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Des chercheurs du laboratoire Génétique moléculaire, génomique et microbiologie (GMGM, CNRS/Université de Strasbourg) viennent de montrer que le stress provoqué par cet élément toxique induit un phénomène de lyse cellulaire puis de dispersion des bactéries qui composent le biofilm. Ces évènements pourraient expliquer, comme dans le cas des Thiomonas, la capacité de certaines populations microbiennes à survivre dans des milieux extrêmes. Ces travaux ont été publiés dans PLoS One le 18 août 2011.
Figure: Visualisation 3D en microscopie confocale de biofilms âgés de 5 jours, exposés (à droite) ou non (à gauche) à l'arsenic. Les bactéries (en vert) sont marquées par du SYTO9 et les exopolysaccharides (en rouge) par une lectine fluorescente. © GMGM, Philippe Bertin
Dans l'environnement, les bactéries vivent préférentiellement en communautés structurées, entourées d'une matrice extracellulaire de nature principalement polysaccharidique. Cette organisation, dite en "biofilm", constitue une niche écologique qui permet aux bactéries de survivre dans un milieu donné et de résister à de nombreux stress, notamment en modifiant la structure de la communauté. Les biofilms sont impliqués dans de nombreux processus médicaux, industriels et environnementaux. Dans le domaine de la bioremédiation par exemple, les bactéries du genre Thiomonas qui colonisent fréquemment les drainages miniers acides fortement contaminés par l'arsenic, présentent un intérêt crucial du fait de leur potentialité à transformer puis à séquestrer le composé toxique au sein de la matrice extracellulaire du biofilm (*).
Les chercheurs de l'équipe "Ecophysiologie moléculaire des microorganismes" dirigée par Philippe Bertin au GMGM ont mené des expériences de microscopie confocale afin d'observer le comportement de ces bactéries lorsqu'elles sont soumises à des concentrations subinhibitrices d'arsenic sous sa forme la plus toxique, l'As(III). Les résultats montrent que la présence de ce composé chimique impacte grandement le développement de la structure en biofilm et affecte des fonctions bactériennes clés telles que la mobilité flagellaire et la synthèse de polysaccharides extracellulaires, qui s'amplifie.
La synthèse accrue d'exopolysaccharides ainsi provoquée permet un renforcement de la cohésion du biofilm et s'accompagne d'une évolution des structures tridimensionnelles vers des architectures beaucoup plus complexes. L'hétérogénéité structurelle du biofilm conduit alors à l'apparition de sous-populations de cellules, entraînant des événements importants de mort et de lyse cellulaires au centre des structures. Ces événements libèrent entre autres des acides nucléiques, qui jouent un rôle structurel essentiel pour le biofilm, et génèrent des espaces libres à l'intérieur desquels apparaît un phénomène de remobilisation de certaines cellules, qui sont ensuite libérées dans le milieu extérieur. En présence d'arsenic, la dispersion de la souche s'en trouve donc accélérée. Une telle stratégie favorise potentiellement la survie de la population en lui permettant de coloniser rapidement des environnements moins hostiles.
L'ensemble de ces données devraient contribuer à faciliter la mise en oeuvre de bioprocédés de traitement des eaux arséniées, en permettant d'anticiper le comportement de la population bactérienne d'intérêt.