La localisation subcellulaire d'un complexe respiratoire contrôle la respiration bactérienne

L'équipe d'Axel Magalon, au sein du Laboratoire de chimie bactérienne de l'Institut de microbiologie de la Méditerranée, démontre pour la première fois que le changement de localisation dans la membrane d'un complexe respiratoire en fonction de la quantité d'énergie requise par une bactérie, est un facteur essentiel de son adaptation aux variations de l'environnement. Cette étude est publiée dans la revue eLIFE.


La respiration désigne un processus qui peut s'effectuer à différentes échelles, de l'organisme entier jusqu'à la cellule. A l'échelle cellulaire, la respiration est responsable de la production d'une molécule à haute valeur énergétique, l'adénosine triphosphate (ATP), en utilisant l'énergie stockée dans des molécules organiques comme les sucres ou les acides gras. En plus de l'ATP, la respiration cellulaire permet la production d'un gradient électrochimique à travers la membrane qui sert de source d'énergie pour le transport de molécules (protéines, ions, antibiotiques) ou bien encore pour la motilité cellulaire. A l'échelle moléculaire, la respiration cellulaire repose sur l'activité de complexes protéiques (les complexes respiratoires) ancrés dans la membrane et connectés les uns aux autres par des transporteurs mobiles d'électrons. Pour s'adapter à son environnement, une cellule doit ainsi avoir la capacité d'augmenter ou de diminuer la respiration pour optimiser la production d'énergie sous la forme d'ATP et de gradient électrochimique.

L'équipe dirigée par Axel Magalon a fait l'hypothèse qu'une localisation dynamique des complexes respiratoires dans la membrane puisse moduler la respiration en réponse à un changement environnemental. Les chercheurs ont alors étudié la localisation de la nitrate réductase, un complexe respiratoire permettant d'apporter de l'énergie en l'absence d'oxygène chez le colibacille Escherichia coli. L'introduction d'une étiquette fluorescente a permis de suivre, à l'échelle de la cellule unique, la localisation subcellulaire du complexe par microscopie à fluorescence. L'équipe a ainsi observé que la localisation du complexe varie selon la quantité d'énergie requise pour la cellule. Lorsque les cellules sont dans un environnement appauvri en oxygène, le complexe se déplace vers les pôles situés à chaque extrémité de cette bactérie en forme de bâtonnet. La conséquence immédiate de cette relocalisation est l'augmentation de la respiration. Les chercheurs ont également montré que le gradient de protons établi de part et d'autre de la membrane au cours de la respiration, contrôle la localisation du complexe respiratoire dans la membrane.

Ces résultats démontrent pour la première fois que la localisation dynamique des complexes respiratoires joue un rôle clef dans le contrôle de la respiration bactérienne. En explorant ce phénomène, les chercheurs espèrent expliquer comment les bactéries s'adaptent à des environnements variés et changeants tel que celui rencontré par le microbiote intestinal chez l'Homme.