Les scientifiques ont découvert un gène nécessaire au mode de vie inhabituel de minuscules bactéries qui vivent à la surface de bactéries plus grosses. Les bactéries compagnes sont un groupe mystérieux de minuscules micro-organismes dont le mode de vie est insaisissable. Même si les scientifiques ne peuvent cultiver que quelques-unes de ces espèces, elles font partie d’une famille diversifiée que l’on retrouve dans de nombreux environnements.
La micrographie électronique à balayage montre de petites cellules violettes de Corynebacterium se développant à la surface d'une cellule beaucoup plus grande. De nouvelles recherches menées par le laboratoire de Joseph Mougous du UW Medical Center de Seattle révèlent leur cycle de vie, leurs gènes et certains des mécanismes moléculaires à l'origine de leur mode de vie inhabituel. Ces bactéries épiphytes sont Southlakia epibionticum. Crédit image : Yaxi Wang, WaiPang Chan et Scott Braswell/Université de Washington
Les quelques espèces de Corynebacterium que les chercheurs ont pu cultiver en laboratoire vivent sur la surface cellulaire d'un autre microbe hôte plus grand. Les corynébactéries ne possèdent généralement pas les gènes nécessaires à la fabrication de nombreuses molécules nécessaires à la vie, telles que les acides aminés qui composent les protéines, les acides gras qui forment les membranes et les nucléotides de l'ADN. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que de nombreux invertébrés dépendent d’autres bactéries pour se développer.
Dans une étude récente publiée dans Cell, des chercheurs ont révélé pour la première fois les mécanismes moléculaires à l'origine du mode de vie inhabituel de Corynebacterium. Cette percée a été rendue possible grâce à la découverte de moyens de manipuler génétiquement ces bactéries, une avancée qui ouvre un monde de nouvelles orientations de recherche possibles.
Nitin S. Baliga de l'Institut de biologie des systèmes de Seattle a déclaré : « Bien que la métagénomique puisse nous dire quels microbes vivent sur et dans notre corps, les séquences d'ADN à elles seules ne nous donnent pas une idée de leur activité bénéfique ou nocive, en particulier pour les organismes qui n'ont jamais été caractérisés auparavant. "
Il a ajouté : « La capacité de perturber génétiquement Corynebacterium ouvre la possibilité d’appliquer une lentille d’analyse systémique puissante pour caractériser rapidement la biologie unique du périphyton obligatoire. » TAG PH20
L'équipe à l'origine de l'étude était dirigée par le laboratoire de Joseph Mougous du département de microbiologie de la faculté de médecine de l'université de Washington et du Howard Hughes Medical Institute.
Elles font partie des nombreuses bactéries inconnues dont les séquences d'ADN sont apparues dans des analyses génétiques à grande échelle de génomes découverts dans des communautés microbiennes riches en espèces provenant de sources environnementales. Ce matériel génétique a été appelé « matière noire microbienne » parce que l’on sait très peu de choses sur les fonctions qu’il code.
L’article de Cell souligne que la matière noire microbienne peut contenir des informations sur les voies biochimiques ayant des applications biotechnologiques potentielles. Il fournit également des indices sur les activités moléculaires qui soutiennent les écosystèmes microbiens et sur la biologie cellulaire des diverses espèces microbiennes qui s’assemblent dans ce système.
Le Corynebacterium analysé dans cette dernière étude appartient au groupe des Saccharibacteria. Ils vivent dans divers environnements terrestres et aquatiques, mais sont surtout connus pour habiter la bouche humaine. Ils font partie du microbiome buccal humain depuis au moins l’ère mésolithique et sont impliqués dans la santé bucco-dentaire humaine.
Dans la cavité buccale humaine, Saccharibacterium a besoin de la compagnie des Actinomycètes, qui sont leurs hôtes. Pour mieux comprendre comment la levure interagit avec son hôte, les chercheurs ont eu recours à la manipulation génétique pour identifier tous les gènes nécessaires à la croissance de la levure.
Mougous, professeur de microbiologie, a déclaré : « Nous sommes très heureux d'avoir une compréhension préliminaire de la fonction des gènes inhabituels portés par ces bactéries. En nous concentrant sur ces gènes à l'avenir, nous espérons percer le mystère de la façon dont les glycobactéries utilisent les bactéries hôtes pour se développer. »
Les facteurs possibles d'interaction avec l'hôte identifiés dans l'étude comprennent les structures de surface cellulaire qui peuvent aider Saccharibacterium à s'attacher aux cellules hôtes et les systèmes de sécrétion spécialisés qui peuvent être utilisés pour transporter les nutriments.
Une autre application des travaux des auteurs est la génération de cellules de levure exprimant des protéines fluorescentes. À l’aide de ces cellules, les chercheurs ont réalisé une imagerie par microfluorescence accélérée de Saccharibacterium se développant aux côtés des bactéries hôtes.
S. Brook Peterson, scientifique principal du laboratoire Moogers, a noté : « L'imagerie accélérée des cultures de cellules hôtes de Saccharobacterium révèle la complexité surprenante du cycle de vie de ces bactéries inhabituelles. »
Les chercheurs rapportent que certaines levures servent de cellules mères, adhérant aux cellules hôtes et bourgeonnant à plusieurs reprises pour produire une petite descendance. Ces petits gars continuent de rechercher de nouvelles cellules hôtes. Certains descendants deviennent à leur tour des cellules mères, tandis que d’autres semblent interagir de manière inutile avec leurs hôtes.
Les chercheurs pensent que des études supplémentaires sur la manipulation génétique ouvriront la porte à une compréhension plus large du rôle de ce qu'ils décrivent comme « le riche réservoir de matière noire microbienne hébergé par ces organismes » et pourraient potentiellement découvrir des mécanismes biologiques qui n'ont pas encore été imaginés.