Les bactéries naviguent sur des surfaces à l'aide d'un ‘sens du toucher'

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«Les bactéries naviguent sur des surfaces à l'aide d'un ‘sens du toucher’», source EurekAlert! via l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.

De nombreuses bactéries pathogènes telles que Pseudomonas aeruginosa rampent sur les surfaces grâce à une motilité semblable à une marche connue sous le nom de «twitching» ou rétraction. Les filaments de l'ordre du nanomètre appelés pili de type IV sont connus pour provoquer des rétractations, mais les scientifiques ignorent quels signaux sensoriels coordonnent les mouvements des microbes.

Désormais, des chercheurs de l'EPFL ont découvert que les bactéries Pseudomonas utilisent un mécanisme similaire à notre sens du toucher pour naviguer sur les surfaces. «Cette étude change la façon dont nous pensions à la motilité des bactéries», explique l'auteur Alexandre Persat, professeur à la Faculté des sciences de la vie de l'EPFL.

Les scientifiques savent que les cellules humaines et animales peuvent se diriger vers des surfaces solides ou semi-solides, mais il n'était pas clair si les bactéries pouvaient également guider leur mouvement en fonction de la force mécanique, dit Persat. C'est parce que la plupart des études se sont concentrées sur l'identification des mécanismes qui guident les bactéries à nager vers des produits chimiques tels que les aliments, un phénomène connu sous le nom de chimiotaxie.

Les recherches du laboratoire de Persat se sont plutôt concentrées sur la façon dont les bactéries détectent et réagissent aux forces mécaniques. Des études antérieures ont montré que le pilus de Pseudomonas fonctionne comme un harpon : après s'être étendu et toucher une surface, le pilus activeun moteur moléculaire qui rétracte le filament, propulsant ainsi la cellule vers l'avant.

Pour comprendre ce qui coordonne les moteurs pili, des chercheurs du groupe Persat et leurs collaborateurs de l'Université de Californie à San Francisco ont examiné comment les bactéries Pseudomonas se déplacent sur des surfaces telles que le fond d'une boîte de laboratoire. L'équipe soupçonnait qu'un réseau de protéines appelé système Chp régule le twitching. Elle a donc analysé des bactéries dépourvues de différents composants du système Chp. Certaines de ces bactéries mutantes pouvaient à peine se déplacer alors qu'elles continuaient à bouger d'avant en arrière; d'autres avançaient toujours, même lorsqu'elles heurtaient un obstacle.

En combinant des marqueurs fluorescents avec une technique de microscopie qui permet d'observer des pili uniques dans des cellules vivantes, les chercheurs ont découvert qu'une protéine messagère active les pili pour s'étendre, propulsant la cellule vers l'avant, tandis qu'une autre protéine inhibe la formation de pili à l'avant cellule en mouvement. Les deux messagers opposés ne se trouvent pas au même endroit dans la cellule. «L'activateur se localise à l'avant, là où la cellule sent la surface avec ses pili, tandis que l'inhibiteur se localise partout ailleurs», explique le co-premier auteur de l'étude, Marco Kühn.

Lorsque les bactéries heurtent un obstacle tel qu'une autre cellule, l'inhibiteur leur permet de s'arrêter et de changer de direction, ont découvert les chercheurs. «Cela aide les cellules à naviguer en fonction de ce qu'elles ressentent devant elles, comme une personne aveugle utilisant une canne blanche», explique Persat. La capacité de détecter l'environnement environnant est utile lorsque les bactéries se déplacent en groupe, ajoute-t-il, car elle aide les microbes à avancer tous dans la même direction.

Les résultats, publiés dans PNAS, mettent en lumière la façon dont les bactéries se déplacent et pourraient avoir des implications importantes pour la santé humaine. Pseudomonas aeruginosa, un agent pathogène opportuniste que l'on trouve couramment dans le sol, est l'une des principales causes d'infections nosocomiales. Des agrégats de bactéries Pseudomonas se forment généralement sur des surfaces telles que des cathéters et des respirateurs et peuvent être extrêmement résistants aux désinfectants et aux médicaments antimicrobiens.

De plus, des recherches antérieures du groupe Persat ont montré que Pseudomonas utilise ses pili pour réguler la sécrétion de toxines. Pour cette raison, mieux comprendre le «sens du toucher» des microbes pourrait aider à développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, dit Persat.

Ensuite, les chercheurs visent à découvrir comment les bactéries convertissent un stimulus mécanique en une réponse cellulaire, explique Lorenzo Talà, co-premier auteur de l'étude. «Nous aimerions comprendre le mécanisme moléculaire derrière le sens du toucher [des bactéries]», dit-il.