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Bactéries : les microbes forment des structures complexes comme celles observées

Les biofilms bactériens, collections gluantes de microbes, peuvent développer des anneaux concentriques contenant des cellules avec différentes caractéristiques biologiques


Vie


6 janvier 2022

Bacillus subtilise le biofilm

Bacillus subtilis, une bactérie du sol, peut créer des anneaux concentriques lorsqu’il forme un biofilm

Kwang Tao Chou

Les biofilms bactériens contiennent un niveau d’organisation structurelle que nous pensions être unique aux plantes et aux animaux.

Biofilms, des amas visqueux de micro-organismes comme des bactéries et des champignons, ont longtemps été considérés comme biologiquement simples, avec un niveau primitif d’organisation structurelle. Cela contraste avec de nombreux organismes multicellulaires, y compris les animaux, dans lesquels les cellules peuvent se développer sous différentes formes à différents moments et à différents endroits au cours du développement du corps pour produire des structures biologiques complexes et variées.

À présent, Gurol Suel à l’Université de Californie à San Diego, et ses collègues ont découvert que les biofilms bactériens sont moins simples qu’on ne le pensait. Les chercheurs ont découvert que les biofilms forment des structures en forme d’anneau au fur et à mesure qu’ils grandissent et consomment les nutriments dans leur environnement. Au fur et à mesure que l’apport en nutriments diminue, certaines cellules se figent essentiellement dans le temps en termes de fonctionnement, car une vague d’épuisement des nutriments les submerge. Ceci est connu sous le nom d’« horloge et front d’onde », et n’a été observé auparavant que chez les animaux et les plantes.

Süel et ses collègues ont fait la découverte lors d’une expérience pour explorer la réponse d’un Bacillus subtilis biofilm à être privé d’azote vital. Cela provoque généralement le changement des cellules bactériennes et leur résilience dans une adaptation appelée sporulation.

Mais plutôt que toutes les cellules du biofilm s’adaptent de la même manière, les chercheurs ont pu démontrer que les gènes d’atténuation du stress produits par le biofilm n’ont entraîné que certaines cellules à s’adapter, créant des anneaux concentriques à travers le biofilm à peu près circulaire. Cette structure en forme d’anneau arborescent est cohérente avec un mécanisme « horloge et front d’onde » (voir l’image ci-dessus).

« Si nous pensons simplement à [biofilms] comme des amas de cellules bactériennes, même s’ils appartiennent à une seule espèce, nous nous trompons », explique Süel. « Ils sont très organisés, et ils sont organisés de manière très non triviale. Cette organisation semble rappeler ce que les vertébrés et les plantes ont fait au cours du développement, il doit donc y avoir un lien là-bas. »

Bien que la recherche se soit concentrée uniquement sur l’observation des motifs, Süel propose que le motif pourrait être le biofilm diversifiant ses cellules résilientes pour essayer d’augmenter ses chances de survie.

Alors que les biofilms se sont avérés plus compliqués ces dernières années, étant capables de formes de mémoire et de communication à longue distance, la découverte de structures complexes pourrait remettre en cause la division supposée entre les organismes simples et unicellulaires et les organismes multicellulaires complexes.

«Ce débat sera ravivé par cette étude», dit Tanmay Bharat à l’Université d’Oxford. « Du point de vue de la biologie cellulaire évolutive, il serait intéressant d’étudier où se situent les différences. Qu’est-ce qui définit un véritable organisme multicellulaire ? »

Les biofilms sont également responsables d’un large éventail de phénomènes naturels, à la fois bons et mauvais. Ils peuvent être utilisés dans la filtration de l’eau et pour prévenir la corrosion, mais ils sont également la principale cause d’infections cliniques, tout en étant très corrosifs dans certains scénarios. Comprendre la véritable structure sous-jacente de ces films bactériens pourrait changer la façon dont ils sont utilisés et atténués.

« Vous ne pouvez pas simplement supposer qu’une approche ou un agent chimique est suffisant pour faire le travail, car le biofilm est une communauté complexe », explique Süel.

Référence de la revue : Cellule, DOI : 10.1016/j.cell.2021.12.001

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