Il y a une raison pour laquelle les bactéries conservent leur forme

 « Il y a une raison pour laquelle les bactéries conservent leur forme », source communiqué de Rice University.

Les théoriciens de Rice montrent comment les processus aléatoires s'annulent pour assurer la santé microbienne.

Bactéries grasses ? Bactéries maigres ? De notre point de vue d'en haut, elle semblent toutes avoir à peu près la même taille. En fait, elle l'ont.

Précisément pourquoi a été une question ouverte, selon le chimiste de l'Université Rice, Anatoly Kolomeisky, qui a développé une théorie.

Un mécanisme primitif chez les bactéries qui les maintient dans leurs zones habitable (Goldilocks zones) personnelle - c'est-à-dire juste - semble dépendre de deux moyens aléatoires de régulation, croissance et division, qui s'annulent. Le même mécanisme pourrait donner aux chercheurs une nouvelle perspective sur la maladie, y compris le cancer.

Le «modèle minimal» de Kolomeisky, chercheur en postdoc chez Rice et les auteurs principaux Hamid Teimouri et Rupsha Mukherjee, ancien assistant de recherche chez Rice maintenant à l’Institut indien de technologie de Gandhinagar, apparaît dans le Journal of Physical Chemistry Letters de l’American Chemical Society.

« Partout où nous voyons des bactéries, elles ont plus ou moins les mêmes tailles et formes », a déclaré Kolomeisky. « C’est la même chose pour les cellules de nos tissus. C'est une signature de l'homéostasie, où un système essaie d'avoir des paramètres physiologiques qui sont presque les mêmes, comme la température corporelle ou notre tension artérielle ou le taux de sucre dans notre sang. »

« La nature aime avoir ces paramètres dans une gamme très étroite afin que les systèmes vivants puissent fonctionner le plus efficacement » a-t-il déclaré. « Les écarts par rapport à ces paramètres sont une signature de la maladie. »

Les bactéries sont des modèles d'homéostasie, collant à une distribution étroite de tailles et de formes. « Mais les explications que nous avons jusqu'à présent ne sont pas les bonnes », a déclaré Kolomeisky. « Comme nous le savons, la science n'aime pas la magie. Mais quelque chose comme de la magie - des seuils (thresholds) - est proposé pour l'expliquer. »

Pour les bactéries, dit-il, il n'y a pas de seuil. « Essentiellement, elle n’a pas besoin d’un tel système », a-t-il déclaré. « Il existe de nombreux processus biochimiques sous-jacents, mais ils peuvent être grossièrement divisés en deux processus chimiques stochastiques: la croissance et la division. Les deux sont aléatoires, notre problème était donc d'expliquer pourquoi ces phénomènes aléatoires conduisent à un résultat très déterministe. »

Le laboratoire de Rice University est spécialisé dans la modélisation théorique qui explique les phénomènes biologiques tels que l'édition du génome, la résistance aux antibiotiques et la prolifération du cancer. Teimouri a déclaré que le couplage chimique très efficace entre la croissance et la division chez les bactéries était beaucoup plus facile à modéliser.

« Nous avons supposé que, dans des conditions de prolifération typiques, le nombre de précurseurs de protéines de division et de croissance est toujours proportionnel à la taille des cellules », a-t-il déclaré.

Le modèle prédit quand les bactéries se diviseront, leur permettant d'optimiser leur fonction. Les chercheurs ont déclaré que cela s'accordait bien avec les observations expérimentales et que la manipulation de la formule pour éliminer les bactéries de l'homéostasie a prouvé leur point de vue. L'augmentation de la longueur théorique des bactéries post-division, ont-ils dit, conduit simplement à des taux de division plus rapides, en contrôlant leur taille.

« Pour les courtes longueurs, la croissance domine, gardant à nouveau les bactéries à la bonne taille », a déclaré Kolomeisky.

La même théorie ne s’applique pas nécessairement aux organismes plus grands, a-t-il déclaré. « Nous savons que chez les humains, il existe de nombreuses autres voies biochimiques qui pourraient réguler l'homéostasie, le problème est donc plus complexe. »

Cependant, les travaux peuvent donner aux chercheurs une nouvelle perspective sur la prolifération des cellules malades et le mécanisme qui force, par exemple, les cellules cancéreuses à prendre différentes formes et tailles.

« L'un des moyens de déterminer le cancer est de voir un écart par rapport à la norme », a déclaré Kolomeisky. « Y a-t-il une mutation qui conduit à une croissance plus rapide ou à une division plus rapide des cellules? Ce mécanisme qui aide à maintenir la taille et la forme des bactéries peut également nous aider à comprendre ce qui s'y passe. »

Un modèle théorique simple élaboré par des scientifiques de l'Université Rice cherche à expliquer pourquoi les bactéries restent à peu près de la même taille et de la même forme. Le modèle montre que les processus aléatoires de croissance et de division sont liés, s'annulant pour l'essentiel. Cliquez ici pour agrandir l'image. Remerciements au Kolomeisky Research Group.