Traduire les données des sites de déchets nucléaires en informations sur l’écosystème microbien
Une étude phare de sept ans menée par l’Université d’Oklahoma qui explore la façon dont les stress environnementaux influencent différents processus écologiques façonnant la composition et la structure des communautés microbiennes dans les eaux souterraines a été publiée dans la revue Microbiologie naturelle.
Dirigée par Jizhong Zhou, directeur de l’Institut de génomique environnementale de l’OU, cette recherche s’est concentrée sur l’assemblage de communautés, qui concerne les processus dynamiques et complexes qui façonnent la composition et la structure des communautés microbiennes. Les chercheurs utilisent ce concept pour comprendre comment différentes espèces microbiennes viennent habiter un environnement, comment elles interagissent entre elles et avec l’environnement, et comment ces interactions influencent le fonctionnement global de l’écosystème.
« Nous avons analysé plus de 200 variables biogéochimiques, observant près de 29 000 groupes de micro-organismes similaires, pour théoriser les relations entre les processus d’assemblage des communautés et les stress environnementaux », a déclaré Zhou. « Nous avons constaté que les processus d’assemblage stochastiques ou aléatoires étaient essentiels pour façonner la structure de la communauté, mais que leur importance relative diminuait à mesure que le stress augmentait. »
L’équipe a collecté des échantillons d’eau souterraine provenant d’environ 100 puits du Oak Ridge Field Research Center du Département américain de l’énergie, un ancien site d’élimination des déchets nucléaires, et a mené des analyses physiques et chimiques complètes, ainsi que des analyses du microbiome.
« Lorsque nous avons examiné les eaux souterraines d’Oak Ridge, nous avons constaté qu’elles présentaient un gradient de conditions environnementales remarquablement important. Certaines zones étaient contaminées par des niveaux extrêmement élevés d’uranium, de nitrate et de divers métaux lourds et radioactifs », a déclaré Zhou. « Le pH des eaux souterraines variait d’environ 2 à 11, offrant une opportunité sans précédent de discerner les relations entre les processus d’assemblage des communautés et les stress environnementaux. »
Ils ont constaté que de nombreuses espèces étaient supprimées à mesure que le stress augmentait, tandis que celles ayant une tolérance plus élevée prospéraient. Cependant, dans des environnements peu ou pas stressés, les espèces se sont développées plus rapidement, ce qui a entraîné des fréquences de naissance, de mort et de migration beaucoup plus élevées.
« Nous avons constaté que des processus tels que la limitation de la dispersion, qui limite la propagation des microbes, ainsi que la naissance et la mort aléatoires de microbes, diminuaient avec le stress, tandis que la sélection hétérogène, qui fait référence à des conditions environnementales différentes favorisant différents microbes, augmentait avec le stress », a déclaré Zhou.
En comprenant comment les communautés microbiennes se rassemblent, prospèrent ou meurent en réponse au stress environnemental, les experts peuvent élaborer des stratégies pour réhabiliter les sites contaminés, en particulier les eaux souterraines, en manipulant les conditions pour favoriser les communautés microbiennes bénéfiques.
« La bioremédiation repose sur des micro-organismes pour dégrader ou transformer les polluants, et comprendre l’assemblage des communautés peut optimiser ces processus », a déclaré Zhou. « Notre recherche contribue à une compréhension plus approfondie de l’écologie microbienne, en particulier de l’équilibre entre les processus stochastiques et déterministes dans l’assemblage des communautés, et a de larges implications pour la restauration des écosystèmes, la surveillance environnementale et même l’éducation à l’écologie microbienne », a déclaré Zhou.