À onze kilomètres sous la surface de la fosse des Mariannes, là où la pression écrase l’acier et où la lumière du soleil n’a jamais pénétré, des microbes prospèrent depuis des millions d’années dans une obscurité absolue. Ce n’est pas la simple survie qui s’y déroule — c’est une forme d’invention biologique continue, façonnée par des conditions que nul laboratoire terrestre ne peut reproduire fidèlement. Et jusqu’à très récemment, cette invention se déroulait sans aucun témoin.
Une équipe internationale réunissant BGI Research, l’Institut d’océanologie de l’Académie des sciences de Chine et l’université d’East Anglia vient de publier dans la revue Cell Host & Microbe le plus vaste inventaire génétique jamais réalisé des grands fonds marins. Au total : 502 millions de gènes distincts, dont la moitié échappe à toute identification connue de la science. La question qui s’impose aussitôt n’est pas seulement ce que recèlent ces séquences — mais ce qu’elles pourraient changer pour la médecine, la biotechnologie, et notre compréhension même du vivant.
2 138 échantillons arrachés aux fosses les plus profondes du monde
La collecte des données a représenté un défi logistique considérable. L’équipe a d’abord intégré 944 jeux de données déjà publiés dans la littérature scientifique mondiale, puis y a ajouté 1 194 prélèvements de sédiments inédits, récoltés dans la fosse des Mariannes dans le cadre du programme MEER, à des profondeurs comprises entre 6 et 11 kilomètres. C’est le submersible habité chinois Fendouzhe qui a effectué ces remontées.
Ces seuls nouveaux prélèvements ont livré 217 millions de gènes inédits. Le séquençage de l’ADN extrait de chaque échantillon a été préféré à la culture microbienne en laboratoire — une décision méthodologique essentielle, puisque la quasi-totalité de ces microbes ne se développe pas dans des conditions artificielles. C’est le catalogue global qui en résulte qui augmente de 51 % le nombre de gènes connus dans l’ensemble de l’océan mondial.
La moitié des gènes découverts est totalement inconnue : ce que cela signifie
Sur ces 502 millions de gènes, environ 250 millions ne correspondent à aucune séquence répertoriée dans les bases de données existantes. Sont-ils le fait d’organismes inconnus, ou de fonctions biologiques inédites portées par des microbes déjà décrits ? « Nous avons affaire aux deux : des fonctions inconnues et des organismes inconnus », répond Thomas Mock, coauteur de l’étude et chercheur à l’université d’East Anglia.
Il rappelle pourquoi cette immensité génétique est restée invisible si longtemps. « Les grands fonds forment l’écosystème le plus vaste et le plus inexploré de la planète », souligne-t-il. « Leurs organismes ont eu des millions d’années pour s’adapter à des conditions extrêmes : forte pression, obscurité totale, températures froides. Ce processus a façonné leur biologie, qui diffère de celle des organismes vivant dans d’autres écosystèmes, y compris l’océan de surface. »
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Les données confirment cette singularité. Une famille de gènes se distingue nettement : ceux impliqués dans la copie et la réparation de l’ADN représentent 10,4 % des gènes identifiés en profondeur, contre seulement 6,2 % dans l’océan de surface. Près des sources hydrothermales, une enzyme protectrice devient 53 fois plus abondante, son taux suivant directement la température de l’eau environnante. Enfin, environ 6 % des gènes abyssaux portent des traces d’évolution rapide — une proportion qui tombe à zéro dans les sols et dans l’océan de surface.
Des ciseaux génétiques CRISPR résistants à 73 °C : les deux protéines qui ont franchi le laboratoire
Sur 1 308 protéines candidates sélectionnées à partir de ce catalogue, trois ont été testées en conditions réelles. Deux ont déjà livré des résultats concrets.
- Une variante abyssale de la protéine Cas9, outil central des ciseaux génétiques CRISPR, issue d’une source hydrothermale : elle reste stable jusqu’à 73 °C, contre 49 °C pour la version couramment utilisée, et a démontré sa capacité à modifier de l’ADN humain en culture cellulaire.
- Une protéine hélicase qui déroule l’ADN : intégrée à un séquenceur, elle lit 390 bases par seconde, contre 167 pour l’enzyme standard — un gain de vitesse de plus du double.
Ces deux résultats valident surtout une approche méthodologique originale. L’équipe a comparé des formes tridimensionnelles de protéines plutôt que de simples séquences d’ADN, ce qui a permis de retenir des candidates que les méthodes classiques auraient manquées : 78 % des protéines sélectionnées échappaient en effet aux outils d’identification habituels. Par ailleurs, l’intelligence artificielle a prédit 2,4 millions de formes protéiques à partir de l’ensemble du catalogue, parmi lesquelles 392 structures n’ont aucun équivalent répertorié dans les bases mondiales.
Quant aux perspectives commerciales, Thomas Mock reste mesuré : « Des brevets ont été déposés et des travaux sont en cours pour démontrer des applications concrètes. »
Un goulot d’étranglement colossal entre la découverte et l’application
Le fossé entre les 502 millions de gènes catalogués et les trois enzymes effectivement testées illustre un obstacle fondamental. « Pour lever cet obstacle, il nous faudrait des technologies à haut débit », explique Thomas Mock, qui précise qu’elles permettraient « d’isoler les gènes et d’exprimer leurs protéines pour tester leurs fonctions en conditions réelles ».
Mais le chercheur identifie une limite plus profonde encore. « Les protéines ont des fonctions très différentes, et les méthodes pour les révéler doivent être adaptées au cas par cas », précise-t-il. Un travail qu’il qualifie de « long et probablement difficile à automatiser ». Et de poser la question qui résume tout : « Comment concevoir ce type de technologie pour des protéines dont la fonction nous est inconnue ? » C’est précisément là que bute la recherche en ce moment.
Ce que la banquise, le pergélisol et les glaciers pourraient cacher à leur tour
L’hypothèse d’une évolution biologique accélérée dans les abysses reste encore à démontrer rigoureusement. Thomas Mock reconnaît que l’analyse de séquences menée dans cette étude est « largement descriptive ». Pour trancher la question, il faudrait, selon lui, « mener des expériences d’évolution en laboratoire, dans des conditions simulant les grands fonds, avec des organismes modèles ». Il ajoute n’avoir « vu aucun exemple de ce type de travail dans la littérature scientifique actuelle ».
Le chercheur soupçonne pourtant des mécanismes comparables dans d’autres milieux extrêmes qu’il connaît bien pour y avoir travaillé : la banquise, le pergélisol, les glaciers. Il les juge « tout aussi irréels » que les fosses océaniques. Il tire de cette expérience une leçon sobre : « Obtenir des échantillons biologiques dans ces régions extrêmes demande bien plus d’efforts que d’échantillonner des milieux faciles d’accès. Le taux de réussite est très faible. Il faut de la résilience et une bonne tolérance à la frustration pour y arriver. »
Son bilan provisoire, mesuré et honnête, laisse la porte entrouverte : « Ce que nous avons fait jusqu’ici suggère qu’une grande partie de nos prédictions pourra être confirmée par l’expérience — mais certaines protéines pourraient nécessiter des modifications post-traductionnelles pour révéler toute leur fonctionnalité. »
La prochaine étape, celle que personne n’a encore tentée, sera de simuler les grands fonds en laboratoire pour observer l’évolution microbienne en temps réel — et savoir enfin si les abysses forgent véritablement des formes de vie que nulle autre condition sur Terre ne pourrait produire.
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