Lumière sur le cycle cellulaire de la bactérie du désert Ramlibacter tataouinensis
Publié par Isabelle le 22/11/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB

Un mécanisme original d'adaptation à la vie dans le désert vient d'être mis en évidence chez la bactérie Ramlibacter tataouinensis. Cette bactérie non photosynthétique possède des photorécepteurs qui contrôlent une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre"...) cellulaire sous une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) émise au lever du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...), juste avant la disparition de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de rosée. Cette étude, publiée dans la revue Scientific Reports, fournit les premières preuves d'une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) basée sur la lumière pour contrecarrer la pénurie d'eau dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) désertique.

Dans le cadre d'une collaboration avec 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 Madison (Wisconsin), les chercheurs ont étudié l'effet de la lumière sur la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire...) du désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de 250 mm par an).) Ramlibacter tataouinensis, bétaprotéobactérie non-photosynthétique isolée du sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre...) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) du semi-désert de Tataouine (Tunisie). Cette bactérie possède un cycle cellulaire original et complexe incluant une division cellulaire à la fois sous forme de kystes et de bâtonnets, et legène kaiC codant une ATPase, responsable chez certaines bactéries photosynthétiques d'un mécanisme d'horloge moléculaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en...) leur permettant d'anticiper physiologiquement l'arrivée du jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) et de la nuit (cycle circadien). Ils ont mis en évidence qu'une lumière bleue de faible intensité inhibait fortement sa division, alors qu'une faible lumière rouge favorisait une multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) rapide sous forme de bâtonnets. Deux photorécepteurs (bactériophytochromes) présents chez R. tataouinensis sont impliqués dans cette régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) du cycle cellulaire en contrôlant la phase de division sous forme de bâtonnets. Leurs propriétés optiques particulières et leur voie de signalisation constituent une stratégie qui permet d'élargir considérablement leur efficacité sous lumière rouge (550-800 nm). Cette lumière rouge observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus...) au lever du soleil, précédée par la formation de rosée en fin de nuit, permettrait la dissémination rapide des bâtonnets avant la disparition de l'eau en surface du sable. En complément du système de régulation interne que constitue le rythme circadien, la lumière rouge agirait comme un système de régulation externe.

Les chercheurs ont étudié le rôle et les propriétés photochimiques des deux bactériophytochromes présents chez R. tataouinensis. Ces bactériophytochromes sont des photorécepteurs très semblables aux phytochromes des plantes supérieures, mais leurs propriétés spectrales varient beaucoup plus. Ils sont présents dans un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de bactéries mais leur rôle physiologique reste inconnu pour la grande majorité des bactéries chimiotrophes. En raison de la forte corrélation entre la lumière (du soleil) et la dessiccation, l'objectif était d'évaluer dans quelle mesure et selon quels mécanismes la lumière, absorbée par les bactériophytochromes, pouvait permettre à cette bactérie de s'adapter à la disparition de l'eau en surface du sable consécutive au lever du soleil.

En combinant des techniques biochimiques, biophysiques et génétiques, les chercheurs ont démontré que les deux bactériophytochromes de R. tataouinensis agissent comme des détecteurs de la lumière rouge grâce à leurs propriétés optiques particulières. Les phénotypes de souche sauvage et de divers mutants démontrent que ces deux bactériophytochromes contrôlent le cycle cellulaire en initiant la division des bâtonnets sous lumière rouge.

Dans des conditions naturelles, ce mécanisme de signalisation pourrait favoriser une division cellulaire rapide au lever du soleil après la formation de rosée en fin de nuit et avant le début progressif de la dessiccation. Cette étude fournit les premières preuves d'une stratégie basée sur la lumière qui a évolué chez une bactérie non-photosynthétique pour contrecarrer la pénurie d'eau dans un environnement désertique.


Schéma hypothétique de l'effet de la lumière sur le cycle cellulaire de Ramlibacter tataouinensis: Il comprend le cycle de différenciation "kyste-bâtonnet-kyste" (cycle KBK), les divisions "kyste-kyste" et "bâtonnet-bâtonnet", et la répression de la division des bâtonnets due à la phosphorylation des bactériophytochromes BphP1 et BphP2 à l'obscurité.
© Gilles De Luca, André Verméglio & Thierry Heulin

Pour en savoir plus:
Light on the cell cycle of the non-photosynthetic bacterium Ramlibacter tataouinensis.
De Luca G, Fochesato S, Lavergne J, Forest KT, Barakat M, Ortet P, Achouak W, Heulin T, Verméglio A.
Sci Rep. 2019 Nov 11;9(1):16505. doi: 10.1038/s41598-019-52927-7.

Contact chercheur:
- Thierry Heulin - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (BIAM) - (CNRS / CEA / Aix-Marseille Université)
thierry.heulin at cea.fr
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