Un récif de corail prend des milliers d’années à construire, mais peut disparaître en un instant.
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Le coupable est généralement le blanchissement des coraux, une maladie exacerbée par le réchauffement des eaux qui menace aujourd'hui les récifs du monde entier. Le pire épisode de blanchiment enregistré a touché le Pacifique Sud entre 2014 et 2016, lorsque la hausse des températures de l'océan, suivie d'un afflux soudain d'eaux chaudes d'El Niño, a traumatisé la grande barrière de corail. En une saison seulement, le blanchiment a décimé près du quart du vaste écosystème, qui s'étendait autrefois sur près de 150 000 km 2 dans la mer de Corail.
«Aussi épouvantable soit-il, cet événement de blanchiment a été un réveil», explique Rachel Levin, une biologiste moléculaire qui a récemment proposé une technique audacieuse pour sauver ces écosystèmes clés. Son idée, publiée dans la revue Frontiers in Microbiology, est simple: Plutôt que de trouver des symbiotes en bonne santé pour repeupler un corail blanchi dans la nature, installez-les au laboratoire. Étant donné que cela nécessiterait une altération importante de la nature, la proposition risque de susciter des controverses.
Mais Levin affirme qu'avec le temps qui s’écoule pour les récifs dans le monde entier, la valeur potentielle pourrait bien valoir le risque.
Levin a étudié la pharmacologie du cancer en tant qu'étudiant de premier cycle, mais est devenu fasciné par les menaces qui pèsent sur la vie aquatique lors des cours de sciences marines. Elle a été frappée par le fait que, contrairement à la recherche sur les maladies humaines, il y avait beaucoup moins de chercheurs qui se battaient pour restaurer la santé des océans. Après avoir obtenu son diplôme, elle a déménagé de la Californie à Sydney, en Australie, pour y poursuivre un doctorat. au Centre for Marine Bio-Innovation de l’Université de New South Wales, dans l’espoir de mettre son expertise de la recherche sur les maladies humaines au service des coraux.
En médecine, il faut souvent que les chercheurs courent le risque d’une maladie grave pour essayer un nouveau traitement controversé (par exemple, fusionner les œufs en bonne santé de deux femmes avec le sperme d’un homme pour obtenir un «bébé de trois parents»). Il en va de même en sciences de l'environnement, dans une certaine mesure. «Comme une maladie terrible [chez] les humains, quand les gens réalisent à quel point la situation est en train de devenir critique, les chercheurs commencent à essayer de proposer beaucoup plus», a déclaré Levin. Cependant, lorsqu'il s'agit de préserver l'environnement, il y a moins de partisans disposés à mettre en œuvre des techniques novatrices et risquées.
En ce qui concerne les récifs - des régions marines cruciales qui abritent une diversité étonnante et protègent les masses continentales des ondes de tempête, des inondations et de l'érosion - ces hésitations pourraient être fatales.
Le blanchissement des coraux est souvent présenté comme la mort du corail, ce qui est un peu trompeur. En réalité, c'est la rupture de l'union symbiotique qui permet à un corail de prospérer. L’animal corallien lui-même ressemble à un promoteur immobilier qui construit l’échafaudage d’un complexe d’appartements. Le développeur loue chacune des milliards de chambres à des microbes photosynthétiques unicellulaires appelés Symbiodinium.
Mais dans ce cas, en échange d'un lieu de vie sûr, Symbiodinium nourrit le corail grâce à la photosynthèse. Un corail blanchi, en revanche, est comme un bâtiment abandonné. En l'absence de locataires pour préparer leurs repas, le corail finit par mourir.
Bien que le blanchiment puisse être mortel, il s’agit en fait d’une stratégie évolutive du corail. Les Symbiodinium devraient respecter leur part du marché. Mais quand l'eau devient trop chaude, ils arrêtent la photosynthèse. Lorsque cette nourriture se raréfie, le corail envoie un avis d'expulsion. «C'est comme avoir un mauvais locataire: vous allez vous débarrasser de ce que vous avez et voir si vous pouvez trouver mieux, a déclaré Levin.
Mais comme les océans continuent de se réchauffer, il est de plus en plus difficile de trouver de bons locataires. Cela signifie que les expulsions peuvent être risquées. Dans un océan en réchauffement, l'animal corallien pourrait mourir avant de pouvoir trouver de meilleurs locataires - un scénario qui a décimé les écosystèmes récifaux autour de la planète.
Levin souhaitait résoudre ce problème en créant une recette simple pour construire un super-symbiote capable de repeupler des coraux blanchis et de les aider à persister face au changement climatique, essentiellement les locataires parfaits. Mais elle devait commencer petit. À l'époque, «il y avait tellement de trous et de lacunes qui nous empêchaient d'aller de l'avant», dit-elle. "Tout ce que je voulais faire, c'était montrer que nous pouvions créer du génie génétique [ Symbiodinium ]."
Même cela se révélerait être un défi de taille. Le premier défi était que Symbiodinium, bien qu’il s’agisse d’un organisme unicellulaire, possède un génome lourd. Les organismes symbiotiques ont généralement des génomes rationalisés, car ils dépendent de leurs hôtes pour la plupart de leurs besoins. Pourtant, alors que d’autres espèces possèdent un génome d’environ 2 millions de paires de bases, le génome de Symbiodinium est 3 fois plus grand.
«Ils sont énormes», dit Levin. En fait, le génome humain n’est que trois fois plus petit que celui de Symbiodinium .
Même après que des progrès dans le séquençage de l'ADN aient permis de déchiffrer ces génomes, les scientifiques n'avaient toujours aucune idée de ce à quoi 80% des gènes appartenaient. «Nous devions revenir en arrière et reconstituer quel gène faisait quoi dans cet organisme», dit Levin. Membre d'un groupe de phytoplancton appelé dinoflagellés, les Symbiodinium sont incroyablement divers. Levin a porté son attention sur deux souches clés de Symbiodinium qu'elle pourrait cultiver dans son laboratoire.
La première souche, comme la plupart des Symbiodinium, était vulnérable aux températures élevées qui provoquent le blanchissement des coraux. Augmentez le cran de chauffage de quelques crans et cette créature était rôtie. Mais l'autre souche, isolée des rares coraux vivant dans les environnements les plus chauds, semblait insensible à la chaleur. Si elle pouvait comprendre comment ces deux souches ont exploité leurs gènes pendant des conditions de blanchiment, elle pourrait alors trouver les clés génétiques permettant de créer une nouvelle super-souche.
Lorsque Levin a augmenté la chaleur, elle a constaté que le robuste Symbiodinium intensifiait sa production d’antioxydants et de protéines de choc thermique, qui aident à réparer les dommages cellulaires causés par la chaleur. Sans surprise, le Symbiodinium normal n'a pas. Levin chercha ensuite un moyen d'insérer plus de copies de ces gènes cruciaux de tolérance à la chaleur dans le Symbiodinium plus faible, créant ainsi une souche adaptée pour vivre avec les coraux des régions tempérées, mais avec les outils pour survivre au réchauffement des océans.
Obtenir du nouvel ADN dans une cellule dinoflagellée n'est pas une tâche facile. Bien que minuscules, ces cellules sont protégées par des plaques blindées, deux membranes cellulaires et une paroi cellulaire. "Vous pouvez passer si vous poussez assez fort", dit Levin. Mais encore une fois, vous pourriez finir par tuer les cellules. Donc, Levin a sollicité l'aide d'un collaborateur improbable: un virus. Après tout, les virus «ont évolué pour pouvoir intégrer leurs gènes dans le génome de leur hôte - c'est ainsi qu'ils survivent et se reproduisent», dit-elle.
Levin a isolé un virus qui infectait Symbiodinium et l'a modifié moléculairement pour qu'il ne tue plus les cellules. Au lieu de cela, elle a conçu ce système comme un système d'administration bénin pour ces gènes tolérants à la chaleur. Dans son article, Levin soutient que la charge utile du virus pourrait utiliser CRISPR, la technique d'édition génique révolutionnaire reposant sur un processus naturel utilisé par les bactéries, pour couper et coller ces gènes supplémentaires dans une région du génome de Symbiodinium où ils seraient hautement exprimé.
Cela semble assez simple. Mais se moquer d'un écosystème vivant n'est jamais simple, déclare Dustin Kemp, professeur de biologie à l'Université de l'Alabama à Birmingham, qui étudie les impacts écologiques du changement climatique sur les récifs coralliens. «Je suis très favorable à ces solutions pour conserver et aider génétiquement», déclare Kemp. Mais «reconstruire des récifs qui ont pris des milliers d’années va être une tâche très ardue».
Compte tenu de la diversité stupéfiante des souches de Symbiodinium vivant au sein d'une seule espèce corallienne, même s'il existait un système robuste de modification génétique, Kemp se demande s'il serait possible de créer suffisamment de super- Symbiodinium pour restaurer cette diversité. «Si vous éliminez une forêt ancienne et que vous plantez quelques pins, est-ce vraiment une sauvegarde ou une reconstruction de la forêt?», Demande Kemp, qui n'a pas participé à l'étude.
Mais Kemp convient que les récifs meurent à un rythme alarmant, trop rapidement pour que l'évolution naturelle de Symbiodinium se poursuive. «Si les coraux évoluaient rapidement pour gérer le réchauffement des eaux, on pourrait penser que nous l'aurions déjà vu», dit-il.
Thomas Mock, microbiologiste marin à l'université d'East Anglia au Royaume-Uni et pionnier de la modification génétique du phytoplancton, souligne également que la biologie des dinoflagellés est encore largement mystérieuse. «Pour moi, ça déconne», dit-il. «Mais c'est comme ça que ça commence d'habitude. L'argument provocateur est toujours bon - c'est très très difficile, mais commençons quelque part et voyons ce que nous pouvons accomplir. »Récemment, la division scientifique du gouvernement australien, CSIRO, a annoncé qu'elle financerait des laboratoires pour poursuivre les recherches sur les modifications génétiques chez les symbiotes coralliens.
En ce qui concerne la santé humaine - par exemple, en protégeant les êtres humains de maladies dévastatrices telles que le paludisme ou le zika -, les scientifiques sont disposés à essayer des techniques plus radicales, telles que la libération de moustiques génétiquement programmés pour transmettre des gènes mortels. Selon Levin, les modifications génétiques nécessaires pour sauver les coraux ne seraient pas aussi extrêmes. Elle ajoute que des tests de laboratoire plus contrôlés sont nécessaires avant que le Symbiodinium génétiquement modifié puisse être libéré dans l'environnement afin de repeupler les récifs de coraux mourants.
«Lorsque nous parlons de génie génétique, nous ne modifions pas de manière significative ces espèces», dit-elle. «Nous ne faisons pas des choses extrêmement mutantes. Tout ce que nous essayons de faire, c'est de leur donner une copie supplémentaire d'un gène dont ils disposent déjà pour les aider ... nous n'essayons pas d'être des scientifiques fous.
