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Posté par Adrien le Jeudi 08/03/2018 à 00:00
Comment les bactéries conversent au sein des biofilms flottants
Les biofilms sont des communautés bactériennes qui présentent une résistance élevée aux antibiotiques. Au sein des biofilms, les bactéries échangent de l'information par voie chimique - un mécanisme nommé quorum-sensing. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une...) Structurale de Grenoble, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de la Méditerranée à Marseille, et de l'Université Jacobs à Brême ont mis en évidence que certaines bactéries forment des communautés flottantes, au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) desquelles elles sont en contact et en communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) directe. Les protéines impliquées dans cette interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) pourraient être de nouvelles cibles dans la lutte contre biofilms.


Figure: Communautés flottantes de P. stuartii visualisée par microscopie d'épifluorescence (a) et microscopie électronique (b). Porines de P. stuartii (ici, Omp-Pst2) associées face-à-face grâce à leurs boucles extracellulaires, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) des dimères de trimères, ou DOTs (c). Dans les DOTs, les canaux des porines sont ouverts, suggérant qu'ils autorisent une communication chimique directe entre cellules adjacentes (flèche verte), du moins pour les petites molécules capables de franchir leurs zones de constriction (flèches blanches). Les positions présumées des membranes externes de deux cellules adjacentes sont représentées par des rectangles gris. La surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) moléculaire du DOTs est colorée selon le potentiel électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.), avec en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) les surfaces chargées négativement, et en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle...) les surfaces chargées positivement.
© El-Khatib, Fenel, Colletier

A peu près partout sur notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour...) - par exemple à la surface de tous les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) - les bactéries sont présentes sous la forme de communautés multicellulaires, appelées biofilms. Ces derniers sont caractérisés par la présence d'une matrice extracellulaire, composée de polysaccharides, d'ADN et de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) amyloïdes, qui enchâsse les cellules constitutives du biofilm. C'est la présence de cette matrice qui rend les biofilms résistants aux traitements antibiotiques et au système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le « soi » du « non-soi ». Ce qui est reconnu...), expliquant qu'ils soient souvent impliqués dans les infections bactériennes chroniques. C'est également cette matrice qui permet la communication des bactéries par voie chimique - ou quorum sensing. Ce mécanisme requiert en effet, pour fonctionner, qu'une concentration critique en effecteur soit atteinte dans le biofilm.

Mais comment le quorum sensing fonctionne-t-il dans les toutes premières étapes de la formation du biofilm - c'est à dire, quand la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) bactérienne est faible et qu'aucune matrice n'est encore présente ?

C'est à ce mystère que les chercheurs se sont attaqués. En combinant plusieurs approches de la biologie structurale, ils ont découvert que Providencia stuartii, une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries...) fréquemment isolée chez les grands brulés et les personnes sous cathéterisation longue (maisons de retraite, hôpitaux), établit une communication intercellulaire directe dès le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec ancien πλαγκτός / planktós ou...) - c'est à dire, avant la sécrétion d'une matrice extracellulaire. Les chercheurs ont observé que P. stuartii forme des communautés cellulaires flottantes au sein desquelles les cellules sont en contact direct, avant de sédimenter sous la forme de biofilms. Faisant l'hypothèse que ce contact implique forcément des protéines de la membrane externe, et que celles-ci doivent nécessairement y abonder pour permettre le rivetage serré observé au sein des communautés flottantes, ils ont cristallisé les deux porines de P. stuartii, correspondant à 70% du contenu protéique de la membrane externe, et résolu leurs structures à résolution atomique par cristallographie aux rayons X. Les deux structures ont révélé une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) commune, formée par l'assemblage face-à-face de deux trimères de porines (DOTs, pour dimers of trimers) grâce à des segments identiques de leurs boucles extracellulaires, selon un mode d'interaction réminiscent de celui à la base des fibres amyloïdes. L'expression de ces porines de P. stuartii dans des cellules modèles (une souche d'E. coli n'exprimant pas de porines et ne formant ni biofilms ni communautés flottantes) leur confère la possibilité de former des communautés flottantes. La formation de DOTs peut cependant être inhibée en induisant, par mutation, une répulsion électrostatique entre les boucles extracellulaires des porines.

Dans les DOTs, les canaux des porines sont ouverts et se font face, suggérant qu'ils permettent une communication chimique directe entre cellules adjacentes, au sein des communautés flottantes. Ce mécanisme serait adapté à la communication intercellulaire même à très basse densité cellulaire, et donc, dans les premiers stages de la formation du biofilm - c'est à dire, quand il est encore vulnérable aux attaques. Cette découverte désigne les porines comme de nouvelles cibles dans la lutte contre biofilms et pourrait permettre le développement de thérapies innovantes.

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Source: CNRS-INSB