Geodermatophilaceae

La famille des Geodermatophilaceae [Normand 2006] de l’ordre des actinobactéries est une des plus communément associée à la biodétérioration des pierres carbonatiques [Urzì et al. 2001 ; Urzì & Realini 1999]. Ces actinobactéries ont été retrouvées poussant à la surface de monuments importants tels que la cathédrale de Bari (Italie), les murs anciens du complexe de la cathédrale de Cagliari (Italie ; Figure 1), le château d’Herberstein (Autriche), les vitraux médievaux de l’église de Stockkämpen (Allemagne), la surface des marbres d’Ephèse (Turquie), de même que dans de nombreux sites du Patrimoine mondial de l’Unesco tels que le château de Burgos (Espagne) et les temples Maya (Mexique) [Garcia-Vallés et al., 2000 ; Gurtner et al., 2000 ; Ortega-Morales et al., 2005 ; Rolleke et al., 1999 ; Urzì et al. 2001]. Les Geodermatophilaceae ont été retrouvées dans différents types de pierre tels que le marbre, la dolomite et la calcarénite [Urzì et al. 2001] (Figure 1). Sur ces monuments et pierres, les Geodermatophilaceae, en raison de leur pigmentation, provoquent des altérations de la couleur originale de la surface ; de plus ils sont capables d’endomager les pierres par un processus de “biopitting” ou biocorrosion par formation de cratère (Figure 1).

La famille des Geodermatophilaceae comprend trois genres : Geodermatophilus [Luedemann, 1968], Blastococcus [Ahrens & Moll, 1970] et Modestobacter récemment décrit [Mevs et al., 2000]. Les bactéries appartenant à ces trois genres sont des Actinobacteries à Gram positif, aérobies, chimioorganotrophes, mésophiles avec un mycélium rudimentaire. Leur peptidoglycane contient de l’acide méso-diaminopimélique. Le temps de génération de Modestobacter versicolor est de 6,4 – 6,6 heures [Reddy et al., 2007]. Les cellules appartiennent à deux types morphologiques [Ishiguro & Wolfe, 1970, 1974] : i) des bâtonnets courts motiles et irreguliers appelés formes R, qui se transforment en paires et forment des filaments courts et multiseptés, avec de rares cellules en formes de bourgeon et ii) amas de cellules coccoïdes irrégulières appelées formes C qui peuvent former des biofilms importants (Figure 2).

La différence majeure entre ces formes C et R est dans la structure de l’envelope cellulaire. De plus, de courts bâtonnets sont motiles à l’aide de flagelles, alors que des structures multicellulaires sont plutot sessiles. En culture liquide stationaire, des filaments bien-développés peuvent être produits. Un grand nombre de cations mono- et divalentes peuvent induire un changement de la forme R vers la forme C et maintenir l’organisme dans la forme C : il s’agit de NH4+, Li+, Na+, Rb+, K+, Ca2+, Mg2+ et de Sr2+ [Ishiguro & Wolfe, 1974]. Un grand nombre d’amines organiques aussi peuvent induire une morphogenèse [Ishiguro & Wolfe, 1974]. La consommation de cations est accompagnée de la libération de protons intracellulaires, ce qui cause une augmentation du pH intracellulaire [Ishiguro & Wolfe, 1974].

Modestobacter et Blastococcus sont retrouvés dans des régions extrêmement sèches telles que les déserts du Negev, de Sonora, et du Sahara [Hungate et al., 1987 ; Eppard et al., 1996 ; Garrity, 1996 ; Rainey et al., 2005] ; d’autres souches ont été isolées à partir de rochers vernissés dans les Montagnes Rocheuses (USA) [Kuhlman et al., 2005a], des régions Méditérranéennes (Italie, Grèce, Turquie, Espagne, Malte) [Urzì et al. 2001], des régions froides (Antarctique, Iles Svalbard, Mont Everest) [Mevs et al., 2000]. Cependant, de rares souches affiliées à cette famille ont été occasionnellement retrouvées dans des sédiments océaniques profonds (Palau, Corée), à la surface de plantes (Japon), dans l’eau de mer (Baltique) [Ahrens & Moll, 1970], dans des sols tempérés ou tropicaux (USA, Singapour, Chine, Australie, Géorgie et Japon). Quelques souches ont aussi été isolées de fresques biodétériorées en Autriche (Herberstein) et en Allemagne (Greene) [Gurtner et al., 2000].

Ces genres sont fréquement associées aux surfaces des pierres de type calcaire ou carbonaté. A la surface de ces pierres, leur croissance est favorisée par la porosité intrinsèque et les discontinuités du matériau qui est facilement fragmenté par des processus biologiques et physico-chimiques. Leur croissance est possible dans des conditions environnementales très diverse, ce qui sera étudié sous un angle physiologique à la lumière des séquences génomiques bientôt disponibles. Les Geodermatophilaceae sont fortement colorées par des pigments roses, oranges, bruns ou noirs (Figure 3). M. versicolor produit deux pigments : une eumélanine noire et un carotenoïde rose [Reddy et al., 2005]. Leur production semble être indépendante de la concentration en sels, de la phase de croissance, des conditions d’éclairage mais être augmentée par irradiation UV et par des conditions de famine [Kuhlman et al., 2005b].

Plusieurs Geodermatophilaceae du Désert de Sonora et d’un sol non-aride d’une forêt de la Louisiane ont montré une grande résistance aux radiations ionisantes gamma, même à une dose massive de 30 kGy, comparable aux doses massives tolérées par Deinococcus radiodurans [Rainey et al., 2005].

Références

Ahrens & Moll, 1970. Ein neues knospendes Bakterium aus der Ostsee. Arch. Microbiol. 70:243-265.

Eppard et al., 1996. Morphological, physiological, and molecular characterization of actinomycetes isolated from dry soil, rocks, and monument surfaces. Arch. Microbiol. 166:12-22.

Garcia-Vallés et al., 2000. Biological weathering and mineral deposits of the Belevi marble quarry (Ephesus, Turkey). Int. Biodeter. Biodegr. 46:221-227.

Garrity et al. 1996. Isolation of zoosporogenous actinomycetes from desert soils J. Ind. Microbiol. 17:260-267.

Gurtner et al., 2000. Comparative analyses of the bacterial diversity on two different biodeteriorated wall paintings by DGGE and 16S rDNA sequence analysis. Int. Biodeter. Biodegr. 46:229-239.

Hungate et al., 1987. Characterization of manganese-oxidizing (Mn(II)-Mn(IV)) bacteria from Negev Desert rock varnish-implications in desert varnish formation. Can. J. Microbiol. 33:939-943.

Ishiguro & Wolfe, 1970. Control of morphogenesis in Geodermatophilus : ultrastructural studies. J. Bact 104:566-580.

Ishiguro & Wolfe, 1974. Induction of morphogenesis in Geodermatophilus by inorganic cations and by organic nitrogenous cations. J. Bacteriol. 117:189-195.

Kuhlman et al., 2005a. Diversity of microorganisms within rock varnish in the Whipple Mountains, California. Appl. Environ. Microbiol. 72:1708-1715.

Kuhlman et al., 2005b. Ultraviolet (UV-C) resistant bacteria isolated from rock varnish in the Whipple Mountains, California. Icarus 174:585-595.

Luedemann, 1968. Geodermatophilus, a new genus of the Dermatophilaceae (Actinomycetales). J. Bact. 96:1848-1858.

Mevs et al. 2000. Modestobacter multiseptatus gen. nov., sp. nov., a budding actinomycete from soils of the Asgard Range (Transantarctic Mountains). Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 50:337-346.

Normand, 2006. Geodermatophilaceae fam. nov., a formal description. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 56:2277-2278