l'arsenic à la place du phosphore habituel.

par Bénédicte Salthun-Lassalle

Tous les organismes vivants sont essentiellement composés de six éléments chimiques : le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le soufre et le phosphore. Ces éléments forment les acides nucléiques (porteurs de l'information génétique), les protéines, les glucides et les lipides. D'autres éléments sont présents en très faible quantité, par exemple le fer ou le zinc qui favorisent les réactions chimiques dans une cellule. Mais Felisa Wolfe-Simon, de l'Institut d'astrobiologie de la NASA aux États-Unis, et ses collègues ont décrit une bactérie, la souche GFAJ-1 de la famille des Halomonadaceae, qui est capable de vivre en substituant le phosphore par de l'arsenic.

Le lac Mono, à l'Est de la Californie, est un bassin volcanique de 22 kilomètres de diamètre peu favorable à la vie. Ses eaux stagnantes sont très riches en sels et en minéraux, et contiennent de grandes quantités d'arsenic dissous sous forme d'arsenate (AsO43–). Or l'arsenic est un élément chimique analogue au phosphore ; il a à peu près le même rayon atomique et une électronégativité proche, et l'arsenate se comporte en solution comme le phosphate (PO43–). C'est d'ailleurs en partie cette ressemblance qui confère à l'arsenic sa toxicité biologique. En général, les voies métaboliques utilisant le phosphate ne distinguent pas les deux molécules : l'arsenate est donc incorporé aux processus biologiques, du moins lors des premières étapes. En effet, les métabolites et les molécules contenant de l'arsenic ne sont pas stables et se dégradent vite, contrairement à ceux intégrant du phosphore.

D'où la surprise constituée par la découverte que la bactérie GFAJ-1 est capable d'utiliser l'arsenate à la place du phosphate. Les biologistes l'ont isolée à partir d'un milieu de culture enrichi en arsenate. Ce micro-organisme se multiplie davantage quand il utilise le phosphate, mais il croît en effet bien en présence d'arsenate (alors qu'il ne se développe pas en l'absence de l'une de ces molécules).

Qui plus est, F. Wolfe-Simon et ses collègues ont montré que l'arsenic remplace le phosphore dans les macromolécules de la bactérie, en particulier les acides nucléiques. Et ces molécules à l'arsenic ne se dégradent pas dans la bactérie, peut-être parce qu'elles sont fabriquées dans un environnement cellulaire faiblement aqueux, où les complexes de l'arsenic seraient plus.

Voici un second très bon article sur cette découverte :

I- Introduction

Les six éléments de base de toutes les molécules du vivant sont le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le phosphore et le soufre. Bien d'autres éléments sont aussi trouvés, comme le zinc ou le magnésium, mais en quantités beaucoup plus faibles.

Il existe certains cas décrits dans lesquels un élément peut être remplacé par un autre sans perturber la fonction de la molécule. Citons pour exemple certains mollusques dont les molécules de transport d'oxygène peuvent utiliser le cuivre en lieu et place du fer. Mais jusqu'à présent, aucun exemple de substitution d'un des six éléments majeurs n'avait été rapporté. C'est pourtant ce qu'a réussi à faire une équipe de chercheurs emmenés par Felisa Wolfe-Simon de l'institut d'astrobiologie de la NASA. Ils ont en effet trouvé dans un lac de Californie des bactéries pouvant intégrer de manière réversible de l'arsenic à la place du phosphore dans différentes molécules, et en particulier dans leur ADN.

Cette découverte, qui pourrait sembler anecdotique, ouvre en réalité des perspectives conceptuelles importantes et pourrait avoir des conséquences pratiques, en particulier dans les méthodes utilisées pour la recherche de vie extraterrestre.

Article de la NASA annonçant la découverte.

Cependant, l'idée des auteurs a été de rechercher des organismes plus tolérants vis à vis de l'instabilité de l'arséniate, tolérance qui pourrait leur permettre de vivre en ayant incorporé de l'arséniate en lieu et place de phosphate. Pour cela, ils sont allés chercher les organismes-candidats dans un lac situé à l'est de la Californie, le lac Mono (voir fig. 2). L'eau de ce lac est assez inhospitalière : alcaline, elle contient de grandes quantités de sel et d'arsenic (200 μM).

Les auteurs ont alors utilisé des sédiments de ce lac pour inoculer en condition aérobie un milieu de culture artificiel ayant pour particularité de contenir de l'arséniate (entre 100 μM et 5 mM) mais aucune source de phosphate. Ils ont ainsi identifié une souche bactérienne nommée GFAJ-1 capable de vivre et de croitre dans de telles conditions. Si la croissance était supérieure en présence de phosphate en plus d'arséniate, elle était abolie en absence de ces deux composés.

L'analyse de la composition chimique totale de ces bactéries a sans surprise fait apparaitre une très faible proportion de phosphore et une proportion élevée d'arsenic (comparé à des bactéries cultivées en présence de phosphate et sans arséniate). Un isotope radioactif de l'arsenic a ensuite été utilisé pour étudier plus finement la localisation de cet élément dans les cellules. Celui-ci a été retrouvé dans des protéines, des petits métabolites (NADH, ATP, Acétyl-CoA...) des lipides ainsi que dans des acides nucléiques.

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !