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Les bactéries marchent aussi... à leur façon

illustration 3D d'une bactérie Pseudomonas aeruginosa.
illustration 3D d'une bactérie Pseudomonas aeruginosa Photo: iStock
Alain Labelle

Les bactéries utilisent un sens tactile pour mobiliser successivement des moteurs moléculaires qui produisent des cycles d'extension et de rétraction, un phénomène qui ressemble à une forme de marche.

C’est ce que viennent d’observer pour la première fois des microbiologistes suisses de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) à l’aide d’une nouvelle technique de microscopie inventée par leur collègue britannique Philipp Kukura de l’Université d’Oxford.

Cette méthode, appelée microscopie interférométrique à diffusion (iSCAT), a ainsi permis de voir des filaments larges de quelques nanomètres (les pili) dans des cellules vivantes, sans marqueur chimique, à haute vitesse et en trois dimensions.

Anatomie d'une bactérie, les pili recouvrant sa surface.Agrandir l’imageAnatomie d'une bactérie, les pili recouvrent sa surface. Photo : iStock

Le système nerveux central de l’humain traite des signaux mécanosensibles pour mobiliser successivement des éléments moteurs, déclenchant ainsi la contraction des muscles et entraînant le mouvement.

Lorenzo Talà, EPFL

M. Talà et ses collègues ont réussi à observer un mécanisme similaire chez la bactérie Pseudomonas aeruginosa.

Le saviez-vous?

La P. aeruginosa est une bactérie robuste, naturellement très résistante aux antibiotiques, qui s'adapte rapidement aux attaques médicamenteuses.

Petite révolution bactérienne

À ce jour, la mobilité des bactéries n’était pas bien décrite parce que les microbiologistes ne possédaient pas les outils nécessaires pour visualiser directement leurs filaments.

La compréhension de leur mouvement n’en demeure pas moins cruciale afin de mieux prévoir leur comportement, et permettre, à terme, à la médecine de mieux combattre certains agents pathogènes virulents.

L’iSCAT permet maintenant d’observer directement les structures qu’utilisent plusieurs types de bactéries pour se déplacer.

« Les surfaces bactériennes sont garnies de filaments de protéines impliqués dans leur motilité, leur adhérence, les signaux qu’elles envoient et leur pathogénicité. En fin de compte, ils déterminent comment les bactéries interagissent avec leur environnement », explique Lorenzo Talà.

Les filaments sont si petits qu’il est extrêmement compliqué de les observer dans des cellules vivantes.

Nous ne possédons dès lors que des connaissances élémentaires de leurs mouvements.

Lorenzo Talà

Ce sont donc les « pili de type IV », des filaments d’une largeur de l’ordre du nanomètre, fixés à la surface de nombreuses bactéries qui se déploient et se contractent pour les aider à se mouvoir par rétraction.

Ce phénomène de rétraction active mécaniquement la virulence de certains agents pathogènes. Selon les chercheurs, la rétroaction représente une cible privilégiée pour les combattre.

Une bactérie sous la nanoloupe

La bactérie Pseudomonas aeruginosa est un agent pathogène opportuniste que l’on trouve généralement dans les sols.

Il s’agit d’une bactérie qui préoccupe les autorités sanitaires, puisqu’elle est la principale cause d’infections nosocomiales et d’infections graves chez les personnes souffrant de mucoviscidose, les victimes de brûlures et les patients immunodéprimés.

D’ailleurs, elle figure au premier rang de la liste des bactéries résistantes aux antibiotiques établie par l’Organisation mondiale de la santé (OMS).

La technologie iSCAT a permis de mieux comprendre la coordination des mouvements des pili de type IV de la Pseudomonas aeruginosa en parvenant à observer de façon dynamique des pili de bactéries vivantes issues directement d’une culture.

Voici ce que les scientifiques ont pu constater :

  • Le contact de l’extrémité du pilus avec la surface active un moteur moléculaire qui amorce la rétraction.
  • Cette rétraction améliore ensuite la fixation du pilus sur la surface, accélérant le déplacement de la bactérie.
  • Et un second moteur moléculaire, plus puissant, renforce le déplacement de la bactérie exposée à un frottement élevé.

Cette séquence montre que les pili agissent comme des capteurs et révèle un nouveau mécanisme d’interaction des bactéries avec les surfaces.

Elle montre surtout que pour coordonner les mouvements dynamiques de leur système de motilité, les bactéries utilisent des mécanismes étonnamment analogues à ceux auxquels des organismes plus évolués, notamment l’humain, ont recours pour bouger leurs membres et se déplacer.

Le détail de cette étude est publié dans la revue Nature Microbiology (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Médecine

Science