Des microbes voyageurs peuplent le ciel

Aérobiologie Arrachés du sol, bactéries et champignons suivent les vents dominants

Ils peuvent affecter la santé humaine

Dans l’Egypte ancienne, les habitants du bord du Nil laissaient sur le rebord de leurs fenêtres un mélange d’eau et de graines. Sans connaître alors l’existence des microbes, les «boulangers» de l’Antiquité utilisaient déjà les levures présentes dans l’air ambiant pour coloniser cette mixture et produire le levain du pain. Un savoir-faire qui s’est transmis de génération en génération dans les sociétés humaines.

Cependant, il faudra attendre les expériences de Louis Pasteur en 1862 pour faire le lien entre cette contamination et l’existence dans l’air d’êtres vivants, le plus souvent constitués d’une seule cellule, et appelés microbes.

Notre atmosphère n’est donc pas constituée que de gaz, comme l’azote ou bien l’oxygène nécessaire à la survie des humains. Elle contient également une grande quantité d’aérosols correspondant à un mélange en suspension de particules non organiques – sables, suies, polluants – mais aussi organiques comme les pollens et les microbes. Chaque année, environ un milliard de milliards de bactéries voyageraient dans ces poussières volantes autour de la Terre. Une étude récente montre que certains microbes de l’atmosphère pourraient causer des maladies chez l’homme.

Mais d’où viennent ces micro-organismes? Près de 2,2 milliards de tonnes de poussières s’élèvent annuellement dans l’atmosphère. Elles proviennent principalement de zones sèches du globe, par exemple du Sahara africain et des déserts arides d’Asie centrale comme celui de Gobi. Lors de tempêtes, les poussières sont arrachées du sol, soulevées dans le ciel puis transportées via les vents dominants sur des milliers de kilomètres. Or, globalement, un gramme de sol contient jusqu’à un milliard de bactéries! Celles-ci s’élèvent donc avec les particules minérales et les «chevauchent» pour un long périple avant de se déposer. Les bactéries marines, quant à elles, peuvent également être emmenées par des gouttelettes d’eau soulevées par les vents.

Les courants atmosphériques majeurs circulent au-dessus des océans, de l’Afrique occidentale jusqu’à l’Europe et la côte Ouest de l’Amérique, et entre la côte Est de ce continent et l’Asie. C’est pourquoi les neiges éternelles des Alpes, habituellement d’un blanc immaculé, se colorent ces derniers jours d’un rouge sombre dû au dépôt de sables du Sahara. Ce que confirment les enregistrements de particules minérales à la station de la Jungfraujoch à 3580 mètres d’altitude.

Depuis Louis Pasteur, une série d’observations scientifiques a permis d’identifier les micro-organismes de l’atmosphère et de les quantifier. Au début du XXe siècle, les bactériologistes utilisaient principalement des ballons pour prélever des échantillons d’air et les analyser, révélant la présence de bactéries et de champignons. Ces études concernaient la partie inférieure de l’atmosphère, appelée basse troposphère, située entre la surface terrestre et 5000 mètres d’altitude.

Plus tard, les scientifiques ont effectué des mesures par avion, accédant à une couche plus haute de la troposphère allant jusqu’à 8-15 kilomètres d’altitude voire au-delà dans la stratosphère. En 2003, une équipe de l’Université de Sheffield en Angleterre a montré l’existence de bactéries vivantes dans des prélèvements à 41 km au-dessus de la mer!

Comment des êtres vivants survivent-ils à une telle altitude? En effet, l’atmosphère est une source de stress majeur pour les micro-organismes: détérioration de l’ADN par les ultraviolets (UV), dessiccation, températures et conditions chimiques extrêmes sont autant de facteurs agressant les êtres vivants à haute altitude.

Certains mécanismes biologiques permettent aux microbes de survivre lors de leur long voyage autour de la Terre. Par exemple, certaines bactéries fabriquent des pigments qui jouent le rôle «d’écran solaire» les protégeant des UV. Mais la stratégie de survie la plus efficace est la capacité pour certains types de micro-organismes de prendre la forme d’une spore en «dormance». Dans ce cas, la cellule perd son eau, elle devient rabougrie, et sa paroi se renforce. La bactérie vit alors au ralenti, comme en hibernation, jusqu’à retrouver des conditions favorables à sa «renaissance».

Dans une étude parue dans la revue PNAS en 2010, Dale Griffin, microbiologiste à l’US Geological Survey (USGS) en Floride, et ses collègues ont montré grâce à l’analyse des émissions du volcan Pinatubo en 1991 que les microbes pourraient rester en suspension dans l’atmosphère pendant plusieurs années avant de retomber!

Quels impacts ont ces microbes sur la santé humaine? Plusieurs études ont montré une association directe entre l’inhalation prolongée d’aérosols contenant certaines particules organiques et des maladies. C’est le cas du champignon pathogène Coccidiodes immitis présent en Amérique. Lors de tempêtes de sable ou de nuages de poussières générés par les activités humaines, les scientifiques ont observé il y a quarante ans une augmentation du nombre de cas de fièvre de la vallée causée par cet organisme. Plus récemment, une équipe de chercheurs de l’Institut catalan des sciences du climat à Barcelone et leurs collaborateurs internationaux ont étudié le lien entre le déplacement d’aérosols depuis les régions agricoles de l’est de la Chine et la hausse du nombre de cas de la maladie respiratoire de Kawasaki au Japon. Leurs résultats publiés dans la revue PNAS en avril 2014 démontrent, grâce à la collecte d’échantillons en avion et des modèles de courants atmosphériques, que le mal touchant les enfants au Japon serait associé au transport depuis la Chine de toxines de Candida, une espèce de champignons commune dans les champs cultivés.

L’étude des microbes pathogènes de l’atmosphère n’en est cependant qu’à ses débuts. Les moyens nécessaires, comme les campagnes de vol en avion, étant coûteux. «Les récentes épidémies de différents virus de la grippe ont permis de relancer les recherches en aérobiologie, commente Ana Sesartic, chercheuse en sciences environnementales à l’Ecole polytechnique de Zurich. Tout comme la mobilisation de la communauté scientifique autour du changement climatique.»

«Les chercheurs étudiant les micro-organismes transportés par les vents font face à de nombreux défis, ajoute Ana Sesartic. Il manque aujourd’hui des études globales effectuées sur le long terme. Par ailleurs, mettre en place des méthodes standardisées pour tous les investigateurs devient une nécessité.»

El Niño, phénomène atmosphérique, associé à une hausse de la sécheresse dans certains endroits du globe a été annoncé pour le deuxième semestre 2014 (lire LT du 27.06.2014). Or, avec lui, le processus de désertification augmente, favorisant l’échappée de poussières et donc de microbes.

La désertification augmente, favorisant l’échappée de poussières et donc de microbes