Le poisson rouge produirait de l’alcool pour survivre dans un milieu sans oxygène

Le poisson rouge pourrait survivre plusieurs mois sans oxygène en produisant de l’alcool d’après une étude publiée dans Scientific Reports des équipes de chercheurs des Universités d’Oslo et de Liverpool.

Les poissons rouges et carassins pourrait survivre jusqu’à 5 mois sans oxygène (milieu anoxique) grâce à une adaptation de leur métabolisme qui se met à produire de l’éthanol. Cela leur permet de survivre sous la glace l’hiver lorsqu’ils ne peuvent pas remontrer à la surface.

La privation d’oxygène chez l’Homme

Respiration cellulaire aérobie mitochondrie
Respiration cellulaire aérobie

La plupart des vertébrés meurent en quelques minutes d’une privation d’oxygène.

Dans des conditions normales, la cellule tire son énergie de la formation d’ATP aérobie dans les mitochondries. L’ATP est un nucléotide qui fournit l’énergie aux réactions chimiques du métabolisme, à la division cellulaire, à la locomotion et aux transferts de molécules. La respiration aérobie est un processus qui consomme de l’oxygène pour créer de l’énergie : l’ATP par phosphorylation oxydative.

Chez l’Homme, la privation d’oxygène produit une redirection de l’oxygène vers les organes essentiels (cerveau, cœur, surrénales), une acidose métabolique due à une accumulation de l’acide lactique par voie anaérobique (sans oxygène).

Au niveau de la cellule, lors d’une hypoxie, le manque d’oxygène provoque un manque d’ATP et une dépolarisation de la membrane plasmatique de la cellule puis une ouverture des canaux voltage-dépendants et donc une chute du potentiel de membrane mitochondriale. Cela provoque une accumulation de Ca2+ et des lésions cellulaires irréversibles (un des mécanismes de lésions du cerveau en cas d’asphyxie). Si l’asphyxie continue, une perte de conscience et des convulsions, puis généralement un arrêt cardiaque ont lieu.

Comment s’en sort le poisson rouge dans un milieu sans oxygène ?

En hiver, les points d’eau peuvent être gelés en surface. Cette couche de glace empêche les échanges d’oxygène entre l’eau et l’air, ce qui provoque une diminution de la teneur en oxygène dans l’eau. Dans ces cas-là, les poissons rouges passent en respiration anaérobie (sans dioxygène).

Cette capacité à survivre dans les milieux anoxiques chez le poisson rouge provient d’une adaptation évolutive d’un complexe enzymatique de la Pyruvate Dehydrogénase (PDHc) dans le muscle.

  • En présence d’oxygène, le pyruvate est converti en CO2 et en acétyl-CoA intégré dans le cycle de Krebs (TCA), qui produit de l’énergie.

  • En absence d’oxygène, le pyruvate est converti en CO2 et en acétaldéhyde. Une enzyme alternative E1 du PDHc (l’alcool-déshydrogénase) est activée et converti cet acétaldéhyde en Ethanol. Cette réaction est couplée à une ré-oxydation exoénergétique du NAD+ en NADH et peut aboutir à une synthèse d’ATP (énergie pour la cellule).

La teneur dans le sang du carassin peut atteindre jusqu’à 50 mg d’alcool par 100 mL dans un milieu sans oxygène.

Cette adaptation permet aussi de se protéger des prédateurs qui ne survivent pas en milieu sans oxygène.

Cette étude suggère également que ce complexe enzymatique alternatif provient d’une adaptation datant d’il y a 8 millions d’années provenant d’un ancêtre commun au poisson rouge et au carassin par un processus de duplication du génome complet.

Sources :

Fagernes et al. Extreme anoxia tolerance in crucian carp and goldfish through neofunctionalization of duplicated genes creating a new ethanol-producing pyruvate decarboxylase pathway. Scientific Reports 7, Article number: 7884 (2017)

Dupic et al. – Hypoxie et fonction mitochondriale – Réanimation (2010) 19, 399—405 https://www.srlf.org/wp-content/uploads/2015/11/1009-Reanimation-Vol19-N5-p399_405.pdf

Comité éditorial de l’UVMaF (2014) – Hypoxie – Anoxie http://campus.cerimes.fr/maieutique/UE-obstetrique/hypoxie-anoxie/site/html/cours.pdf

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