Des chercheurs de l’Université d’Oxford ont découvert les raisons évolutives de la diversité des armes bactériennes. En utilisant Pseudomonas aeruginosa, ils ont démontré que les armes à courte portée sont efficaces dans des conditions de faible densité, tandis que les armes à longue portée excellent dans des conditions de densité plus élevée. Ces connaissances pourraient jouer un rôle crucial dans le développement de nouvelles méthodes de lutte contre les bactéries résistantes aux médicaments.
Une nouvelle étude menée par le Université d’Oxford a mis en lumière pourquoi certains espèces de bactéries transportent d’étonnants arsenaux d’armes. Les résultats, publiés aujourd’hui dans la revue Écologie et évolution de la naturepourrait nous aider à concevoir des microbes capables de détruire des agents pathogènes mortels, réduisant ainsi notre dépendance aux antibiotiques.
- Une nouvelle étude s’attaque au mystère de la raison pour laquelle les bactéries portent souvent diverses armes.
- Les résultats montrent que différentes armes sont les mieux adaptées à différents scénarios de compétition.
- Les armes à courte portée aident les bactéries à envahir les communautés établies ; les armes à longue portée sont utiles une fois établies.
Diversité des armes bactériennes
De nombreuses espèces de bactéries possèdent plusieurs armes pour attaquer leurs concurrents. Il s’agit à la fois d’armes à courte portée qui nécessitent un contact direct avec les cellules voisines et d’armes à longue portée, telles que les toxines libérées dans l’environnement. Jusqu’à présent, la raison pour laquelle les bactéries ont évolué pour transporter un si large éventail d’armes reste un mystère.
Le co-auteur de l’étude, le professeur Kevin Foster (Départements de biologie et de biochimie, Université d’Oxford), a déclaré : « Contrairement aux animaux, qui ont tendance à porter un seul type d’arme comme des cornes, des bois ou des défenses, les espèces bactériennes portent généralement plusieurs armes. Mais la base évolutive de cette évolution n’était pas claire : pourquoi ne pas simplement investir dans un seul type ? Une théorie était que les bactéries portent plusieurs armes car elles remplissent différentes fonctions pendant la compétition.
Enquêter Pseudomonas aeruginosa
Les chercheurs ont testé cela en utilisant l’agent pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosaun agent pathogène prioritaire selon l’Organisation mondiale de la santé, en raison de l’émergence rapide de souches multirésistantes. P. aeruginosa possède diverses armes, notamment la capacité de produire diverses molécules toxiques (une arme à longue portée) et des filaments chargés de toxines ancrés à sa membrane externe (une arme à courte portée).
L’équipe a conçu une série d’expériences pour déterminer dans quelles conditions les armes à courte portée par rapport aux armes à longue portée donnent un plus grand avantage. Ils ont utilisé l’édition du génome pour générer P. aeruginosa souches qui manquaient et étaient sensibles soit aux filaments chargés de toxines, soit aux toxines à longue portée appelées tailocines. Les souches sensibles ont ensuite été cultivées sur des plaques de gélose avec contrôle P. aeruginosa sur deux jours, selon des ratios différents. Étant donné que les souches exprimaient chacune une protéine fluorescente différente, les chercheurs ont pu quantifier le rapport entre les bactéries attaquantes et les bactéries sensibles.
Efficacité des armes dans différents scénarios
Les résultats expérimentaux ont clairement démontré que les deux armes fonctionnent mieux dans des conditions différentes. Les tailocines, l’arme à longue portée, ne sont devenues efficaces que lorsque les bactéries attaquantes étaient en forte densité et plus courantes que la concurrence. D’un autre côté, le transport de filaments chargés de toxines conférait un avantage concurrentiel dans une gamme beaucoup plus large de conditions. Cela incluait des situations dans lesquelles les bactéries attaquantes n’étaient présentes qu’en faible nombre au départ et devaient rivaliser avec une population plus large de bactéries sensibles.
Avantages de la double arme
Les chercheurs ont ensuite défié les deux variétés modifiées lors de compétitions directes. Lorsque les souches démarraient à une fréquence égale, les bactéries portant des filaments chargés de toxines avaient un net avantage. Cependant, les deux utilisateurs d’armes ont pu gagner lorsqu’ils ont commencé dans la majorité.
De plus, lorsque les cellules pouvaient utiliser les deux armes simultanément, elles étaient capables de supprimer les bactéries sensibles de manière significativement meilleure que les souches utilisant une seule arme, démontrant que les armes à courte et à longue portée se complétaient.
Implications et recherches futures
Selon les chercheurs, les résultats montrent que les armes à courte et longue portée fonctionnent différemment selon le scénario de compétition. Le co-auteur, le Dr Sean Booth (Université d’Oxford) a déclaré : « Nos résultats démontrent qu’un avantage particulier des armes dépendantes du contact est qu’elles sont efficaces même lorsque les utilisateurs sont désavantagés numériquement. Cela suggère qu’ils pourraient avoir évolué pour permettre aux bactéries d’envahir une population établie, alors qu’elles sont dépassées en nombre par les bactéries résidentes.
Cette théorie était étayée par un modèle informatique simulant un faible nombre de cellules attaquantes attaquant une plus grande population de cellules sensibles. Dans le modèle, les cellules utilisant des armes à courte portée ont réussi à envahir la communauté, contrairement aux cellules utilisant des armes à longue portée. Cependant, lorsque les cellules utilisant des armes à longue portée étaient présentes en grand nombre et étaient plus fréquentes que la concurrence, celles-ci sont devenues extrêmement efficaces, donnant aux attaquants un avantage concurrentiel significatif.
Les chercheurs étudient actuellement comment appliquer les résultats pour concevoir sur mesure des micro-organismes bénéfiques capables de supplanter les souches pathogènes.
Le co-auteur, le Dr William Smith (Université d’Oxford et Université de Manchester) a déclaré : « Ces résultats nous ont donné des informations précieuses sur les types d’armes dont les bactéries ont besoin pour réussir à envahir et à persister dans une communauté. En fin de compte, cela pourrait nous aider à développer des moyens sans antibiotiques pour lutter contre les bactéries multirésistantes.
