Thermotolérance

La thermotolérance est la capacité d'un organisme à survivre à des températures élevées. On distingue la thermotolérance basale (tolérance spontanée)[1] de la thermotolérance acquise (tolérance après exposition à un stress thermique)[2].

De nombreux organismes thermotolérants sont également thermophiles (voire hyperthermophiles), c'est-à-dire qu'ils se développent mieux à des températures élevées (voire très élevées) qu'à des températures modérées. Les organismes thermophiles peuvent vivre et se multiplier entre 50 et 70 °C ; ils peuvent croître entre 25 et 40 °C, mais faiblement. Les organismes hyperthermophiles vivent et se multiplient à des températures supérieures à 80 °C (de 80 à 110 °C) ; ils sont incapables de croître à des températures inférieures à 60 °C.

Bactéries et archées

La résistance des bactéries et des archées aux effets létaux des températures élevées est très variable.

Bactéries

La bactérie Escherichia coli peut développer une thermotolérance par une brève exposition à un choc thermique, par exemple 15 minutes à 42 °C. À la suite de cette exposition, les cellules d'E. coli deviennent résistantes à des températures plus élevées, par exemple 50 °C. Chez E. coli la thermotolérance dépend de l'expression du gène dnaK, qui code une protéine de choc thermique[3].

Certaines bactéries sont hyperthermophiles : des phototrophes anoxygéniques (pouvant photosynthétiser et vivant sans oxygène), des cyanobactéries capables de vivre à 70–73 °C et quelques chimiotrophes vivant dans des environnements atteignant 95 °C. Thermotoga maritima et Aquifex pyrophilus, par exemple, ont un optimum de croissance à 90 et 95 °C, respectivement.

Archées

De nombreuses espèces d'archées sont hyperthermophiles, notamment dans les genres Pyrococcus, Sulfolobus, Thermoplasma, Thermococcus, Pyrodictium, Hyperthermus et Pyrolobus. La plus extrême en ce sens est Pyrolobus fumarii, isolée dans des fumeurs hydrothermaux de l'Atlantique, qui détient le record de température : elle ne se développe pas en dessous de 90 °C et le fait jusqu'à 113 °C (sous une pression très élevée). On a aussi découvert plusieurs virus thermophiles capables d'infecter ces archées.

Eucaryotes

La quasi totalité des eucaryotes connus ne peuvent pas vivre à des températures supérieures à 60 °C.

Unicellulaires

L'amibe Incendiamoeba cascadensis, découverte en 2025 dans le parc national volcanique de Lassen (Californie du Nord, États-Unis), vit normalement à 57 °C mais est encore capable de se développer et de se diviser à 63 °C, un record pour les eucaryotes. À 64 °C elle continue à se déplacer, et à 70 °C les cellules forment des kystes dormants, capables de se réactiver à des températures plus basses[4],[5].

Plantes

De nombreux facteurs contribuent à la thermotolérance, notamment des molécules de signalisation comme l'acide abscissique et l'acide salicylique, et des voies de signalisation comme celle de l'éthylène (en) et la voie de réponse au stress thermique (en)[6].

Les différentes voies de réponse au stress thermique concourent à augmenter la thermotolérance[7]. Chez les plantes, la réponse au stress thermique est médiée (en) par les facteurs de transcription de choc thermique (HSF, pour l'anglais heat shock [transcription] factor), bien conservés chez les eucaryotes. Les HSF sont essentiels à la capacité des plantes à la fois de détecter le stress et d'y répondre[8]. Ces HSF, divisés en trois familles (A, B et C), codent pour l'expression des protéines de choc thermique (HSP, pour l'anglais heat shock protein).

Les activateurs transcriptionnels HsfA1 et HsfB1 sont les principaux régulateurs positifs des gènes de réponse au stress thermique chez Arabidopsis thaliana[9]. La voie générale de la thermotolérance est caractérisée par la détection du stress thermique, l'activation des HSF, l'augmentation de la réponse thermique et le retour à l'état non stressé[10]. En 2011, une étude du stress thermique chez A. thaliana conclut que la réponse précoce est régulée par HsfA1 et la réponse prolongée par HsfA2 : les HSF de classe A régulent positivement la réponse au stress thermique, tandis que les HSF de classe B répriment l'expression des gènes HSF, les deux étant nécessaires au retour des plantes à des conditions non stressantes et à l'acquisition d'une thermotolérance[11].

La température moyenne et la récurrence des vagues de chaleur n'ont cessé d'augmenter au cours des XXe et XXIe siècles, affectant le rendement de la plupart des cultures vivrières, notamment celle du blé tendre, vulnérable aux températures élevées. Des plants de blé transgéniques ont été développés, présentant une résistance au stress thermique sans incidence sur la productivité[12].

Animaux

La limite supérieure pour les cellules humaines et d'autres cellules de mammifères se situe autour de 43 °C[4], ce qui n'est pas très au-dessus de leur température normale de fonctionnement (entre 36,1 et 37,8 °C pour les humains[13], 38 à 39 °C pour les vaches[14]).

Les cellules de mammifères cultivées in vitro peuvent accroître considérablement leur tolérance aux dommages thermiques après un conditionnement thermique préalable (« fractionnement thermique »). Les mécanismes de cette thermotolérance cellulaire restent inconnus mais il est clair que l'histoire thermique, les intervalles de fractionnement thermique et les conditions de récupération modifient significativement le degré de thermotolérance observé ultérieurement. Au niveau tissulaire, le rôle de la thermotolérance cellulaire est complexifié par les mécanismes physiologiques de l'hôte. Peu de données sont disponibles in vivo, l'importance relative des effets physiologiques et cellulaires reste à déterminer. Cette question est importante en cancérologie pour la conception de protocoles cliniques combinant hyperthermie fractionnée et irradiation X ou hyperthermie et chimiothérapie[15].

Notes et références

  1. ↑ (en) Kamila Bokszczanin, Sotirios Fragkostefanakis, Hamed Bostan, Arnaud Bovy, Palak Chaturvedi et al., « Perspectives on deciphering mechanisms underlying plant heat stress response and thermotolerance », Frontiers in Plant Science (en), vol. 4,‎ , p. 315 (DOI 10.3389/fpls.2013.00315 Accès libre).
  2. ↑ (en) Claudio De Virgilio, Peter Piper, Thomas Boller et Andres Wiemken, « Acquisition of thermotolerance in Saccharomyces cerevisiae without heat shock protein hsp104 and in the absence of protein synthesis », FEBS Letters, vol. 288, nos 1–2,‎ , p. 86–90 (DOI 10.1016/0014-5793(91)81008-V Accès libre).
  3. ↑ (en) « Requirement of the Escherichia coli dnaK gene for thermotolerance and protection against H2O2 », Microbiology (en), vol. 136, no 10,‎ , p. 2113-2118 (DOI 10.1099/00221287-136-10-2113 Accès libre).
  4. (en) Ewen Callaway, « ‘Fire amoeba’ survives in hotter conditions than any other complex cell », Nature,‎ (DOI 10.1038/d41586-025-03933-5 Accès libre).
  5. ↑ (en) H. Beryl Rappaport, Natalie A. Petek-Seoane, Tomáš Tyml, Felix Mikus, Kurt LaButti et al., « A geothermal amoeba sets a new upper temperature limit for eukaryotes », sur bioRχiv,‎ (DOI 10.1101/2025.11.24.690213, consulté le ).
  6. ↑ (en) Jane Larkindale, Jennifer D. Hall, Marc R. Knight et Elizabeth Vierling, « Heat Stress Phenotypes of Arabidopsis Mutants Implicate Multiple Signaling Pathways in the Acquisition of Thermotolerance », Plant Physiology (en), vol. 138, no 2,‎ , p. 882-897 (DOI 10.1104/pp.105.062257).
  7. ↑ (en) S. Sarkar, A. K. M. Aminul Islam, N. C. D. Barma et J. U. Ahmed, « Tolerance mechanisms for breeding wheat against heat stress: A review », South African Journal of Botany (en), vol. 262-277,‎ , p. 262-277 (DOI 10.1016/j.sajb.2021.01.003 Accès libre).
  8. ↑ (en) Hsiang-chin Liu et Yee-yung Charng, « Acquired thermotolerance independent of heat shock factor A1 (HsfA1), the master regulator of the heat stress response », Plant Signaling & Behavior (de), vol. 7, no 5,‎ , p. 547-550 (DOI 10.4161/psb.19803 Accès libre).
  9. ↑ (en) Takumi Yoshida, Naohiko Ohama, Jun Nakajima, Satoshi Kidokoro, Junya Mizoi et al., « Arabidopsis HsfA1 transcription factors function as the main positive regulators in heat shock-responsive gene expression », Molecular Genetics and Genomics, vol. 286, no 5,‎ , p. 321-332 (DOI 10.1007/s00438-011-0647-7).
  10. ↑ (en) Isabel Bäurle, « Plant Heat Adaptation: priming in response to heat stress », F1000Research, vol. 5,‎ , F1000 Faculty Rev–694 (DOI 10.12688/f1000research.7526.1 Accès libre).
  11. ↑ (en) Miho Ikeda, Nobutaka Mitsuda et Masaru Ohme-Takagi, « Arabidopsis HsfB1 and HsfB2b Act as Repressors of the Expression of Heat-Inducible Hsfs But Positively Regulate the Acquired Thermotolerance », Plant Physiology (en), vol. 157, no 3,‎ , p. 1243-1254 (DOI 10.1104/pp.111.179036 Accès libre).
  12. ↑ (en) Divya Mishra, Shubhendu Shekhar, Subhra Chakraborty et Niranjan Chakraborty, « High temperature stress responses and wheat: Impacts and alleviation strategies », Environmental and Experimental Botany (en), vol. 190,‎ , article no 104589 (DOI 10.1016/j.envexpbot.2021.104589).
  13. ↑ (en) Glenn Elert, « Body Temperature », sur The Physics Factbook.
  14. ↑ « Températures rectales des ruminants », sur Techniques d'élevage, Éditions Alpha et Omega (consulté le ).
  15. ↑ (en) Kurt J. Henle et Lyle A. Dethlefsen, « Heat Fractionation and Thermotolerance: A Review », Cancer Research, vol. 38, no 7,‎ , p. 1843-1851 (lire en ligne Accès libre [PDF], consulté le ).

Articles connexes

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