De l'or à l'ADN : 6 capacités surprenantes des bactéries

En bref

• Un seul mot, six cas : les bactéries ne forment pas un seul type d'organisme, et aucune ne réunit les six capacités ci-dessous.
• Or : Cupriavidus metallidurans transforme de l'or dissous, toxique sous certaines formes, en minuscules particules d'or métallique. Elle ne fabrique pas d'or.^[1][2]
• Taille : « Candidatus Thiomargarita magnifica » est une cellule unique de près d'un centimètre (jusqu'à 9,66 mm), environ 5 000 fois plus grande qu'une bactérie ordinaire.^[3][4]
• Boussole : une chaîne de cristaux magnétiques s'aligne sur le champ magnétique et fait tourner la cellule.^[5]
• Câbles : des filaments de cellules relient les sulfures profonds à l'oxygène de surface par un courant d'électrons sur plus d'un centimètre.^[6]
• ADN : Deinococcus radiodurans reconstruit un génome brisé en recopiant les fragments qui se recouvrent.^[7]
• Fonction ajoutée : chez la souris, une souche modifiée d'E. coli convertit une molécule administrée séparément en médicament de chimiothérapie dans la tumeur. L'efficacité et la sécurité chez l'humain ne sont pas établies.^[8]

Un seul mot, des organismes très différents

On range souvent les bactéries dans une même case : minuscules, simples, invisibles. Les six cas qui suivent montrent le contraire. L'un transforme un métal, un autre se voit à l'œil nu, un troisième s'oriente avec une boussole fabriquée par ses propres cellules. Un quatrième transporte des électrons sur plus d'un centimètre, un cinquième reconstruit son ADN réduit en morceaux, et le dernier est une souche à laquelle des chercheurs ont ajouté une fonction.

Une même question traverse l'ensemble : comment des organismes aussi différents peuvent-ils tous être des bactéries ? La réponse se trouve à la fin, mais chaque cas apporte d'abord son mécanisme, et ses limites. Aucune de ces bactéries ne possède les six capacités.

1Transformer de l'or pour survivre

Le premier cas est un paradoxe : une bactérie, Cupriavidus metallidurans (notamment la souche CH34), transforme de l'or dissous en or solide. Elle ne le fait pas pour s'enrichir, mais pour se défendre.

Dans certains sols, de l'or est présent sous forme dissoute dans l'eau. Sous certaines formes chimiques, cet or est toxique pour la bactérie. C'est l'idée clé de ce cas : un même élément peut avoir des effets très différents selon sa forme chimique, ce que les chimistes appellent la spéciation. Les travaux de Hirth et ses collègues montrent que la toxicité de l'or dépend de la forme sous laquelle il se présente et qu'elle s'ajoute à celle du cuivre.^[2]

La bactérie dispose de systèmes de résistance aux métaux, en particulier ceux qui gèrent le cuivre. Selon l'étude de Wiesemann et ses collègues, ils participent à la transformation de l'or dissous en minuscules particules d'or métallique, ce qui le rend moins nocif.^[1] Ces particules se forment surtout dans le périplasme, l'espace compris entre les deux membranes de son enveloppe.

Voir ce passage dans la vidéo (00:00) : Une bactérie transforme de l'or dissous (nouvel onglet)

2Une cellule visible à l'œil nu

Deuxième idée bousculée : la taille. Dans les mangroves de Guadeloupe, des filaments blancs, visibles à l'œil nu et de la longueur d'un cil, avaient été repérés dès 2009 par le biologiste Olivier Gros.^[4] Mais un filament peut être une chaîne de petites cellules ou une cellule unique. Il fallait le prouver.

Par tomographie aux rayons X, microscopie confocale et microscopie électronique, l'équipe de Volland et ses collègues a reconstitué des filaments entiers de près d'un centimètre (jusqu'à 9,66 mm) et conclu qu'ils étaient formés d'une seule cellule, environ 5 000 fois plus grande qu'une bactérie ordinaire.^[3][4] L'organisme porte le nom de « Candidatus Thiomargarita magnifica ».

Autre surprise : son ADN n'est pas en vrac. L'étude décrit plus d'un demi-million de copies du génome, rangées avec des ribosomes dans de petits compartiments entourés d'une membrane, les pépins.^[3]

Voir ce passage dans la vidéo (00:38) : Une cellule géante visible à l'œil nu (nouvel onglet)

3Une boussole à l'intérieur de la cellule

Troisième question : comment s'orienter sans yeux ? Chez les bactéries magnétotactiques, comme Magnetospirillum gryphiswaldense, la réponse tient dans la cellule. Elles fabriquent de minuscules cristaux magnétiques, les magnétosomes, et les alignent en chaîne.

Cette chaîne se comporte comme l'aiguille d'une boussole : elle s'aligne avec le champ magnétique, celui de la Terre par exemple, et fait tourner la cellule avec elle.^[5]

Voir ce passage dans la vidéo (01:13) : La boussole des bactéries (nouvel onglet)

4Des câbles vivants dans la vase

Quatrième défi : relier deux ressources éloignées. Dans la vase marine, l'oxygène reste près de la surface, alors que les sulfures sont enfouis plus profond, à un centimètre ou davantage. Les bactéries câbles résolvent ce problème avec un filament de nombreuses cellules mises bout à bout.

En profondeur, des cellules arrachent des électrons aux sulfures. Ces électrons remontent le long du filament jusqu'aux cellules du haut, qui les donnent à l'oxygène. Deux moitiés d'une même réaction, séparées de plus d'un centimètre, sont ainsi reliées par un courant d'électrons.^[6]

Voir ce passage dans la vidéo (01:41) : Les bactéries câbles et les électrons (nouvel onglet)

5Reconstruire un génome en miettes

Cinquième cas : que faire quand l'ADN est en miettes ? Deinococcus radiodurans survit à des rayonnements qui cassent son génome en centaines de fragments.

Son astuce : elle garde plusieurs copies de son génome. Les fragments qui se recouvrent servent d'amorces et de modèles pour recopier les morceaux manquants. Les séquences recopiées se collent ensuite bout à bout, puis un dernier raccord par recombinaison reconstitue les chromosomes.^[7] L'image du puzzle aide à se représenter l'idée, mais il s'agit bien d'une réparation biochimique.

Voir ce passage dans la vidéo (02:20) : Réparer un ADN brisé par les radiations (nouvel onglet)

6Une fonction ajoutée par les chercheurs

Jusqu'ici, ces capacités étaient naturelles. Dans le dernier cas, des chercheurs ajoutent une fonction à une bactérie. Le point de départ : certaines bactéries se développent volontiers à l'intérieur des tumeurs.^[9]

Yang et ses collègues ont modifié une souche de colibacille utilisée comme probiotique, Escherichia coli Nissle 1917. Elle produit une enzyme qui convertit une molécule administrée séparément, la 5-fluorocytosine, en médicament de chimiothérapie, le 5-fluorouracile, à l'intérieur de la tumeur.^[8]

La souche fabrique aussi deux molécules pour aider le système immunitaire : un activateur des cellules immunitaires et un anticorps miniature (un nanocorps) qui lève un frein sur elles.^[8]

Résultat chez la souris, dans deux modèles de tumeurs : des effets antitumoraux et une mémoire immunitaire durable.^[8]

Voir ce passage dans la vidéo (02:51) : Des bactéries modifiées dans les tumeurs, chez la souris (nouvel onglet)

Pourquoi autant de capacités différentes ?

Parce que « bactéries » ne désigne pas un seul organisme. Ce sont des structures et des réactions chimiques très diverses : un métal transformé dans l'enveloppe, une cellule unique de près d'un centimètre, une chaîne de cristaux magnétiques, un filament conducteur, un génome recousu. Aucune de ces bactéries ne réunit les six capacités. Et, avec le dernier cas, les chercheurs commencent à en ajouter de nouvelles.

Voir ce passage dans la vidéo (03:39) : Pourquoi autant de capacités différentes ? (nouvel onglet)

Questions fréquentes

Une bactérie peut-elle fabriquer de l'or ?

Non. Cupriavidus metallidurans change la forme de l'or déjà dissous dans certains sols : elle le transforme en minuscules particules d'or métallique, surtout dans le périplasme, ce qui le rend moins toxique pour elle.^[1][2] Son rôle dans la formation de grains d'or naturels reste une interprétation.

Existe-t-il une bactérie visible à l'œil nu ?

Oui. « Candidatus Thiomargarita magnifica », découverte dans des mangroves de Guadeloupe, forme des filaments pouvant atteindre 9,66 mm. Chacun est une seule cellule, environ 5 000 fois plus grande qu'une bactérie ordinaire.^[3][4] Son ADN est rangé dans des compartiments à membrane, qui ne sont pas un noyau.

Comment une bactérie peut-elle s'orienter avec une boussole ?

Certaines bactéries fabriquent des cristaux magnétiques, les magnétosomes, et les alignent en chaîne. Cette chaîne s'aligne sur le champ magnétique, celui de la Terre par exemple, et fait tourner la cellule avec elle.^[5] La bactérie ne lit pas de carte : c'est son corps qui est orienté.

Qu'est-ce qu'une bactérie câble ?

C'est un filament de nombreuses cellules mises bout à bout, dans la vase marine. Les électrons pris aux sulfures en profondeur remontent le long du filament jusqu'à l'oxygène de la surface, sur plus d'un centimètre.^[6] Le mot « câble » s'entend au sens chimique.

Comment Deinococcus radiodurans répare-t-elle son ADN ?

Elle garde plusieurs copies de son génome. Quand les rayonnements le cassent en fragments, ceux qui se recouvrent servent d'amorces et de modèles pour recopier les morceaux manquants, puis une recombinaison reconstitue les chromosomes.^[7] Ce mécanisme n'explique pas à lui seul toute la résistance de la bactérie.

Des bactéries modifiées peuvent-elles traiter un cancer ?

Chez la souris, dans deux modèles de tumeurs, une souche modifiée d'E. coli a produit des effets antitumoraux et une mémoire immunitaire durable.^[8] Chez l'humain, l'efficacité et la sécurité de cette approche ne sont pas établies.

Références et crédits de la vidéo

Références et attributions transférées depuis la description de « De l’or à l’ADN : 6 capacités surprenantes des bactéries », en complément des notes et crédits détaillés de cet article.

Sources :
- Wiesemann et al., Journal of Bacteriology, 2013 | transformation de l'or dissous | https://journals.asm.org/doi/10.1128/jb.01951-12
- Volland et al., Science, 2022 | bactérie géante de Guadeloupe | https://doi.org/10.1126/science.abb3634
- Berkeley Lab, 2022 | taille et organisation de la cellule géante | https://newscenter.lbl.gov/2022/06/23/giant-bacteria-found-in-guadeloupe-mangroves-challenge-traditional-concepts/
- Orue et al., Nanoscale, 2018 | chaîne de magnétosomes | https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/nr/c7nr08493e
- Schauer et al., The ISME Journal, 2014 | bactéries câbles dans les sédiments | https://academic.oup.com/ismej/article/8/6/1314/7582483
- Zahradka et al., Nature, 2006 | réparation de l'ADN fragmenté | https://www.nature.com/articles/nature05160
- Yang et al., Science Translational Medicine, 2026 | bactéries modifiées, résultats chez la souris | https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42748218/

Crédits des images (titres et licences détaillés sur les fiches source) :
- Or : CSIRO, CC BY 3.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CSIRO_ScienceImage_3908_Coloured_scanning_electron_image_of_bacterioform_gold_on_a_gold_grain_from_the_Hit_or_Miss_Mine_in_northern_Queensland.jpg
- Magnetospirillum : Frank Mickoleit, CC BY-SA 3.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetospirillum_cells.jpg
- Magnétosomes : Caulobacter subvibrioides, CC BY-SA 3.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:M._gryphiswaldense.png
- Bactéries câbles : Nils Risgaard-Petersen et Lars Peter Nielsen, CC BY-SA 4.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cable_bacteria_in_sediment.png
- Electronema : Pia B. Jensen (Université d'Aarhus), CC BY 4.0 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electronema_candidate_specie.jpg
Les images de Magnetospirillum, des magnétosomes et d'Electronema sont recadrées ; des encadrés ont été ajoutés à la photo des bactéries câbles.