Microcystis

Microcystisest ungenredecyanobactériesd'eau douce(anciennement appelées algues bleues - vertes), de l'ordredesChroococcales.
Ce genre de cyanobactéries est capable de produire deux grands types de toxines (neurotoxinesethépatotoxinespeptidiquestelles que lamicrocystineet lacyanopeptoline). L'espècela plus connue est sans douteMicrocystis aeruginosa.D'autres toxinessont produites par certaines espèces (ex : l'heptapeptide Cyanoginosine-LA) produite parM. aeruginosa. Certaines espèces et certaines souches sont beaucoup plus "toxiques" que les autres.
Lesefflorescences(blooms) deMicrocystissemblent croître en termes de fréquence et d'intensité à l'image de la tendance observée pour les efflorescences de cyanobactéries. Ce phénomène pourrait être expliqué par deux facteurs : le changement climatique et la mise en place de programmes de surveillance et de veille sanitaire à travers le monde. La toxine produite par ces bactéries (lamicrocystine) était dans les années2010-2012présente en quantité significative dans tous les lacs duCanada.
Ce genre bactérien fait l'objet d'un suivi particulier car :
Le motMicrocystisderive du grec ancien: mikros ("petit") et kystis ("vessie")
Les cellules sont petites (quelquesmicromètresde diamètres ; il faut 50 cellules les unes contre les autres pour obtenir l'équivalent de l'épaisseur d'un cheveux), dépourvues de vraies parois individuelles et possèdent des vésicules remplies de gaz qui leur permettent de remonter en surface.
Ces cellules sont le plus souvent agrégées en colonies macroscopiques (c'est-à-dire visibles à l'œil nu). Si l'eau n'est pas agitée, ces colonies forment d'abord des amas sphériques puis vont perdre leur cohérence pour se perforer, prendre des formes plus irrégulières et se déliter au fil du temps, ce qui est un moyen de produire despropagulesde nouvelles colonies pouvant être emportées par le courant, le vent ou se faire transporter par des oiseaux d'eau (ou deseaux de ballastdepéniches, etc.).
La cohérence de ces colonies est permise par un épaismucilagecollectivement sécrété par la colonie de cyanobactéries au fur et à mesure de sa croissance. Ce mucilage est constitué d'un complexe depolysaccharides(xylose,mannose,glucose,fucose,galactose,rhamnoseentre autres).
Lesprotoplastesobservés au microscope ont une couleur bleu-vert clair, mais apparaissent aux observateurs brun à verdâtre foncé en raison d'un effet d'optique induit par leur accumulation et également dû aux vésicules remplies de gaz ; c'est l'un des critères de détermination.
Les espèces du genreMicrocystissont responsables d'importantes efflorescences à travers le monde.
Ces derniers apparaissent rapidement grâce à une croissance très rapide des colonies et grâce à une flottabilité permise par leurs vésicules remplies de gaz.
Leur capacité d'exploiter à la fois des nutriments d'origine minérale et organique notamment dans des eauxeutrophesàdystrophes(selon ce qui est le plus disponible dans leur environnement) semble être l'une des clés de leur domination dans un nombre croissant demilieux naturelsou artificiels (lacs-réservoirs, bassins urbains, etc.). Une autre clé est leur capacité à réguler leurflottabilité; elle leur permet de se positionner optimalement dans la zone photique et stable de lacolonne d'eauoù elles profiteront au mieux à la fois de lalumièreet desnutriments.
En colonisant la surface de l'eau, ces blooms concurrencent (pour les nutriments et surtout pour la lumière et l'oxygène la nuit) beaucoup d'autres espèces (planctoniques mais aussi végétales). Ces bactéries sont très résistantes aux UV solaires et empêchent ces derniers de pénétrer la masse d'eau, au profit d'autres pullulations microbiennes (les UV solaires ont des vertus désinfectantes).
Microcystisest capable d'exploiter ledioxyde de carbonede l'eau et de l'air, mais aussi d'exploiter le phosphore (phosphates)  et l'azote (nitrates) dissous dans l'eau.
Les grandes colonies et blooms deMicrocystissont soupçonnés de pouvoir influencer fortement sur les taux d'azote et de phosphore disponibles et de modifier le rapport C/N ou N/P.
On sait depuis plusieurs décennies que lesengraispeuvent déclencher ou favoriser ou exacerber des blooms de cyanobactéries toxiques (en eau douce et en mer, et dans le monde entier), mais une étude récente, multi-institution publiée dans la revue Ecosphere montre que dans les masses d'eau relativement fermées (lacs, typiquement) ces cyanobactéries une fois massivement présentes peuvent ensuite elles-mêmes modifier le cycle biogéochimique naturel et en quelque sorte "autoentretenir" des conditions les favorisant, en exploitant à leur profit des réserves d'azote et de phosphore inaccessibles aux autres formes de plancton et à de nombreuses autres espèces, grâce à desboucles de rétroaction positivequi amplifient les effets des polluants et ceux du dérèglement climatique, en rendant les conditions subaquatiques toujours plus favorables aux pullulations planctoniques. En particulier les cyanobactéries sont souvent capables de fixer l'azote gazeux (comme certaines bactéries terrestres symbiotes de plantes). Certaines espèces sont capables de (re)mobiliser du phosphore que l'on avait jusqu'alors considéré comme piégé dans les sédiments et les eaux froides du bas de la colonne d'eau. Après la mort des bactéries ou d'autres organismes qu'elles tuent par leurs toxines ou en les privant de lumière ou de nutriments, une grande quantité d'azote et de phosphore est à nouveau libérée dans l'eau, ce qui permet une nouvelle pullulation phytoplanctonique et microbienne, et ainsi de suite. En outre les moules zébrées semblent encore améliorer ces processus (voir plus bas).
À l'Université de Sherbrooke(Canada), les réactions écophysiologiques deMicrocystis aeruginosaface à l'éclairage nocturne artificiel ont été étudiées en laboratoire (en turbidostat, en absence et en présence d'éclairage nocturne, aux intensités lumineuses équivalentes à celle qu'on observe en ville en bordure de lac ou cours d'eau). Résultats : certaines fonctions physiologiques sont affectées par la pollution lumineuse (ex : rendement quantique de photosynthèse, quantité de chlorophylle a et de protéines photosynthétiques par cellule) ; alors que d'autres ne l'ont pas été  (c'est le cas de la production de certaines protéines photosynthétiques, l'efficacité photosynthétique et la biosynthèse de microcystine intracellulaire.
Depuis lesannées 1980au fur et à mesure de l'avancée géographique de la moule zébrée (espèce de moule d'eau douce trèsinvasiveen Europe et aux États-Unis), les scientifiques notent dans les plans d'eau une coïncidence troublante entre l'arrivée de cette moule et des pullulations de plus en plus importantes et fréquentes deMicrocystis.
On a récemment démontré que cette moule, à la différence des grandesmoules d'eau doucesupporte très bien les toxines libérées dans le milieu parMicocystis. Selon Vanderploeg & al (2001), sa capacité à sélectivement filtrer l'eau favorise les blooms de Microcystis.
Legénomed'une cyanobactérie (Microcystis aeruginosa) appartenant à ce genre et utilisée commeorganisme modèlefait l'objet de diverses études, notamment pour mieux comprendre la capacité de cet organisme à exploiter l'Azoteet lePhosphoreen solution dans l'eau et les conditions qui lui font produire des toxines.
Le génome de cet organisme a été pour la première fois séquencé et publié en2007.
On cherche aussi par la génétique à mieux comprendre les relations qui unissent les espèces produisant des toxines et celles qui n'en produisent pas au sein desMicrocystis.
L'étude des génomes vise aussi à identifier des amorces utiles pour des tests de détection de cyanobactéries "à risque" (c'est-à-dire capable de sécréter des toxines), notamment dans les réservoirs d'eau potable et les zones de baignade.
Selon les données accumulées depuis lesannées 1980, le traitement algicide est inutile ou contreproductif (les algues mortes vont libérer des nutriments qui permettront une nouvelle pullulation, peut-être encore plus importante, et en mourant les cyanophycées libèrent massivement dans l'eau (et en moindre quantité dans l'air) des cyanotoxines).Limiter à la fois lapollution azotéeet les excès de phosphore dans les masses d'eau semble la première des étapes nécessaires pour contrôler ces espèces.Les stations d'épuration ont dans de nombreux pays fait fortement chuter les apports de phosphore, mais lapollution automobile,industrielle, urbaine, et par les chauffages domestiques, lamarine marchandeet lespéniches, en se combinant à la pollution par l'ozone(oxydation desNOxpar l'ozone) produisent desnitratestrès solubles dans les pluies et les eaux superficielles. Ces nitrates s'ajoutent à ceux épandus sur les sols ou pulvérisés en tant qu'engrais azotéagricole, dont une partie aboutit également dans les masses d'eau superficielles.Il a été montré que quand ces bactéries manquent d'azote elles désactivent ceux de leurs gènes qui codent la production de toxines, et la teneur des cellules en toxine diminue alors.
Concernant la production de cyanotoxines, la disponibilité en nitrates et phosphates ne semble pas être un facteur déterminant selon Utkilen & Gjølme (1995), alors que la disponibilité en fer semble nécessaire pour la production de toxines par M. aeruginosa.
On sait depuis le milieu duXXsiècle que lesplantes aquatiquessubmergées (macrophytes) doivent se protéger desbiofilmsbactériens et des algues. Elles le font par simple compétition pour certains nutriments en solution, mais aussi parfois en libérant des substances inhibitrices. Une plante aquatique au moins (Myriophyllum spicatum) libère dans l'eau quatre composéspolyphénoliquesallélopathiques(qui inhibent le développement deMicrocystis aeruginosa). Les deux plus efficaces, en laboratoire sont l'acide galliqueet l'acide pyrogallique, mais ces quatre molécules semblent agir synergiquement plus efficacement encore.
Dans le milieu naturel, les efflorescences deMicrocystis sp.se composent de cellules rassemblées sous forme de colonies. Ces colonies présentent une diversité de formes et de structure non négligeable. C'est ainsi que les premières tentatives d'identification des espèces ont été réalisées à partir de critères morphologiques sur la base d'observation au microscope optique puis électronique. Il est important de noter que lorsqu'une souche deMicrocystisest maintenue en culture, elle peut perdre son organisation coloniale et se présenter sous la forme de cellule isolée ne permettant plus son identification. De plus, l'identification des différentes espèces deMicrocystissur des critères morphologiques et aujourd'hui remise en cause par les données génétiques. C'est pourquoi l'identification et la taxonomie du genreMicrocystiset des espèces qui le composent est en constante évolution. Parmi les espèces décrites à ce jour et répertoriée dans la littérature scientifique figurent: