Des recherches révolutionnaires révèlent comment les micro-organismes oxydant l’ammoniac coexistent en préférant différentes sources d’azote, faisant ainsi progresser considérablement notre compréhension du cycle mondial de l’azote et suggérant de nouvelles stratégies pour réduire la pollution environnementale liée à l’azote.
Une étude menée par l’Université d’Oklahoma améliore la compréhension scientifique de l’oxydation de l’ammoniac.
Le professeur adjoint Wei Qin de l’Université d’Oklahoma a dirigé de nouvelles recherches qui modifient fondamentalement la compréhension de l’oxydation de l’ammoniac, un élément clé du cycle mondial de l’azote. Cette recherche a été récemment publiée dans la revue Microbiologie naturelle.
Les micro-organismes oxydant l’ammoniac, communément appelés AOM, utilisent l’ammoniac comme source d’énergie et sont responsables de l’oxydation annuelle d’environ 2,3 billions de kilogrammes d’azote dans le sol, l’eau douce, le sous-sol et les écosystèmes artificiels. Une question majeure restée sans réponse pendant des décennies est de savoir comment les différentes lignées d’AOM espèces coexistent dans le même environnement : sont-ils en compétition pour l’ammoniac ou utilisent-ils plutôt d’autres composés alternatifs pour leurs besoins énergétiques ?
« Les différentes lignées d’AOM se développent simultanément dans le même environnement et on pensait qu’elles étaient principalement en concurrence pour l’ammoniac », a déclaré Qin. « Notre recherche collaborative s’est concentrée sur la détermination pourquoi et comment ces lignées métaboliquement conservées peuvent coexister sans compétition directe pour l’azote inorganique (ammoniac), et nous avons examiné leurs capacités à utiliser l’azote organique (urée) à la place. »
Le rôle de l’urée dans la diversité et la coexistence des AOM
Plus de la moitié des espèces d’AOM se sont adaptées pour utiliser l’urée, un composé azoté organique largement disponible qui représente environ 40 pour cent de tout l’azote présent dans les engrais, comme source d’énergie alternative. Ce processus nécessite cependant que l’AOM utilise une énergie supplémentaire, car l’urée est une structure moléculaire plus complexe et doit d’abord être décomposée en ammoniac à l’intérieur des cellules de l’AOM avant une utilisation ultérieure. Sachant cela, l’équipe collaborative de Qin a cherché à comprendre comment l’AOM acquiert et métabolise l’ammoniac et l’urée lorsque les deux sont disponibles simultanément.
« Nous avons toujours considéré l’urée comme un substrat alternatif à l’ammoniac », a déclaré Qin. « Maintenant, nous réalisons qu’une lignée majeure d’AOM préfère en fait l’urée et réprime l’utilisation de l’ammoniac lorsque l’urée est présente. Cette découverte remet en question les hypothèses dominantes qui persistaient depuis plus de 100 ans depuis la culture de la première espèce d’AOM.
Les résultats de la recherche montrent que différentes lignées d’AOM emploient différentes stratégies de régulation pour l’utilisation de l’ammoniac ou de l’urée, minimisant ainsi la concurrence directe les unes avec les autres et permettant la coexistence. Ces préférences différentielles révèlent une biodiversité physiologique cachée et ont des conséquences concrètes qui devront être explorées davantage.
« L’AOM produit soit du nitrate, qui s’infiltre dans les eaux souterraines et les plans d’eau environnants, provoquant une eutrophisation, soit protoxyde d’azote, qui est un puissant gaz à effet de serre », a déclaré Qin. « Une fois que nous aurons confirmé quelles lignées d’AOM préfèrent l’urée, nous pourrions étudier leur contribution au lessivage des nitrates et à la production de gaz à effet de serre dans l’environnement. Cela est nécessaire pour développer des approches durables et pratiques visant à réduire ces polluants azotés dans les écosystèmes naturels et artificiels. Ce sera probablement l’objet de recherches futures.
