Yin et Yang: deux molécules de signalisation contrôlent la croissance et le comportement des bactéries

« Yin et Yang: deux molécules de signalisation contrôlent la croissance et le comportement des bactéries », source communiqué de Biozentrum de l'Université de Bâle.

Les bactéries sont considérées comme de véritables experts en survie. Leur réponse adaptative rapide aux conditions environnementales changeantes repose, entre autres, sur deux molécules de signalisation concurrentes. En tant que «Yin et Yang» du contrôle métabolique, ils décident du mode de vie des bactéries, comme le rapportent dans «Nature Microbiology» des chercheurs du Biozentrum de l'Université de Bâle. 

Yin et Yang: deux molécules de signalisation concurrentes contrôlent le mode de vie des Caulobacter. (Rose: cellule swarmer (swarming : migration en masse de bactéries, coordonnée et rapide) avec un niveau de ppGpp élevé; Bleu: forme sessile avec un niveau de c-di-GMP élevé.)

Qu'il s'agisse d'agents pathogènes, de microbes des grands fonds ou d'organismes vivant dans le sol, pour survivre, les micro-organismes doivent pouvoir s'adapter rapidement aux divers changements de leur environnement, y compris l'épuisement des nutriments. Les bactéries doivent leur extraordinaire capacité à s'adapter rapidement à des conditions de vie défavorables à de petites molécules de signalisation.

Des scientifiques dirigés par le professeur Urs Jenal et le professeur Tilman Schirmer du Biozentrum, Université de Bâle, ont maintenant découvert que les bactéries utilisent deux molécules de signalisation chimiquement liées pour adapter leur mode de vie aux conditions de vie dominantes. Comme le Yin et le Yang, les deux molécules incarnent deux forces qui contrôlent réciproquement la croissance bactérienne et le métabolisme.

Des bactéries avec deux modes de vie différents

Les chercheurs ont étudié la nature antagoniste des deux molécules de signalisation ppGpp et c-di-GMP dans la cellule en utilisant Caulobacter crescentus comme organisme modèle. Cette bactérie peut se glisser dans deux rôles différents: elle peut être retrouvée sous une forme nageant librement qui est incapable de se diviser et dans un état reproductif attaché à la surface. Le mode de vie et les conditions environnementales se reflètent dans la concentration des deux molécules de signalisation. Cette information est détectée par une protéine qui lie les deux molécules de signalisation et agit comme un interrupteur moléculaire, contrôlant la croissance, le métabolisme et le mode de vie de la bactérie.

Les molécules de signalisation déterminent le mode de vie bactérien

Les molécules de signalisation ppGpp et c-di-GMP entrent en compétition pour se lier au commutateur principal. «Chez les bactéries grouillantes avec des niveaux élevés de ppGpp, la protéine est activée; il est actif », explique Urs Jenal. «Dans cet état, la consommation de glucose bat son plein. Simultanément, les radicaux oxygène dangereux qui en résultent sont efficacement neutralisés.» Cela garantit que les réactions métaboliques s'adaptent à la forte demande d'énergie des cellules mobiles du nageur et que les dommages cellulaires sont évités.

Dans des conditions de vie favorables, fournissant suffisamment de nutriments, le niveau de c-di-GMP augmente constamment, forçant le nageur à se développer dans une forme sessile. «Dans ce cas, la c-di-GMP déplace la ppGpp de la poche de liaison de la protéine, elle change sa structure et s’éteint», explique Jenal. «Cela redirige les réactions métaboliques permettant aux bactéries de s'installer, de se développer et de se reproduire. La production de blocs de construction pour la cellule est renforcée avec des substances adhésives pour la fixation en surface.»

Les grands réseaux de régulation sont interconnectés

Avec le commutateur principal moléculaire, les scientifiques ont découvert le lien entre deux grands réseaux de régulation, dont on pensait jusqu'à présent qu'ils fonctionnaient indépendamment. Bien que Caulobacter soit une bactérie environnementale inoffensive, le mécanisme récemment découvert «Yin et Yang» pourrait également jouer un rôle important chez les pathogènes.

Cela peut s'avérer d'une importance clé, car la ppGpp et la c-di-GMP influencent la virulence et la persistance bactériennes ainsi que la résistance aux antibiotiques de différentes manières, influençant ainsi le cours de nombreuses infections.