Rôle cellulaire de toxines de cyanobactéries et réponses aux stress environementaux – CYPHER

Les cyanobactéries sont présentes dans les habitats et sous les climats les plus variés, y compris dans les conditions extrêmes des déserts et des lacs arctiques. Elles sont équipées de tous les mécanismes nécessaires à leur survie dans des environnements à la fois extrêmes et fluctuants, ce qui leur permet d'être les espèces prédominantes dans certains écosystèmes. Lors d'un phénomène appelé efflorescence, il arrive que se produise une croissance rapide et soudaine d'une ou plusieurs espèces. Ces proliférations, qui semblent favorisées par l'augmentation des nutriments et les changements climatiques (conséquence directe des activités humaines), perturbent les écosystèmes aquatiques continentaux et l'usage de l'eau (production d'eau potable, activités récréatives). Ces perturbations sont liées en grande partie à la capacité qu'ont certaines cyanobactéries de synthétiser des toxines dangereuses pour l'homme et les animaux. Parmi ces toxines, les microcystines (MCs) sont les plus répandues car produites par les espèces les plus impliquées dans la formation d'efflorescences, Microcystis et Planktothrix (cHAB: cyanobacterial Harmful Algal Bloom). La concentration de toxines varie d'une efflorescence à l'autre car seulement certaines souches d'une espèce synthétisent des toxines et la biosynthèse des toxines dépend des conditions environnementales. Ainsi, bien que la surveillance des cyanobactéries et de leurs toxines soient requises par les agences de sécurité en Europe et en France, il est actuellement impossible de prédire la concentration de toxines à partir des données de biomasse, ce qui conduit à des coûts importants pour les utilisateurs finaux de l'eau et à des risques sanitaires. Il devient donc urgent de comprendre le déterminisme de la production des toxines pendant les efflorescences. Une manière de le faire est de trouver quels sont les facteurs régulant la synthèse des toxines et d'élucider leur rôle fonctionnel.
Plusieurs stress augmentent la synthèse de cyanotoxins mais on ne sait pas si les stress influent directement sur la synthèse des toxines, ou si l'effet est indirect via la photosynthèse et/ou la photoprotection. On sait aussi peu de choses sur la raison pour laquelle les souches produisant les cyanotoxines résistent mieux aux stress. Les toxines, ont-elles un effet direct ou indirect via un mécanisme de photoprotection? Pour comprendre les cHAB, il est essentiel d'examiner les fluctuations des sous-populations de cyanobactéries toxiques et la synthèse des toxines en relation avec les taux de photosynthèse et les mécanismes de photoprotection de souches isolées à partir de ces environnements. Ceci est l’objectif principal de CYPHER. Nous nous proposons d’étudier les relations entre la production de toxines, les microcystines, et les changements redox des cellules en lien avec les mécanismes de photosynthèse et de photoprotection chez Planktothrix en utilisant des souches avec divers phenotypes et habitant différents écosystèmes. Le rôle de ces toxines pour les cyanobactéries et le caractère compétitif que cela leur confère sera particulièrement étudié en conditions de stress. L'originalité de notre proposition est de faire travailler ensemble des experts de différents domaines: écologie, synthèse et modification des toxines, transcriptomique (partenaire 1), génomique comparative et métabolites secondaires (partenaire 2), photosynthèse cellulaire et mécanismes de photoprotection (partenaire 3) pour faire une étude qui doit permettre de mieux prédire la concentration des souches produisant des cyanotoxines dans les efflorescences associées en particulier au changement climatique et à une pollution accrue. Ainsi les nouvelles connaissances fondamentales obtenues serviront aux écologues et aux utilisateurs finaux de l'eau pour les développements futurs concernant la qualité et la surveillance des plans d'eau.