Une micrographie électronique à balayage montre de petites cellules violettes de Patescibacteria se développant à la surface de cellules beaucoup plus grandes. Une nouvelle recherche menée par le laboratoire de Joseph Mougous à l’UW Medicine de Seattle révèle leur cycle de vie, leurs gènes et certains des mécanismes moléculaires qui pourraient être à l’origine de leur mode de vie inhabituel. Ces bactéries épibiotiques sont Southlakia epibionticum. Crédit : Yaxi Wang, Wai Pang Chan et Scott Braswell/Université de Washington
Les scientifiques découvrent les gènes essentiels au mode de vie inhabituel de minuscules bactéries qui vivent à la surface de bactéries plus grosses.
Les patescibactéries sont un groupe mystérieux de minuscules microbes dotés de méthodes de survie insaisissables. Même si les scientifiques ne peuvent cultiver qu’une poignée de ces espèces, elles font partie d’une famille diversifiée que l’on retrouve dans de nombreux environnements.
Les quelques types de patescibactéries que les chercheurs peuvent cultiver en laboratoire résident sur la surface cellulaire d’un autre microbe hôte plus grand. Les patescibactéries ne possèdent généralement pas les gènes nécessaires à la fabrication de nombreuses molécules nécessaires à la vie, comme le acides aminés qui composent les protéines, les acides gras qui forment les membranes et les nucléotides dans ADN. Cela a conduit les chercheurs à supposer que nombre d’entre eux dépendent d’autres bactéries pour se développer.
Dans une étude récemment publiée dans Cellule, les chercheurs présentent le premier aperçu des mécanismes moléculaires derrière le mode de vie inhabituel des Patescibacteria. Cette percée a été rendue possible par la découverte d’un moyen de manipuler génétiquement ces bactéries, une avancée qui a ouvert un monde de nouvelles orientations de recherche possibles.
« 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 un aperçu de leurs activités bénéfiques ou néfastes, en particulier pour les organismes qui n’ont jamais été caractérisés auparavant », a déclaré Nitin S. Baliga de l’Institut. pour System Biology à Seattle, qui a contribué à l’étude à de nombreuses analyses informatiques et systémiques.
Larry A. Gallagher, chercheur en bactéries épibiotiques, devant un microscope dans un laboratoire de microbiologie de la faculté de médecine de l’Université de Washington. Crédit : S. Brook Peterson/Université de Washington
« La capacité de perturber génétiquement les Patescibactéries ouvre la possibilité d’appliquer une puissante optique d’analyse systémique pour caractériser rapidement la biologie unique des épibiontes obligatoires », a-t-il ajouté, en référence aux organismes qui doivent vivre sur un autre organisme pour survivre.
Les équipes à l’origine de l’étude, dirigées par le laboratoire de Joseph Mougous au Département de Microbiologie de l’Université Université de Washington La Faculté de médecine et le Howard Hughes Medical Institute se sont intéressés aux Patescibactéries pour plusieurs raisons.
Elles font partie des nombreuses bactéries mal comprises dont les séquences d’ADN apparaissent dans les analyses génétiques à grande échelle des génomes trouvés dans espèces-des communautés microbiennes riches provenant de sources environnementales. Ce matériel génétique est appelé « matière noire microbienne » car on sait peu de choses sur les fonctions qu’il code.
La matière noire microbienne est susceptible de contenir des informations sur les voies biochimiques ayant des applications potentielles en biotechnologie, selon l’étude. Cellule papier. Il contient également des indices sur les activités moléculaires qui soutiennent un écosystème microbien, ainsi que sur la biologie cellulaire des diverses espèces microbiennes rassemblées dans ce système.
Le groupe de Patescibactéries analysé dans cette dernière recherche appartient aux Saccharibactéries. Ceux-ci vivent dans divers environnements terrestres et aquatiques, mais sont surtout connus pour habiter la bouche humaine. Ils font partie du microbiome buccal humain au moins depuis le Moyen Âge de Pierre et sont associés à la santé bucco-dentaire humaine.
Dans la bouche humaine, les Saccharibactéries ont besoin de la compagnie des Actinobactéries, qui leur servent d’hôtes. Pour mieux comprendre les mécanismes utilisés par les Saccharibacteria pour établir des relations avec leurs hôtes, les chercheurs ont utilisé la manipulation génétique pour identifier tous les gènes essentiels à la croissance d’une Saccharibacterium.
Yaxi Wang, chercheur en bactéries épibiotiques, à un poste de travail anaérobie dans un laboratoire de microbiologie de la faculté de médecine de l’Université de Washington à Seattle. Crédit : S. Brook Peterson/Université de Washington
« Nous sommes extrêmement enthousiastes à l’idée d’avoir ce premier aperçu des fonctions des gènes inhabituels que ces bactéries abritent », a déclaré Mougous, professeur de microbiologie. « En concentrant nos futures études sur ces gènes, nous espérons percer le mystère de la façon dont les Saccharibacteria exploitent les bactéries hôtes pour leur croissance. »
Les facteurs possibles d’interaction avec l’hôte découverts dans l’étude comprennent les structures de surface cellulaire qui peuvent aider les saccharibactéries à s’attacher aux cellules hôtes et un système de sécrétion spécialisé qui pourrait être utilisé pour transporter les nutriments.
Une autre application des travaux des auteurs était la génération de cellules de Saccharibacteria qui expriment des protéines fluorescentes. Avec ces cellules, les chercheurs ont réalisé une imagerie fluorescente microscopique accélérée de saccharibactéries se développant avec leurs bactéries hôtes.
« L’imagerie accélérée des cultures de cellules hôtes de Saccharibacteria a révélé une complexité surprenante dans le cycle de vie de ces bactéries inhabituelles », a noté S. Brook Peterson, scientifique principal au laboratoire de Mougous.
Les chercheurs ont rapporté que certaines saccharibactéries servent de cellules mères en adhérant à la cellule hôte et en bourgeonnant à plusieurs reprises pour générer une petite progéniture en essaim. Ces petits partent à la recherche de nouvelles cellules hôtes. Une partie de la descendance est à son tour devenue des cellules mères, tandis que d’autres semblaient interagir de manière improductive avec un hôte.
Les chercheurs pensent que des études supplémentaires sur la manipulation génétique ouvriront la porte à une compréhension plus large des rôles de ce qu’ils ont décrit comme « les riches réserves de matière noire microbienne que contiennent ces organismes » et pourraient potentiellement découvrir des mécanismes biologiques encore inimaginables.
Cette étude interdisciplinaire et collaborative a été favorisée par le Centre des interactions microbiennes et du microbiome nouvellement créé (appelé par son acronyme mim_c), dirigé par Mougous. La mission de mim_c est de réduire les obstacles aux études de recherche sur le microbiome et de faire progresser les collaborations grâce à des liens entre chercheurs partageant les mêmes idées et issus de toutes les disciplines. Ici, mim_c a été le catalyseur qui a rejoint le laboratoire Mougous avec l’expert en microbiome oral Jeffrey McClean du département de parodontie de l’UW School of Dentistry.
Les auteurs principaux de cette étude étaient Yaxi Wang et Larry A. Gallagher du département de microbiologie de l’UW. Les auteurs principaux étaient Baliga, Peterson et Mougous. Les biochimistes Qian Cong de l’Université du Texas Sud-Ouest, David Baker et d’autres chercheurs de l’UW Medicine Institute for Protein Design ont également contribué aux travaux, aux côtés de McClean.
Mougous et Baker sont des enquêteurs du Howard Hughes Medical Institute. Mougous est titulaire de la chaire Lynn M. et Michael D. Garvey Endowed à l’Université de Washington.
L’étude a été financée par des subventions du Instituts nationaux de la santéla National Science Foundation, la Defense Threat Reduction Agency du ministère de la Défense, la Fondation Bill & Melinda Gates et la Fondation Welch.
