Une diversité sous-estimée de substances toxiques issues des cyanobactéries

Ils ont plus de trois milliards d'années. Et elles ont été les premiers êtres vivants sur Terre à exploiter la lumière du soleil comme source d'énergie, inventant ainsi quasiment la photosynthèse. "Les cyanobactéries s'adaptent également aux eaux pauvres en nutriments et sont présentes partout dans le monde", explique Elisabeth Janssen, chef de groupe de recherche au département de chimie environnementale de l'institut de recherche sur l'eau Eawag.

Un incident tragique

Les scientifiques savent depuis longtemps que ces minuscules organismes, souvent appelés algues bleues, fabriquent des substances toxiques. Depuis une vingtaine d'années, l'intérêt politico-social pour les cyanobactéries se renforce également. Lorsqu'elles se multiplient brusquement dans un plan d'eau et déclenchent une floraison - comme l'algue sanguine de Bourgogne (Planktothrix rubescens) -, il est fortement déconseillé de se baigner. Et si les chiens boivent de l'eau trouble contenant certaines cyanobactéries, ils peuvent même en mourir.

Jusqu'à présent, les spécialistes de la toxicologie ont consacré leur plus grande attention à une classe particulière de substances toxiques : les microcystines. "Cela remonte à un incident particulièrement grave et tragique survenu en 1996 dans la ville brésilienne de Caruaru", écrivent les chercheurs de l'équipe de Janssen dans un article scientifique qui vient d'être publié. A l'époque, l'approvisionnement local en eau avait été interrompu et l'hôpital avait été approvisionné en eau par camion depuis un réservoir situé à proximité. Le fait que cette eau contenait des microcystines n'est apparu qu'après le décès de 60 patients sous dialyse.

Tout un bouquet de métabolites

Suite à cela, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a édicté des directives concernant les microcystines. En 2021, trois autres substances toxiques issues des cyanobactéries sont venues s'y ajouter. Mais cela ne règlemente qu'une infime fraction des substances, car : "Les cyanobactéries produisent tout un bouquet de métabolites secondaires", explique Janssen. Les risques écotoxicologiques liés à cette diversité de substances sont encore largement inconnus. Les résultats des expériences menées par l'équipe de Janssen et Colette vom Berg sur des larves de poissons zèbres apportent désormais un peu plus de clarté.

"Nous avons utilisé des extraits cellulaires de deux souches différentes de cyanobactéries du genre Microcystis provenant du Brésil", explique Mariana de Almeida Torres, première auteure de la publication scientifique et boursière du programme de partenariat de l'Eawag pour les pays en développement (voir encadré). Une souche a été isolée dans une réserve naturelle de la forêt amazonienne. Elle produit des microcystines - à la différence de l'autre souche isolée d'une station d'épuration de Rio de Janeiro.

Oedème dans la région du cœur

En fait, la souche produisant des microcystines s'est révélée deux fois plus toxique. Un demi-microgramme de biomasse extraite de cyanobactéries par millilitre a suffi à tuer la moitié des larves de poissons zèbres en une journée. "On trouve également une telle concentration lors d'une prolifération massive de cyanobactéries, appelées fleurs", explique Janssen. Bien que l'autre souche ne contienne aucune des substances toxiques mentionnées sur la directive de l'OMS, ces cyanobactéries étaient également toxiques : elles ont entraîné la mort de la moitié des larves de poissons zèbres à une concentration d'un microgramme de biomasse par millilitre. Lorsque les chercheurs ont divisé les extraits en différentes fractions chimiques, ils ont constaté que de nombreuses substances contribuaient à leur propre toxicité. Et que souvent, elles n'entraînaient pas la mort immédiate des larves, mais qu'elles affectaient fortement leur développement, par exemple par des œdèmes dans la région du cœur.

Comme les microcystines, ces autres classes de substances toxiques ont des noms exotiques. Elles s'appellent cyanopeptolines, nostoginines, microginines et micropeptines - et appartiennent toutes à l'univers chimique des métabolites des cyanobactéries, que la science commence seulement à découvrir. "Jusqu'à présent, nous avons rassemblé plus de 2400 substances dans une base de données consultable par le public", explique Janssen, qui coordonne le projet dit CyanoMetDB. "Et chaque année, une centaine de nouvelles entrées sont ajoutées."