Comment un slime gluant aide les bactéries à survivre ?

« Comment un slime gluant aide les bactéries à survivre », source Université de Tsukuba.

Des chercheurs de l'Université de Tsukuba montrent que la bactérie Clostridium perfringens module la structure du biofilm à différentes températures en régulant l'expression de la nouvelle protéine extracellulaire BsaA.

Les bactéries ont la capacité de s’adapter à leur environnement pour survivre aux défenses immunitaires de l’hôte. Une de ces stratégies de survie comprend la formation d'un biofilm qui empêche le système immunitaire ou les antibiotiques d'atteindre les bactéries. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont révélé que les modulations de la structure du biofilm résultant des changements de température sont régulées par la production d'une nouvelle protéine extracellulaire appelée BsaA que produit la bactérie C. perfringens.

C. perfringens vit dans divers environnements, le sol et les intestins des animaux, et peut provoquer une intoxication alimentaire, une gangrène gazeuse et une diarrhée associée aux antibiotiques. C'est une bactérie anaérobie qui ne peut pas se développer à l'extérieur d'un hôte en raison de la présence d'oxygène. S'il est de notoriété publique qu'il peut se transformer en spores pour échapper aux attaques environnementales, ce n'est que récemment que C. perfringens s'est avéré également capable de former des biofilms. Dans ces biofilms, une communauté de C. perfringens se couvre d'une matrice dense de substances polymériques dites extracellulaires (EPS pour extracellular substances), qui contiennent des protéines, des acides nucléiques et des molécules de sucre, se protégeant ainsi des aléas extérieurs. À ce jour, on ne sait pas comment C. perfringens utilise les biofilms pour survivre dans des environnements riches en oxygène.

« Nous avons précédemment montré que la température est un signal environnemental qui influence la morphologie du biofilm de C. perfringens », explique l'auteur correspondant de l'étude, le professeur Nobuhiko Nomura. « Bien qu'à des températures plus élevées, telles que 37°C, les bactéries se fixent aux surfaces et s'entassent de manière dense dans un biofilm adhérent, à des températures plus basses, elles forment un biofilm plus épais, semblable à une pellicule. Nous voulions savoir comment ils sont capables de moduler la structure de leur biofilm en réponse aux changements de température. »

Pour atteindre leur objectif, les chercheurs ont construit une bibliothèque de 1 360 cellules mutantes (knock-out d’un gène ou inactivation toale d’un gène –aa) de C. perfringens pour voir quelles protéines sont nécessaires pour former un biofilm en forme de pellicule à 25°C. Tout au long de leur criblage, ils ont remarqué la présence d'une nouvelle protéine appelée BsaA qui est produite à l'intérieur des bactéries et transportée vers l'extérieur. Sans BsaA, les bactéries formaient soit un biofilm pelliculaire fragile, soit un biofilm adhérent uniquement. Les chercheurs ont ensuite montré que plusieurs protéines BsaA s'assemblaient sur un polymère à l'extérieur des cellules pour permettre la formation d'un biofilm stable. Lorsqu'il est exposé à l'antibiotique pénicilline G ou à l'oxygène, C. perfringens dépourvu de BsaA a eu un taux de survie significativement diminué par rapport à C. perfringens normal.

« Nos résultats montrent que la BsaA est nécessaire à la formation de biofilm pelliculaire à 25°C et à l'attribution d'une tolérance aux antibiotiques », dit l'auteur principal de l'étude, le professeur Nozomu Obana. « Nous savons que les biofilms contiennent des populations cellulaires hétérogènes, ce qui conduit à des comportements multicellulaires. Nous avons donc voulu savoir si l'hétérogénéité cellulaire affecte la production de BsaA et donc la formation d'un biofilm sous forme de pellicule. »

Les chercheurs ont découvert que la protéine SipW contrôle la polymérisation de la BsaA en un biofilm et l'ont utilisée pour étudier la formation du biofilm. En construisant C. perfringens qui produisait une protéine fluorescente lors de la production de SipW, permettant ainsi de suivre ces cellules par microscopie fluorescente, les chercheurs ont pu montrer que toutes les bactéries ne produisaient pas de SipW. De plus, ils ont constaté que la population de bactéries productrices de SipW commençait à chuter de manière significative lorsque la température passait de 25°C à 37°C. Curieusement, à 25°C, les cellules qui ne produisaient pas de SipW étaient situées près de la surface sur laquelle les bactéries se trouvaient et étaient couvertes par des cellules productrices de SipW. Une production hétérogène de SipW, et donc de BsaA, pourrait donc garantir que les cellules qui ont une tolérance plus élevée aux dangers externes protègent la sous-population bactérienne à risque.

« À 25°C, C. perfringens est plus susceptible d'être exposé à des contraintes extérieures. Nos résultats expliquent comment une communauté de C. perfringens s'assure qu'elle reste protégée lorsque la température change. Notre étude aide à comprendre les propriétés du biofilm et fournit des informations sur le développement de nouvelles stratégies antibactériennes », explique le professeur Nomura.

L'article, ‘Temperature-regulated heterogeneous extracellular matrix gene expression defines biofilm morphology in Clostridium perfringens’ (Expression du gène de la matrice extracellulaire hétérogène régulée par la température définit la morphologie du biofilm chez Clostridium perfringens) a été publié dans npj Biofilms and Microbes.

Lire le communiqué de l’Académie nationale de médecine : Masquez-vous, masquez-vous, masquez-vous !