Extrêmophile

Un organisme est dit extrêmophile quand ses conditions de vie normales sont mortelles pour la majorité des autres organismes : températures proches ou supérieures à 100°C (hyperthermophiles) ou inférieures à 0°C (psychrophiles), pressions exceptionnelles (grands fonds marins), milieux très chargés en sel (halophiles), milieux très acides ou hyper-alcalins, milieux radioactifs ou anoxique (sans oxygène) ou non-éclairé…
Beaucoup d'extrémophiles appartiennent au taxon des Archæa ou des Bactéries, bien qu'il existe aussi des extrémophiles eucaryotes unicellulaires et métazoaires, (insectes, crustacés, poissons…). On réserve cependant le terme aux organismes unicellulaires.

Des organismes extrêmophiles peuvent par exemple être isolés de sources chaudes sulfureuses, de cheminées hydrothermales sous-marines, de sédiments, dans les glaces de l'Antarctique ou de l'Arctique, dans des eaux saturées en sel (lac ou Mer Morte), dans des gisements pétroliers…

Quelques êtres vivants, appelés polyextrémophiles, cumulent même plusieurs de ces résistances (exemple de Deinococcus radiodurans, Kineococcus radiotolerans, ou de Sulfolobus acidocaldarius).

Parfaitement adaptés à ces conditions très spéciales, les extrémophiles sont rares dans les conditions plus ordinaires. En effet, même lorsqu'ils sont capables de supporter ces conditions (car dans bien des cas leur métabolisme spécial nécessite les conditions extrêmes), ils supportent mal la concurrence d'organismes banals. Il arrive qu'on distingue extrémophilie et extrémotolérance, selon que l'organisme a besoin des conditions exceptionnelles, ou bien qu'il les supporte mais qu'on le trouve dans des conditions plus ordinaires.

Il faut bien distinguer le cas des extrêmophiles-vrais (qui vivent normalement ou exclusivement en conditions extrêmes), des cas assez banals d'organismes capables de provisoirement prendre une forme résistante aux conditions défavorables (en suspendant leurs fonctions vitales, en se protégeant par la formation d'un kyste ou d'une spore). Certaines bactéries comme Deinococcus radiodurans sont capables de s'autoréparer en condition extrêmes, mais ne les exigent pas pour vivre.

Différents types d'extrêmophiles

• Acidophile : organisme vivant dans des environnements acides (pH optimum de croissance proche de 3).
• Alcalophile : organisme vivant dans des environnements basiques (pH optimum de croissance proche de 9 et plus).
• Halophile : organisme vivant dans des milieux très salés (forte concentration en NaCl).
• Métalotolérant  : organisme tolérant de hautes concentrations en métal (cuivre, cadmium, arsenic, zinc).
• Psychrophile ou psychrotolérant : organisme vivant dans des environnements froids (abysses, glaciers, voire réfrigérateur où ils peuvent affecter l'hygiène alimentaire en rendant moins efficace la chaine du froid).
• Piézophile ou barophile : organisme vivant dans des environnements soumis à des pressions élevées (fonds océaniques profonds jusqu'à -11 000 mètres ; fosse des marianes)
• Radiorésistant : organisme pouvant survivre à des radiations ionisantes élevées.
• Thermophile : organisme vivant dans des environnements chauds avec des optimums de croissance proche de 60°C.
• Hyperthermophile : organisme vivant dans des environnements très chauds avec des optimums de croissance proche de 90°C à plus de 100°C.
• Xérophile : organisme capable de résister à la dessication (ayant besoin de peu d'eau pour survivre).

Intérêt de l'étude des extrêmophiles

Les extrêmophiles sont un sujet d'étonnement et d'étude à plusieurs titres :

• Leurs particularités offrent des perspectives technologiques variées (protéines thermostables, enzymes de lessives à l'eau froide, par exemple) et un vaste champ d'études biologiques. Les protéines et enzymes extrêmes forment un marché en plein essor (biotechnologie et industrie chimique). L'exemple le plus spectaculaire est la Taq polymérase provenant de Thermus aquaticus qui est largement employé pour les réactions de PCR.
• L'apparition de la vie a peut-être eu lieu dans un environnement extrême. L'atmosphère primitive de l'époque, sans oxygène et sans ozone, laissait passer les UV du soleil qui pouvait entraîner la formation de radicaux libres toxiques pour les cellules. Le chimiste Günter Wächtershäuser pense que la vie est apparue dans un milieu chaud sulfuro-ferreux en absence d'oxygène. Ce milieu est proche de celui des cheminées hydrothermales où vivent de nombreux micro-organismes hyperthermophiles. Cependant, les preuves fossiles de l'existence d'une forme de vie au niveau de site hydrothermaux fossilisés ne sont pas encore confirmées.
• Ils illustrent les capacités étonnantes d'adaptation de la vie, ce qui crédibilise l'idée de formes de vie sur des planètes en apparence non viables.

Quelques exemples d'extrêmophiles

• Pyrolobus fumarii isolée de cheminée hydrothermale sous-marine se multiplie encore à 113°C.
• Une souche surnommée Strain 121, proche des Archæa des genres Pyrodictium et Pyrobaculum, a été isolée d'échantillons hydrothermaux et serait capable de survivre à 121°C.
• Sulfolobus acidocaldarius isolé de sources chaudes acides, est à la fois acidophile (croissance à un pH de 2-3) et hyperthermophile (optimum de croissance vers 80°C).
• Deinococcus radiodurans, radiorésistant à 1 500-3 000 fois la tolérance humaine.
• Bacillus infernus a été isolée à 2 700 mètres sous la surface du sol.
• Ferroplasma acidarmanus peut croître à pH proche de 0.
• Haloarcula marismortui isolée de la Mer morte, est très halophile et se développe dans une eau à 300 g/l de NaCl (10 fois la salinité de l'océan).
• Les poissons de la famille des Nototheniidæ, vivent dans l'Océan Austral et sécrètent des protéines antigel dans leur sang.
• Le ver de Pompéi Alvinella pompejana, des cheminées hydrothermales sous-marines, présente des capacités de thermorésistance exceptionnelles pour un eucaryote pluricellulaire (tolère une température de 20 à plus de 80°C chez l'adulte).

Extrêmophilie polaire

On a découvert en 2004 un nombre important de micro-organismes sous des roches de l'Arctique et du continent Antarctique.

Ce milieu était jusqu'alors reconnu comme particulièrement hostile au développement de la vie, d'une part à cause des températures extrêmes, ainsi qu'à cause de vents extrêmement violents et en particulier du rayonnement ultraviolet.

Références bibliographiques

• Michæl Gross. La vie excentrique : voyage dans les mondes extrêmes. Éd. Belin, Pour la science, 2003.
• Patrick Forterre. Microbes de l'enfer. Éd. Belin, Pour la science, 2007.

• Fujiwara, S. 2002. Extremophiles : Developments of their special functions and potential resources. Journal of Bioscience and Biœngineering 94 :518-525.
• Rothschild, L. J., and R. L. Mancinelli. 2001. Life in extreme environments. Nature 409 :1092-101.
• Stetter, K. O. 1999. Extremophiles and their adaptation to hot environments. FEBS Lett. 452 :22-25.
• Horikoshi K. & Grant W. D. Extremophiles. Microbial Life in Extreme Environments. (Wiley-Liss, New York 1998).

Lien externe

• Court métrage sur la propagation de la vie selon Lord Kelvin (en)
• Extremophiles 2006

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