Les bactéries miroir, à quoi fait-on référence ?

La biologie repose sur des principes universels, dont la chiralité, cette asymétrie fondamentale des molécules essentielles à la vie. Pourtant, des scientifiques explorent aujourd’hui l’hypothèse audacieuse de formes de vie inversées, bâties sur une biochimie miroir. Ces recherches, encore théoriques, interrogent les bases mêmes de notre compréhension du vivant et ouvrent la voie à des innovations prometteuses, tout en soulevant des questions éthiques et écologiques majeures.

Depuis les débuts de la biologie, la chiralité des molécules vivantes a intrigué les scientifiques. Cette asymétrie fondamentale, présente dans les acides aminés et les sucres qui composent toutes les cellules, semble être une règle universelle pour la vie sur Terre. Pourtant, la possibilité de formes de vie construites sur une chiralité inversée, appelées « bactéries miroir », remet en question cette uniformité.

Ces organismes théoriques, s'ils existent ou peuvent être créés, ouvriraient des perspectives radicales pour la compréhension des origines de la vie, le développement de technologies biomédicales, et même l'exploration spatiale. Ce concept interroge profondément les bases de notre compréhension biologique et suscite des débats sur ses implications, tant sur le plan des applications prometteuses que des risques potentiels pour les écosystèmes terrestres.

Un bref historique

La notion de bactérie miroir fascine les scientifiques depuis des décennies. Effectivement, l’idée des bactéries miroir émerge dans les années 1950, lorsque les biologistes commencent à explorer les implications de la chiralité en biochimie. L’hypothèse est principalement théorisée par des chimistes comme Louis Pasteur, qui avait déjà étudié la chiralité au XIXᵉ siècle. En 1848, il observa que les cristaux d'acide tartrique dérivés de produits biologiques pouvaient polariser la lumière dans des directions différentes. Cette découverte fondamentale a établi les bases de la stéréochimie et de l'étude de la chiralité en biochimie. Mais elle trouve un nouvel écho dans la recherche moléculaire moderne.

Au XXᵉ siècle, avec les progrès de la synthèse chimique, des chercheurs comme Leslie Orgel et des équipes travaillant sur l’origine de la vie évoquent la possibilité de créer des organismes entièrement inversés. Ces études sont relancées dans les années 2000, notamment grâce aux avancées en biotechnologie, permettant d’envisager la fabrication de molécules chirales inversées. Aujourd’hui, des laboratoires comme ceux du MIT ou de l’Institut Max Planck explorent cette piste pour ses implications en biologie et en médecine.

Mais qu’est-ce que la chiralité ?

Donc ces microorganismes hypothétiques seraient dotés d’une structure biochimique unique : une inversion complète de la chiralité. Pour comprendre cela, il faut se plonger dans le concept même de chiralité. Il s'agit d'une caractéristique géométrique des molécules. Elle se trouve comparable à la différence entre une main gauche et une main droite. Bien que semblables en apparence, ces deux configurations ne sont pas superposables. Cette asymétrie est omniprésente dans la vie telle que nous la connaissons : les acides aminés qui composent nos protéines sont toujours « gauchers » (L-aminoacides), tandis que les sucres essentiels, comme le glucose, sont « droitiers » (D-sucres).

Cette asymétrie moléculaire joue un rôle crucial dans les fonctions biologiques : les enzymes et les récepteurs sont souvent spécifiques à une seule orientation chirale. Ainsi, une molécule « droite » peut être inoffensive ou inefficace là où sa version « gauche » est active ou toxique.

Les bactéries miroir, si elles existaient, bouleverseraient de fait cet équilibre. Contrairement aux organismes conventionnels, elles utiliseraient des acides aminés droitiers et des sucres gauchers pour construire leurs cellules. Une telle inversion rendrait leur biochimie incompatible avec celle des organismes terrestres. Les enzymes, qui sont des catalyseurs biologiques spécifiques, ne pourraient pas reconnaître ou interagir avec ces configurations inversées. Mais cette autonomie biochimique offre un terrain fertile pour des recherches fondamentales et appliquées.

Les implications en recherche fondamentale

La création ou la découverte de bactéries miroir représenterait un défi technologique sans précédent. Produire de telles cellules exige de synthétiser chaque composant biologique à partir de molécules chirales inversées. Ces molécules, bien que théoriquement accessibles, sont extrêmement difficiles à fabriquer à grande échelle. Les scientifiques devraient également reprogrammer l’ensemble des processus cellulaires pour qu’ils fonctionnent avec cette biochimie inversée. Malgré ces obstacles, les chercheurs envisagent plusieurs applications révolutionnaires.

Une des principales contributions des bactéries miroir serait leur rôle dans la compréhension des origines de la vie. Pourquoi les molécules biologiques terrestres présentent-elles une préférence chirale si marquée ? Était-ce un choix aléatoire lors des premières étapes de l’évolution, ou une conséquence de forces environnementales spécifiques ? En étudiant des organismes fonctionnant avec l’autre configuration, les scientifiques pourraient explorer ces questions sous un angle totalement inédit.

En outre, les bactéries miroir pourraient être utilisées pour produire des composés chimiques stables. Dans les systèmes biologiques actuels, les enzymes dégradent rapidement les molécules chirales incompatibles. Cependant, des molécules créées par des bactéries miroir seraient immunisées contre cette dégradation.

Les applications et les promesses des bactéries miroir

La biotechnologie pourrait tirer parti de bactéries miroir pour résoudre des défis complexes. Par exemple, elles pourraient jouer un rôle dans la recherche spatiale. Des formes de vie non conventionnelles pourraient s’épanouir dans des environnements extrêmes. Ces organismes seraient aussi naturellement résistants aux virus et aux parasites existants. Effectivement, leur biochimie inversée rendrait ces agents pathogènes incapables de les infecter. Cette propriété les rendrait idéales pour servir de plateformes biologiques dans des environnements stériles ou pour des recherches nécessitant des systèmes isolés.

De plus, dans le domaine médical, ces bactéries pourraient produire des médicaments « inusables ». Ces composés, construits avec des molécules chirales inversées, ne pourraient pas être métabolisés ou détruits par les enzymes naturelles, augmentant ainsi leur durée de vie et leur efficacité thérapeutique.

En outre, les bactéries miroir pourraient être utilisées pour produire des composés chimiques stables. Dans les systèmes biologiques actuels, les enzymes dégradent rapidement les molécules chirales incompatibles. Cependant, des molécules créées par des bactéries miroir seraient immunisées contre cette dégradation.

Les dangers potentiels des bactéries miroir

Cependant, les opportunités offertes par les bactéries miroir s’accompagnent de risques. Les interactions entre cette forme de vie et la traditionnelle, si elles devenaient possibles, pourraient entraîner des conséquences tant sur la santé humaine que sur l'environnement. En raison de leur chiralité inversée, elles pourraient échapper aux mécanismes de défense immunitaire humains et animaux, rendant les organismes vivants vulnérables à des infections incontrôlables. De plus, ces bactéries seraient insensibles aux bactériophages, des virus naturels qui régulent les populations bactériennes. Cela leur donnerait un avantage écologique certain. A savoir : une prolifération rapide et incontrôlée. Cela entraînerait potentiellement des perturbations dans les écosystèmes et les chaînes alimentaires.

Les experts avertissent également que la création de telles bactéries pourrait entraîner des évolutions imprévisibles si elles s'échappaient des laboratoires. Une fois dans la nature, elles pourraient évoluer en de nouvelles formes plus dangereuses. Certes les capacités techniques actuelles ne permettent pas encore de créer ces bactéries. Néanmoins, les progrès en biologie synthétique rendent ce scénario envisageable dans la prochaine décennie. Les chercheurs appelaient, en fin d’année 2024, à une réglementation stricte et à une collaboration internationale pour évaluer et prévenir ces risques. Ils insistent sur le fait que toute fuite accidentelle pourrait avoir des conséquences dévastatrices, à la fois pour la biodiversité et pour la santé humaine.

Un autre risque concerne l’utilisation malveillante de ces bactéries. Dans un contexte de biotechnologie détournée, leur résistance naturelle aux pathogènes et aux enzymes existants pourrait en faire des outils de destruction majeurs. Cette potentialité biologique détériore un plus la stabilité et la sureté du monde. Notamment à l’heure où s’engage une nouvelle année délicate tant sur le plan géopolitique que climatique.

Trois yeux, des griffes acérées et cœur unique: l'étrange anatomie d'un prédateur vieux de 508 millions d'années

Des griffes articulées épineuses, une bouche circulaire bordée de dents, un corps de la taille d'un index humain doté de nageoires latérales et… trois yeux. C'est ce à quoi ressemblait un ancien prédateur marin nouvellement découvert dans les schistes de Burgess (Canada) et décrit dans la revue Royal Society Open Science le 14 mai 2025 : le Mosura fentoni. Les différents spécimens retrouvés, dont les détails internes (nerfs, système circulatoire) sont encore visibles – ce qui est rarissime dans le registre fossile – éclairent l'évolution des arthropodes, grand groupe d'animaux comprenant insectes, araignées et crustacés.

"Papillon de mer" du Cambrien

Dans les Rocheuses canadiennes, au sein du parc national de Yoho (Colombie-Britannique), les schistes de Burgess font partie des sites paléontologiques les plus célèbres au monde. Pour cause, ils remontent du Cambrien moyen (il y a environ 508 millions d'années), période cruciale de ce qui est appelé "l'explosion cambrienne", phase de diversification rapide des formes de vie multicellulaires complexes. Ses roches argileuses compactées conservent des fossiles remarquables, y compris de rares organismes à corps mous, permettant de mieux comprendre l'évolution des ancêtres des animaux modernes.

Par les chercheurs qui passent ces précieux schistes noirs à la loupe, le Mosura fentoni a été surnommé le "papillon de mer" en raison de ses larges nageoires près du milieu du corps et son abdomen étroit, lui donnant vaguement une allure de papillon de nuit. Ce surnom a en outre inspiré son nom scientifique, Mosura, qui fait référence au kaijū (monstre géant des films japonais) dénommé Mothra (prononcé "Mo-su-ra"), un lépidoptère.

Bien que très éloigné des vrais papillons, ainsi que des araignées, crabes ou mille-pattes, les actuels arthropodes, Mosura fentoni appartient à une branche très ancienne de l'arbre évolutif de ce groupe. Ses caractéristiques le rattachent plus précisément au groupe éteint des Radiodonta ou radiodontes, qui comprenait notamment le célèbre Anomalocaris (littéralement, "étrange crevette"), premier prédateur connu de l'histoire du vivant et contemporain Mosura. Cependant, ce dernier se distinguait de tous les autres radiodontes par la partie arrière de son corps, divisée en segments – un peu comme un abdomen.

"Mosura possède seize segments très serrés alignés avec des branchies à l'arrière de son corps, décrit dans un communiqué Joe Moysiuk, conservateur en paléontologie et géologie au musée Manitoba de Winnipeg (Canada) et auteur principal de l'étude. C'est un bel exemple de convergence évolutive avec des groupes modernes comme les limules, cloportes ou insectes, qui présentent aussi une série de segments porteurs d'organes respiratoires à l'arrière." Le rôle exact de cette adaptation reste incertain. Mais les chercheurs supposent qu'elle pourrait être liée à un type d'habitat spécifique à Mosura, ou à des comportements nécessitant une respiration plus efficace dans les fonds marins.

Un système sensoriel précoce

Parmi les 61 fossiles de Mosura étudiés, collectés par le musée royal de l'Ontario (ROM) entre 1975 et 2022, plusieurs d'entre eux conservent de façon exceptionnelle des structures de leur anatomie interne molle. "Peu de sites fossiles dans le monde offrent ce niveau de détails [...], s'enthousiasme Jean-Bernard Caron, conservateur en paléontologie des invertébrés au ROM et coauteur de l'étude. On peut voir des traces représentant des faisceaux nerveux dans les yeux, impliqués dans le traitement de l'image, comme chez les arthropodes actuels. C'est stupéfiant."

Les paléontologues observent ainsi qu'au lieu d'artères et de veines comme chez nous, Mosura possédait un système circulatoire "ouvert", avec un cœur pompant le sang dans de grandes cavités internes appelées lacunes.

Longtemps chez les radiodontes, les spécialistes n'avaient en outre identifié qu'une paire d'yeux semblables à ceux des insectes modernes. La découverte du dénommé Stanleycaris hirpex révélait toutefois pour la première fois, il y a trois ans, l'existence d'un troisième œil situé au centre de la tête, surdimensionné par rapport aux deux autres. Mosura fentoni en était également doté. Ce troisième œil suggère une forme de vision triangulaire, permettant une perception accrue de la profondeur et un champ visuel très étendu – des atouts importants pour des prédateurs évoluant dans les faibles éclairages marins du Cambrien.

Cette complexité visuelle montre que les radiodontes avaient déjà développé des systèmes sensoriels avancés, proches de ceux de leurs descendants. Ils constituent "le premier groupe d'arthropodes à s'être diversifié dans l'arbre de l'évolution, et fournissent donc des indices clés sur les traits ancestraux du groupe entier", ajoute Jean-Bernard Caron. "Cette nouvelle espèce montre que ces premiers arthropodes étaient déjà étonnamment diversifiés et s'adaptaient d'une manière similaire à leurs lointains parents modernes."