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Les images les plus précises jamais réalisées de bactéries vivantes

Image microscopique d'une bactérie E. coli vivante.

Image microscopique d'une bactérie E. coli vivante révélant la surface inégale de sa membrane protectrice externe. Un réseau dense de protéines est interrompu par des îlots lisses dépourvus de protéines (marqués par des lignes pointillées dans l'encadré).

Photo : UCL/Benn et al.

Radio-Canada

Les images les plus nettes jamais réalisées de bactéries vivantes, des E. coli, ont été obtenues par des scientifiques britanniques associés au University College de Londres (UCL).

Ces photos révèlent l'architecture complexe de la couche protectrice qui entoure les bactéries Gram-négatives. Elles montrent que la couche externe de ces bactéries n’est pas uniforme et qu’elle contient des réseaux denses de blocs de construction protéiques alternant avec des zones qui ne semblent pas contenir de protéines. Ces zones sont plutôt riches en molécules glycolipides qui maintiennent l'étanchéité de la membrane.

Il s'agit d'une découverte importante, car la membrane externe résistante des bactéries à Gram négatif empêche certains médicaments et antibiotiques de pénétrer dans la cellule, expliquent dans un communiqué les auteurs de ces travaux, dont le détail est publié dans les annales de l’académie américaine des sciences (PNAS).

Bactérie 101:

  • Les bactéries sont des micro-organismes unicellulaires, comme les virus et certains champignons.
  • Elles sont présentes partout : dans l'air, dans le sol, dans l'eau et dans le corps humain.
  • Elles sont capables de croître et de se diviser rapidement. Par exemple, l'E. coli peut doubler de taille et se diviser en l'espace de 20 minutes.
  • Certaines provoquent des maladies (listériose), alors que d'autres sont utiles à l'humain. Par exemple, certaines présentes dans l'intestin aident à la digestion.
  • Elles se présentent sous plusieurs formes, soit sphérique ou ovoïde (coccus), en bâtonnet (bacillus) ou en spirale (spirillum).
  • Les bactéries à Gram positif sont, notamment, le Staphylococcus aureus (staphylocoque doré), Streptococcus pneumoniae (pneumocoque) et le Clostridium tetani (bactérie responsable du tétanos).
  • Les bactéries à Gram négatif sont, notamment, le Neisseria meningitidis (méningocoque), l’Escherichia coli et la Salmonella (responsable de la salmonellose)

Une barrière de sécurité

La membrane externe est une formidable barrière contre les antibiotiques et constitue un facteur important de la résistance des bactéries infectieuses aux traitements médicaux, affirme le Pr Bart Hoogenboom de l’UCL.

En étudiant les bactéries vivantes de l'échelle moléculaire à l'échelle cellulaire, nous pouvons voir comment les protéines membranaires forment un réseau qui s'étend sur toute la surface de la bactérie, laissant de petits espaces qui ne contiennent aucune protéine, ajoute le Pr Hoogenboom.

Ces nouvelles connaissances laissent à penser que cette barrière n'est peut-être pas aussi difficile à franchir puisqu’elle ne s'étend pas sur toute la bactérie.

« Elle peut avoir des points plus forts et plus faibles qui peuvent également être ciblés par les antibiotiques. »

— Une citation de  Bart Hoogenboom

Architecture à l’étude

Les chercheurs ont utilisé des aiguilles dont la pointe n’avait que quelques nanomètres de large. Ils les ont passées sur des bactéries E. coli vivantes, afin de sentir leur forme globale.

C’est ce travail qui a permis de visualiser les structures moléculaires à la surface de la bactérie.

Les images obtenues montrent que toute la membrane externe de la bactérie est remplie de trous microscopiques formés par des protéines qui permettent l'entrée de nutriments tout en empêchant l'entrée de toxines.

Nos images montrent que les plaques lipidiques sont séparées des réseaux riches en protéines, tout comme l'huile se sépare de l'eau, formant dans certains cas des brèches dans l'armure de la bactérie, soutient Georgina Benn, qui a réalisé la microscopie des bactéries.

Les présents travaux pourraient éventuellement permettre d’expliquer comment les bactéries peuvent maintenir une barrière protectrice serrée tout en permettant une croissance rapide. Ils laissent à penser que les plaques de glycolipides permettent un étirement plus important de la membrane que les réseaux de protéines, ce qui facilite l'adaptation de la membrane à la taille croissante de la bactérie.

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