Des chercheurs de l’Université de Bâle ont développé une méthode révolutionnaire pour étudier les communautés bactériennes, révélant comment les bactéries partagent leurs ressources et coopèrent entre générations. En utilisant Bacillus subtilis En tant que modèle, l’étude met en évidence les avantages de la vie en communauté pour les bactéries et la dynamique complexe au sein de ces communautés.
Lorsque les bactéries construisent des communautés, elles coopèrent et partagent des nutriments entre générations. Des chercheurs de l’Université de Bâle ont pour la première fois démontré cela avec succès à l’aide d’une méthode nouvellement développée. Cette technique innovante permet de suivre l’expression des gènes lors du développement de communautés bactériennes dans l’espace et dans le temps.
Dans la nature, les bactéries vivent généralement en communauté. Ils colonisent collectivement notre intestin, également appelé microbiome intestinal, ou forment des biofilms tels que la plaque dentaire. Vivre en communauté offre de nombreux avantages aux bactéries individuelles, tels qu’une résilience accrue face aux conditions environnementales difficiles, une expansion vers de nouveaux territoires et des avantages mutuels découlant de ressources partagées.
Vie bactérienne dans les communautés
Le développement de communautés bactériennes est un processus très complexe dans lequel les bactéries forment des structures tridimensionnelles complexes. Dans leur dernière étude publiée le 16 novembre dans la revue Microbiologie naturellel’équipe dirigée par le professeur Knut Drescher du Biozentrum de l’Université de Bâle a étudié en détail le développement de communautés d’essaims bactériens.
Ils ont réalisé une avancée méthodologique leur permettant de mesurer simultanément l’expression des gènes et d’imager le comportement de cellules individuelles dans les communautés microbiennes dans l’espace et dans le temps.
Essaim de Bacillus subtilis bactéries sur une plaque de gélose. (Image colorisée). Crédit : Université de Bâle, Biozentrum
Partage des ressources générationnelles
« Nous avons utilisé Bacillus subtilis comme organisme modèle. Cette bactérie omniprésente se retrouve également dans notre flore intestinale. Nous avons révélé que ces bactéries, qui vivent en communauté, coopèrent et interagissent entre elles au fil des générations », explique le professeur Knut Drescher, responsable de l’étude. « Les générations précédentes déposent des métabolites pour les générations futures. »
Ils ont également identifié différentes sous-populations au sein d’un essaim bactérien, qui produisent et consomment différents métabolites. Certains des métabolites sécrétés par une sous-population deviennent la nourriture d’autres sous-populations qui émergent plus tard au cours du développement de l’essaim.
Répartition des tâches au sein des communautés bactériennes
Les chercheurs ont combiné la microscopie adaptative de pointe, les analyses de l’expression génique, les analyses des métabolites et l’échantillonnage robotique. Grâce à cette approche innovante, les chercheurs ont pu examiner simultanément l’expression des gènes et le comportement bactérien à des endroits et à des moments précis définis avec précision, ainsi qu’identifier les métabolites sécrétés par les bactéries. L’essaim bactérien pourrait ainsi être divisé en trois grandes régions : le front de l’essaim, la région intermédiaire et le centre de l’essaim. Toutefois, les trois régions affichent des transitions progressives.
« Selon les régions, les bactéries diffèrent par leur apparence, leurs caractéristiques et leur comportement. Bien qu’elles soient principalement mobiles sur les bords, les bactéries situées au centre forment de longs fils non mobiles, créant ainsi un biofilm 3D. L’une des raisons est la disponibilité variable de l’espace et des ressources », explique la première auteure Hannah Jeckel. « La répartition spatiale de bactéries au comportement distinct permet à la communauté de s’étendre mais aussi de se cacher dans un biofilm protecteur. » Ce processus semble être une stratégie répandue dans les communautés bactériennes et est crucial pour leur survie.
Dynamique et stratégies de survie dans les communautés bactériennes
Cette étude illustre la complexité et la dynamique au sein des communautés bactériennes et révèle des interactions coopératives entre les bactéries individuelles – en faveur de la communauté. Les effets spatiaux et temporels jouent ainsi un rôle central dans le développement et l’établissement de communautés microbiennes. Une étape importante de ces travaux est le développement d’une technique pionnière qui a permis aux chercheurs d’acquérir des données spatio-temporelles complètes sur un processus multicellulaire à une résolution jamais atteinte auparavant dans aucun autre système biologique.
