L'étude des interactions du vivant à l'échelle microscopique serait encore aujourd'hui inaccessible sans interdisciplinarité ni technologies de pointe. C'est ainsi qu'un consortium scientifique piloté par des chercheurs CEA et CNRS du Biam parvient à caractériser, dans le détail, les propriétés magnétiques mises en œuvre collectivement par des micro-organismes vivant dans les sédiments marins
La fonction de magnétoréception est l'une des nombreuses stratégies développées par les micro-organismes pour se géolocaliser dans leur environnement. Elle est associée à des systèmes de détection de différents signaux physico-chimiques grâce auxquels ils peuvent naviguer spécifiquement en direction ou à l'opposé de substances propices à leur croissance. Ce comportement de navigation, appelé magnétotaxie est observé chez les bactéries magnétotactiques, un groupe de procaryote présent dans les sédiments aquatiques. Ces bactéries se déplacent en suivant les lignes du champ magnétique terrestre grâce à la biominéralisation de nanocristaux de fer magnétiques.
Symbiose magnétique entre un micro-eucaryote et des bactéries
En 2019, une équipe du Biam révélait que des micro-eucaryotes (i.e. protistes) avaient également acquis cette fonction en s'associant aux bactéries magnétotactiques. « La magnétotaxie est assurée collectivement : l'eucaryote nage et perçoit l'environnement chimique tandis que les bactéries fabriquent des nano-cristaux magnétiques. Mais nous ne connaissions pas encore les interactions physiques ni les propriétés magnétiques de cette symbiose », explique Christopher Lefèvre, chercheur CEA au Biam.
De fait, la compréhension d'un tel système biologique environnemental est très difficile de par sa taille, sa faible abondance et le manque de modèles en culture. Les sept instituts impliqués dans la nouvelle étude ont dû déployer toute une palette d'approches et de technologies, incluant la microscopie électronique à transmission et à balayage ainsi que le rayonnement synchrotron à Soleil en France et Alba en Espagne.
A l'issue des travaux, les chercheurs ont pu détailler les structures membranaires qui assurent l'alignement des cellules les unes par rapport aux autres, ainsi que les nano-cristaux fabriqués pour optimiser le moment magnétique de l'ensemble bactéries-protiste. « Nos résultats ont par ailleurs montré que la géolocalisation n'est pas le seul avantage de la fabrication des cristaux mais que ces nano-aimants pouvaient aussi avoir un rôle dans la physiologie des micro-organismes », indique Daniel Chevrier, chercheur CNRS au Biam.