L'évolution expérimentale sur le long terme découple la taille et les coûts de production chez Escherichia coli

Escherichia coli. Crédit Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH.

Accrochez-vous un peu, le monde microbien, et celui de Escherichia coli en particulier est fascinant avec cette série d’expériences sur son évolution ...

«Une expérience d'évolution avec des bactéries remet en question la sagesse conventionnelle sur la taille et le coût de production», source phys.org.

En 1988, un biologiste de la Michigan State University, Richard Lenski, a déposé 12 flacons de E. coli et son groupe a maintenu et suivi leur évolution depuis. Périodiquement, des sous-échantillons sont congelés, permettant aux scientifiques de comparer les bactéries à différents moments en les ramenant à la vie.

Au fil du temps, les E. coli en évolution ont grossi; après 60 000 générations, les cellules font environ deux fois la taille de leurs ancêtres. Mais cette augmentation de taille s'est-elle accompagnée de changements que nous attendons dans le métabolisme, la taille et les taux de croissance de la population ?

Des chercheurs du Monash University Center for Geometric Biology ont collaboré avec Richard Lenski pour le découvrir. Les résultats sont publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Le métabolisme dicte la vitesse à laquelle les organismes transforment l'énergie en entretien et en production.

Alors que les espèces plus grandes ont des taux métaboliques plus élevés, elles sont en fait plus efficaces et ont donc des taux métaboliques plus faibles par rapport à leur taille. Ainsi, alors que les espèces plus petites ont des densités de population plus élevées et peuvent atteindre ces densités plus rapidement, la masse totale de la population est plus élevée chez les espèces plus grandes (pensez aux souris et aux éléphants).

Mais est-ce que ce qui précède est vrai au sein d'une espèce?

Souvent, la série de tailles au sein d'une espèce n'est pas particulièrement large, ce qui rend les inférences sur la taille difficiles à tester.

Les bien nommées «Lignes de Lenski» contournent ce problème. Le laboratoire de Richard a envoyé des échantillons congelés de l'original E. coli, les ancêtres, ainsi que des échantillons de 10 000 et 60 000 générations d'évolution.

Les chefs de projet de l'École des sciences biologiques de l'Université Monash, le professeur Dustin Marshall et le Dr Mike McDonald, ont entrepris de faire revivre les cellules et de mesurer la taille des cellules, le métabolisme, la taille de la population et la croissance de la population.

«Nous avons constaté qu'à mesure que les cellules grossissaient au cours de l'évolution, les taux métaboliques augmentaient mais étaient inférieurs par rapport à leur taille, comme le prévoyait la théorie», a déclaré le professeur Marshall.

«Également prévu par la théorie, les populations de cellules plus grandes avaient des densités de population plus faibles mais une biomasse plus élevée que leurs ancêtres plus petits», a-t-il déclaré.

«La grande surprise et à l'opposé de la théorie, c'est que les populations de cellules plus grandes, malgré leur métabolisme relativement plus faible, ont augmenté plus rapidement que les cellules plus petites.»

Le Dr McDonald a déclaré qu'il était souvent supposé que l'énergie nécessaire pour produire un nouvel individu était directement proportionnelle à sa masse, mais cette expérience a montré que ce n'est pas nécessairement le cas.

«Pourquoi alors, une cellule plus grande serait-elle moins chère à construire et à entretenir ?»

Les cellules de E. coli consomment beaucoup d'énergie pour maintenir les gradients ioniques à travers les membranes cellulaires. Comme les cellules plus grandes ont des surfaces plus petites par rapport à la masse, elles devraient également avoir des coûts de maintenance inférieurs à ceux des cellules plus petites. Les cellules évoluées ont également des génomes légèrement plus petits que les cellules ancestrales plus petites, de sorte que les coûts de réplication du génome sont inférieurs pour les cellules plus grandes.

De plus, les cellules évoluées ont affiné leurs composants génétiques dans cet environnement hautement prévisible, réduisant ainsi l'expression coûteuse de transcrits et de protéines inutiles.

«Remarquablement, il semble que l'évolution puisse dissocier les coûts de production de la taille; il n'y a aucun inconvénient à augmenter les taux de croissance des cellules évoluées plus grandes en termes de rendement», a déclaré le Dr McDonald.

Référence. Dustin J. Marshall et al, Long-term experimental evolution decouples size and production costs in Escherichia coli, PNAS (2022). DOI: 10.1073/pnas.2200713119

Importance

Les populations d'organismes plus grands devraient être plus efficaces dans leur utilisation des ressources, mais croître plus lentement, que les populations d'organismes plus petits. Les relations entre la taille, le métabolisme et la démographie forment le fondement de la théorie métabolique, mais la plupart des tests empiriques ont été corrélatifs et indirects. Des lignées expérimentales de Escherichia coli qui ont évolué pour produire des cellules plus grandes offrent une occasion unique de tester comment la taille, le métabolisme et la démographie covarient. Bien que les grandes cellules aient un métabolisme relativement plus lent, elles se développent plus rapidement que les petites cellules. Elles obtiennent cet avantage d’un taux de croissance en réduisant les coûts relatifs de production de leurs plus grandes cellules. Cette évolution peut dissocier les coûts de production de la taille remet en question une hypothèse fondamentale sur les liens entre la physiologie et l'écologie.

Résumé

La taille corporelle covarie avec la dynamique des populations dans les domaines de la vie. Le métabolisme peut imposer des contraintes fondamentales sur la coévolution de la taille et de la démographie, mais les tests expérimentaux des liens de causalité restent insaisissables. Nous tirons parti d'une expérience de 60 000 générations dans laquelle des populations de Escherichia coli ont développé des cellules plus grandes pour examiner la mise à l'échelle métabolique intraspécifique et les corrélations avec les paramètres démographiques. Au cours de leur évolution, les cellules ont à peu près doublé de taille par rapport à leurs ancêtres. Ces cellules plus grosses ont des taux métaboliques absolument plus élevés, mais par rapport à leur taille, ils sont plus faibles. La théorie métabolique a prédit avec succès les relations entre la taille, le métabolisme et la densité de population maximale, y compris le soutien de la loi d'équivalence énergétique de Damuth, de sorte que les populations de cellules plus grandes atteignaient des densités maximales inférieures mais des biomasses maximales plus élevées que les populations de cellules plus petites. La mise à l'échelle du métabolisme avec la taille des cellules prédit ainsi la mise à l'échelle de la taille avec une densité de population maximale. Contrairement à la théorie standard, cependant, les populations de cellules plus grandes ont augmenté plus rapidement que celles de cellules plus petites, contredisant l'hypothèse fondamentale et intuitive selon laquelle les coûts de construction de nouveaux individus devraient évoluer directement avec leur taille. La découverte que les coûts de production peuvent être découplés de la taille nécessite une réévaluation des facteurs évolutifs et des conséquences écologiques de la taille biologique plus généralement.

Aux lecteurs du blog

Je suis en conflit depuis plusieurs années avec la revue PROCESS Alimentaire pour une triste question d’argent qui permettrait de récupérer et de diffuser correctement les 10 052 articles initialement publiés gracieusement par mes soins de 2009 à 2017 sur le blog de la revue, alors qu’elle a bénéficié de la manne de la publicité faite lors de la diffusion de ces articles. La revue PROCESS Alimentaire s’est comportée et continue de se comporter en censeur et refuse tout assouplissement pour la modique somme de 500 euros. N’ayant pas les moyens d’aller devant la justice, je leur fait ici de la publicité gratuite. Derrière cette revue, il y a des aimables censeurs, les journalistes complices de la direction !

A propos de la restauration du futur, selon un rapport d'un cabinet d'audit

Selon la société Deloitte (audit, conslting, etc.): «Le restaurant du futur doit évoluer pour servir les consommateurs d’une nouvelle manière», source communiqué de Deloitte.

Près de la moitié des consommateurs ne retourneront probablement pas dans un restaurant qui a eu un incident de sécurité des aliments.

La demande des consommateurs place la commodité, les expériences numériques et la sécurité sanitaire comme des éléments permanents au menu d’un restaurant.

Points clés à retenir

Près des deux tiers (64%) des consommateurs ne prévoient pas de reprendre leurs habitudes avant la pandémie d’un repas au restaurant au cours des six prochains mois.

La restauration hors établissement est devenue un élément permanent de l'expérience du restaurant: 61% des consommateurs commandent des plats à emporter ou en livraison au moins une fois par semaine, contre 29% il y a un an et 18% avant la pandémie.

La demande d'expériences numériques fluides continue d'être au sommet du menu. Plus de la moitié (57%) des consommateurs qui commandent des plats à emporter ou en livraison préfèrent utiliser une application numérique; près des deux tiers (67%) des convives sur place préfèrent commander leur nourriture par voie numérique.

Un tiers des consommateurs déclarent que des protocoles de propreté et de sécurité sanitaire améliorés sont importants pour retourner plus tôt et plus fréquemment manger sur place.

Pourquoi cela compte ?

L'industrie de la restauration est sur des montagnes russes depuis près de deux ans, alors que les changements alimentés par la COVID-19 continuent de se dérouler à un rythme rapide. Le nouveau rapport de Deloitte, The Restaurant of the Future: A Vision Evolves (Le restaurant du futur: une vision qui évolue), examine comment la demande des consommateurs en matière de commodité, d'expériences numériques et de sécurité influence en permanence les modèles commerciaux des restaurants. Le rapport est basé sur un sondage auprès de 1 000 Américains déployés en septembre 2021 qui avaient commandé dans un restaurant au cours des trois derniers mois.

Les consommateurs savourent les options pratiques de restauration

Alors que les restaurants étaient autrefois synonymes de salle à manger traditionnelle, une préférence croissante pour la commodité des repas hors établissement stimule la demande des consommateurs pour une qualité et une variété «de type restaurant». En fait, 64% des consommateurs ne prévoient pas de revenir à leurs habitudes d'avant la pandémie, à savoir manger au restaurant dans les six prochains mois.

L'incidence des commandes de plats à emporter et de livraison augmente alors même que les salles à manger ont rouvert avec 61% des consommateurs commandant des plats à emporter ou des livraisons dans les restaurants au moins une fois par semaine, contre 29% il y a un an et 18% avant la pandémie.

La qualité est un ingrédient important dans toutes les commandes, car trois clients sur cinq s'attendent à la même qualité et fraîcheur en livraison et à emporter qu'en salle à manger.

Les consommateurs commandent le plus souvent dans les restaurants à service rapide (RSR) à 62,6%, suivis des restaurants rapides casuals (52%) et des établissements de restauration casual (40,5%). Les dépenses dans les RSR ont également augmenté de plus de 100% d'une année sur l'autre.

Qu'ils mangent sur place ou à l'extérieur, près des trois quarts des répondants (68%) ne souhaitent pas attendre plus de 30 minutes pour leur nourriture (inchangé par rapport à 2020), démontrant la préférence continue pour la rapidité du service.

En outre, une écrasante majorité de 79% des consommateurs déclarent qu'ils sont susceptibles de commander dans des cuisines fantômes, une tendance qui est 20% plus élevée qu'il y a un an et 32% plus élevée qu'il y a deux ans.

Parmi les nombreuses options de commande au restaurant, le service au volant est la méthode la plus préférée, 37% des répondants la classant comme premier choix.

L'importance des protocoles de sécurité sanitaire au menu

Les restaurants ont toujours mis l'accent sur la sécurité sanitaire; cependant, les effets à long terme de la pandémie continuent d'avoir un impact sur les sentiments des consommateurs concernant la fréquentation des restaurants et la nourriture qu'ils commandent. Selon l'étude, les consommateurs doivent visiblement voir les procédures mises en œuvre pour protéger la préparation et le transport de leurs aliments afin d'inspirer confiance dans l'expérience culinaire.

Un tiers (33%) de tous les consommateurs déclarent que des protocoles de propreté et de sécurité sanitaire améliorés sont importants pour revenir plus tôt aux repas sur place et manger plus souvent au restaurant. Cela est particulièrement vrai pour les baby-boomers (32,3%), la génération X (23%) et les millennials (25,2%), tandis que la sécurité sanitaire est moins une priorité pour la génération Z (il ne s’agit pas d’Eric Zemmour -aa) (4,9%).

Plus de la moitié (55%) des répondants sont prêts à payer entre 10% et 50% de plus pour connaître la sécurité sanitaire et la propreté qui entourent la préparation et le transport de leurs aliments.

Près de la moitié (45%) des consommateurs sont peu susceptibles de retourner dans un restaurant qui a eu un incident lié de sécurité des aliments.

Aux lecteurs du blog

Grâce à la revue PROCESS Alimentaire, vous n'avez plus accès aux 10 052 articles initialement publiés par mes soins de 2009 à 2017 sur le lien suivant, http://amgar.blog.processalimentaire.com/. Triste histoire de sous ...

Un an d'évolution du SARS-CoV-2

«Un an d'évolution du SARS-CoV-2», source Microbiology Society.

Le 15 avril 2021, des chercheurs ont publié un examen approfondi des mutations du SARS-CoV-2 qui ont eu lieu au cours de l'année écoulée dans le Journal of General Virology. La revue discute des résultats de plus de 180 articles de recherche et suit les changements qui ont eu lieu dans le génome du SARS-CoV-2 et les variants qui en ont résulté.

Un certain nombre de variants du SARS-CoV-2 ont émergé d'hôtes immunodéprimés, selon l'étude. On pense que les variants préoccupants, y compris B.1.1.7 (encore appelé variant anglais -aa), un variant identifié pour la première fois dans le Kent, étaient le résultat d'une infection à long terme chez des personnes dont le système immunitaire était affaibli.

Des infections persistantes chez les personnes immunodéprimées peuvent entraîner une mutation plus fréquente du virus car le système immunitaire de la personne ne peut pas éliminer le virus aussi rapidement que le système immunitaire d’une personne en bonne santé.

Les auteurs, Professeur Wendy Barclay, Dr Thomas Peacock, Professeur Julian Hiscox et Rebekah Penrice-Randal expliquent l'importance de surveiller les changements génétiques dans le SARS-CoV-2 pour le contrôle futur du virus: «Alors que de plus en plus de variants apparaissent, nous nous avons une meilleure image de leurs similitudes et différences partagées et pouvons mieux prédire à quoi ressembleront les autres nouveaux variants. Rassembler toutes ces informations nous aidera également à concevoir des vaccins booster qui protègent contre autant de variants que possible ou à concevoir des diagnostics ciblés», ont-ils déclaré.

Leur revue examine où les mutations se sont produites, quelle partie du virus elles affectent et comment les variants résultants pourraient avoir un impact sur les efforts de vaccination. Selon les auteurs, des mutations dans le SARS-CoV-2 sont attendues, car le virus s'adapte à l'homme. «Le séquençage des coronavirus humains saisonniers n'a pas été fait à une échelle comme le SARS-CoV-2, en particulier lorsqu'ils se seraient initialement propagés chez l'homme. Le SARS-CoV-2 est au début de son voyage chez l'homme alors que d'autres coronavirus humains existent, dans certains cas, depuis de nombreuses décennies», ont-ils dit.

Des variants avec des mutations identiques ou similaires ont émergé indépendamment dans différents pays: «Le SARS-CoV-2 est probablement encore en train de trouver son chemin chez l'homme en termes d'infection et de transmission optimales. L'ampleur de l'épidémie et les efforts massifs de séquençage permettront d'identifier des mutations concomitantes; fondamentalement, le virus subit les mêmes types de pressions de sélection où que vous soyez dans le monde, et l'épidémie a été semée par le même virus d'origine», ont expliqué les auteurs.

Les mutations présentant un intérêt particulier comprennent celles de la protéine de pointe (spike protein). Cette protéine permet au virus de pénétrer dans les cellules hôtes et est la cible principale du système immunitaire, y compris l'immunité générée par tous les vaccins actuels contre le SARS-CoV-2.

Des mutations dans le gène qui code pour la pointe pourraient changer la forme de la protéine, lui permettant de ne plus être reconnue par le système immunitaire. Parce que cette protéine est si importante pour l'entrée du SARS-CoV-2, les mutations favorables ont plus de chances de réussir et de créer de nouvelles variants dominants du virus.

Les changements qui donnent un avantage au virus peuvent rapidement devenir dominants. Par exemple, une mutation, nommée D614G, a été trouvée dans 80% des virus SARS-CoV-2 séquencés quatre mois seulement après sa première détection. Désormais, les virus sans la mutation D614G ne sont couramment observés que dans certaines régions d'Afrique.

Une autre mutation, N501Y, se trouve dans le variant B.1.1.7 du SARS-CoV-2. On pense que cette mutation est le résultat de l'infection d'un individu immunodéprimé et peut contribuer à rendre le virus plus contagieux. Les infections avec ce variant ont un taux de mortalité plus élevé. Au Royaume-Uni, B.1.1.7 est devenu le variant dominant en trois mois et est désormais responsable de plus de 90% des infections dans le pays.

Les mutations significatives des protéines de pointe discutées dans la revue comprennent:

D614G

En février 2020, une mutation a été détectée dans la protéine de pointe du SARS-CoV-2 et nommée D614G. Cette mutation rend le SARS-CoV-2 plus infectieux, mais ne rend pas le virus plus dangereux. Cette augmentation de l'infectiosité a conduit à un avantage significatif en termes de fitness et en quatre mois, 80% des virus SARS-CoV-2 séquencés dans le monde se sont révélés porteurs de la mutation. Aujourd'hui, seules certaines parties de l'Afrique ont des virus en circulation sans la mutation D614G.

Malgré les préoccupations initiales, le D614G n'a pas d'effet sur l'efficacité du vaccin et dans certains cas, les virus avec la mutation D614G sont plus facilement éliminés par les anticorps contre le SARS-CoV-2.

Y435F

À la mi-2020, les rapports sur le vison infecté par les humains sont devenus fréquents. Chez le vison, la protéine de pointe du virus a généralement développé deux mutations appelées Y435F et N501T. Ces mutations permettent une liaison plus forte du virus aux cellules réceptrices humaines. Des virus porteurs de ces mutations ont été trouvés dans un groupe d'infections humaines au Danemark, dont on pense qu'elles proviennent du vison. Fait inquiétant, ce variant était capable d'infecter des personnes qui avaient déjà été infectées par le SARS-CoV-2 et dont on pensait qu'elles avaient une certaine immunité contre le virus. En conséquence, 17 millions de visons ont été abattus.

La mutation Y435F se serait également développé chez une personne immunodéprimée, probablement à la suite d'une infection chronique par le virus lui permettant de s'adapter.

N501Y

En décembre 2020, un variant hautement transmissible du virus a été isolée dans le Kent, au Royaume-Uni. Ce variant, nommé B.1.1.7, contenait une mutation dans la protéine de pointe appelée N501Y. Non seulement cette mutation rend le virus plus contagieux, mais il a également été constaté qu'il avait un taux de mortalité plus élevé. Au Royaume-Uni, B.1.1.7 est désormais le variant dominant et est responsable de plus de 90% des cas d'infection.

La mutation N501Y s'est avérée avoir peu d'effet sur l'immunité à la fois contre les vaccins et les infections antérieures.

E484K

La mutation de protéine de pointe E484K est apparue ces derniers mois, une fois en Afrique du Sud et au moins deux fois au Brésil. Les variants avec la mutation de E484K sont capables d'échapper au système immunitaire des individus vaccinés et précédemment infectés.

On pense que cette mutation était due à des niveaux élevés d'immunité de la population, ce qui a conduit des mutations dans la protéine de pointe à échapper au système immunitaire. Au Brésil, il y a eu plusieurs rapports de personnes de la santé et d'autres personnes ayant des anticorps contre le SARS-CoV-2 qui ont été réinfectés avec des variants ayant le mutant E484K, ce qui soulève des inquiétudes quant à la protection vaccinale contre ce variant.

La revue examine également les mutations qui modifient d'autres parties du virus, telles que ORF8, une protéine accessoire dont on pense qu'elle supprime le système immunitaire de l'hôte. On a découvert que les virus avec une délétion dans le gène qui code pour ORF8 provoquent une maladie clinique moins grave.

Les auteurs de la revue ont appelé à une intensification des efforts mondiaux pour surveiller les mutations du SARS-CoV-2. Actuellement, le Royaume-Uni et le Danemark effectuent un séquençage disproportionné du génome du SARS-CoV-2. Une surveillance régulière du virus permet une identification précoce des variants émergentes et permet aux chercheurs d'identifier les mutations associées.

«Bien que la surveillance génomique en Europe et aux États-Unis soit assez forte, il devient clair que dans de vastes régions du monde, nous n'avons tout simplement aucune idée des variants qui circulent. Celles-ci commencent à apparaître en Europe sous forme d'importations ou d'épidémies communautaires. Une meilleure surveillance dans un plus large éventail de pays nous permettrait de mieux évaluer les risques à quoi pourrait ressembler la prochaine étape de la pandémie», ont dit les auteurs. «Si nous voulons surveiller l'émergence, la propagation et l'importation en cours de mutants potentiels pour échapper à un vaccin, nous devons poursuivre cet effort ou risquer de nouvelles vagues de pandémie et l'échec du vaccin. De plus, comprendre l'épidémiologie génomique du virus le plus tôt possible nous permettra de développer rapidement des rappels de vaccins mis à jour.»

Le professeur Alain Kohl, rédacteur en chef du Journal of General Virology a dit: «L'émergence des variants du SARS-CoV-2 est l'un des grands défis de la pandémie en cours. Cet article de synthèse résume nos connaissances et notre compréhension actuelles de l'évolution du virus, ainsi que de ses conséquences, par exemple en termes de vaccination. Il est d'un grand intérêt pour quiconque souhaite en savoir plus sur l'histoire de ce virus et sur ce que l'avenir peut nous réserver.»

De l'évolution de Campylobacter jejuni afin de mieux comprendre l'émergence de la résistance aux antibiotiques

«Des chercheurs de la Michigan State University (les Spartans ou Spartiates) enquêtent sur l'évolution des bactéries alimentaires pour mieux comprendre l'émergence de la résistance aux antibiotiques», source communiqué de la Michigan State University.

Sans une compréhension des mécanismes de l’évolution d’une bactérie spécifique, il est plus difficile de comprendre comment la résistance aux antibiotiques émerge et, de même, de trouver de nouvelles options de traitement thérapeutique et préventif - dans le cas de l’intoxication alimentaire à C. jejuni. Mais c'est ce qu'une équipe 'spartiate' de recherche s'efforce de comprendre.

L'étude

L'équipe a utilisé le milieu de Bolton, un milieu de croissance enrichi en nutriments, pour étudier l'évolution de C. jejuni. Le milieu de Bolton contient des nutriments qui aident à faciliter la croissance et le développement de C. jejuni tout en offrant une protection des pathogènes contre l'oxygène et d'autres expositions nuisibles. Avant cette étude, le milieu de Bolton n'avait pas encore été utilisé pour étudier ces populations spécifiques de C. jejuni.

Des études antérieures sur l’évolution de Campylobacter des souches bactériennes adaptées au laboratoire ont été utilisées, plutôt que des souches totalement pathogènes et cliniquement pertinentes comme Campylobacter jejuni, qui est l’espèce responsable de la plupart des maladies d’origine alimentaire chez les humains. Ceci est important car les souches adaptées au laboratoire et les souches cliniquement pertinentes évoluent différemment car elles existent dans des environnements différents. (Par exemple, les souches adaptées au laboratoire ne peuvent souvent pas se propulser d'elles-mêmes, car elles évoluent sur plusieurs générations dans l'environnement pépère d'un milieu de croissance. Cependant, cette capacité à se déplacer avec une aide extérieure, appelée motilité, est essentielle pour infecter un hôte. naturellement.)

Pour comprendre comment C. jejuni, mobile et adapté à l'hôte, évolue pour grandir et prospérer, l'équipe de recherche a mis en place une expérience mettant en vedette l'utilisation novatrice d'un environnement contrôlé: un milieu de croissance de laboratoire enrichi en nutriments.

Dans l'étude, les bactéries C. jejuni qui étaient mobiles ont été soumises à des passages et isolées à partir des microbiomes intestinaux de souris. Seules les bactéries entièrement mobiles sont restées après ce processus. Plus tard, ces différentes populations bactériennes ont été cultivées en laboratoire à l'aide du bouillon de Bolton. Au cours de cette phase, les scientifiques ont observé la perte de motilité des bactéries et d’autres changements génomiques associés.

«Cette conception du projet nous a permis de comparer l'évolution de C. jejuni dans l'environnement artificiel et riche en nutriments du milieu de croissance, où tout ce dont il a besoin pour survivre est automatiquement disponible et accessible», a dit le Dr Azam Ali Sher, premier auteur de l'étude publié par l'équipe de recherche. «C'est différent de l'intestin naturel des mammifères, où C. jejuni doit se déplacer pour coloniser et survivre.»

Après que l'équipe de recherche ait sous-cultivé cinq populations de C. jejuni adaptées à l'intestin de souris dans un milieu de croissance frais, ils ont poursuivi leur étude; pendant 35 jours, ils ont transféré 100 microlitres de sous-cultures dans le milieu frais toutes les 24 heures. Au cours de ces 35 jours, l'équipe a observé des changements dans la motilité de la bactérie et a noté trois types de motilité dans les cinq populations de C. jejuni:

• Réversiblement non mobile (ne peut pas se déplacer, mais cela pourrait changer)
• Irréversiblement immobile (ne peut pas se déplacer, et cela ne peut pas changer)
• Motile (peut se déplacer)

Après les 5 premiers jours, une partie importante des colonies de C. jejuni n'étaient pas mobiles. Au jour 20, la forme irréversiblement non mobile dominait. Cette perte de motilité a continué d'augmenter. Au jour 35, environ 80 pour cent des 5 populations étaient non mobiles.

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Rechercher dans l'ADN

Qu'est-ce qui a conduit à cette perte de motilité? Pour le savoir, l'équipe a effectué un nouveau séquençage du génome entier sur les cinq populations évoluées de C. jejuni. Cela signifie qu'ils ont examiné le génome entier de la bactérie, ou l'ensemble du matériel génétique, pour révéler «l'empreinte» génétique de chaque population.

L'équipe a détecté de nombreuses mutations perturbatrices dans les gènes des populations de C. jejuni associées au flagelle. À noter, ils ont observé que le gène rpoN avait un nombre élevé de délétions et contenait également plusieurs pseudogènes. Les tests ont révélé que les bactéries avec des gènes rpoN modifiés ou mutés se développaient nettement plus rapidement dans le milieu de croissance que la souche initiale de C. jejuni. Essentiellement, les bactéries non mobiles se sont développées plus rapidement dans le bouillon que les bactéries mobiles.

«Ce travail indique que C. jejuni subit une réduction du génome lorsqu'il est cultivé dans des milieux riches et suggère que ses mécanismes évolutifs dans différents hôtes et niches environnementales devraient être explorés», explique Linda Mansfield, professeur émérite de l'université

Regard vers l'avenir: possibilités thérapeutiques et préventives

Bien qu'une étude plus approfondie soit nécessaire pour confirmer quelles mutations ont déclenché la perte de motilité, et Sher note que les études in vitro doivent être interprétées avec prudence, les résultats de l'équipe pourraient s'avérer utiles à l'avenir pour les patients souffrant de campylobactériose.

«Il est peu probable que la perte de motilité puisse augmenter la virulence ou la survie de la bactérie chez un hôte», explique Sher. «Mais des études d'évolution expérimentales comme la nôtre ciblant d'autres gènes nécessaires pour provoquer une maladie pourraient être un outil efficace pour découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses et des vaccins candidats contre des bactéries pathogènes comme C. jejuni.»

Évolution d'un tueur: comment Salmonella en Afrique a fait le saut de l'intestin à la circulation sanguine

«Évolution d'un tueur: comment Salmonella en Afrique a fait le saut de l'intestin à la circulation sanguine», source Université de Liverpool.

Des scientifiques de l'Université de Liverpool ont exploité la puissance combinée de la génomique et de l'épidémiologie pour comprendre comment un type de bactérie, Salmonella, a évolué pour tuer des centaines de milliers de personnes immunodéprimées en Afrique.

Les infections sanguines causées par un type de Salmonella Typhimurium résistant aux antibiotiques appelé ST313 sont un problème de santé publique majeur en Afrique, où la maladie est endémique et cause environ 50 000 décès chaque année. Ce qui manquait était une compréhension du moment des événements évolutifs majeurs qui ont équipé Salmonella d'Afrique afin de provoquer des infections sanguines chez l'homme.

Dans un nouvel article publié dans Nature Microbiology, une équipe de chercheurs du Royaume-Uni, de France et du Malawi a échantillonné deux collections complètes d'isolats de Salmonella provenant de patients africains atteints d'infections sanguines, couvrant de 1966 à 2018, pour reconstituer le parcours évolutif de la Salmonella sur 50 ans d'infections humaines en Afrique, dont la découverte d'une nouvelle lignée de ST313 sensible aux antibiotiques.

L'étude a été dirigée par le Professeur Jay Hinton de l'Université de Liverpool, qui fait des recherches sur Salmonella depuis plus de 30 ans et dirige le 10,000 Salmonella Genomes Project, un effort mondial pour comprendre l'épidémiologie, la transmission et la virulence de la salmonellose invasive non typhique.

Le professeur Hinton a dit: «Grâce à un effort d'équipe remarquable, nous avons éliminé une partie du mystère sur l'évolution de la salmonelle africaine. Nous espérons qu'en apprenant comment ces agents pathogènes sont devenus capables d'infecter la circulation sanguine humaine, nous serons mieux préparés pour lutter contre les futures épidémies bactériennes.»

Dans l'étude, les scientifiques ont séquencé les génomes de 680 isolats de Salmonella, à partir d'archives conservées par le programme de recherche clinique Malawi Liverpool Wellcome Trust (MLW) et l'Institut Pasteur, et les ont utilisés pour découvrir la chronologie des événements génétiques cruciaux responsables de l'infection des humains immunodéprimés par S. Typhimurium ST313. Les mutations qui ont influencé la fonction des gènes au cours de l'évolution de ST313 ont été identifiées pour la première fois.

L'équipe a également découvert une nouvelle lignée sensible aux antibiotiques de ST313 qui a émergé au Malawi en 2016 et est étroitement liée aux variants de Salmonella qui provoquent des infections de l'estomac au Royaume-Uni et au Brésil. Les chercheurs pensent que les changements dans l'utilisation des antibiotiques au Malawi entre 2002 et 2015 auraient pu créer une fenêtre d'opportunité pour l'émergence de cette nouvelle lignée ST313 sensible aux antibiotiques.

Le Dr Caisey Pulford, qui a mené une grande partie de la recherche dans le cadre de son doctorat, a dit: «En combinant la puissance de l'analyse génomique avec l'épidémiologie, les observations cliniques et les connaissances fonctionnelles, nous avons montré l'intérêt d'utiliser une approche intégrée pour relier la recherche scientifique avec la santé publique.»

L'étude a été réalisée par des chercheurs de l'Université de Liverpool, de l'Université du Malawi, de l'Université Queens de Belfast, de l'Institut Pasteur, de l'Institut Earlham et du programme de recherche clinique Malawi-Liverpool-Wellcome Trust (MLW).

Des chercheurs étudient le rôle de l'élevage intensif dans l'évolution de Campylobacter

Campylobacter sp. source Université de Bath.

« L'élevage intensif augmenterait le risque d'épidémies, avertissent des scientifiques », source communiqué du 4 mai de l’Université de Bath.

La surutilisation d'antibiotiques, le nombre élevé d'animaux et la faible diversité génétique de l'élevage intensif augmentent le risque de transfert d'agents pathogènes animaux à l'homme.

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par les universités de Bath et Sheffield, a étudié l'évolution de Campylobacter jejuni, une bactérie hébergée par le bétail qui est la principale cause de gastro-entérite dans les pays à revenu élevé.

Faits sur Campylobacter:

• Provoque une diarrhée sanglante chez l'homme.
• Transféré aux humains après avoir consommé de la viande et de la volaille contaminées.
• Bien qu'il ne soit pas aussi dangereux que la typhoïde, le choléra ou E. coli, il provoque des maladies graves chez les patients ayant des problèmes de santé sous-jacents et peut causer des dommages durables.
• Environ 1 personne sur 7 souffre d'une infection à un moment de sa vie.
• Cause trois fois plus de cas que E. coli, Salmonella et Listeria réunis.
• Présents dans les fientes ou lisier de poulets, porcs, bovins et animaux sauvages.
• Campylobacter serait présent dans les fèces de 20% des bovins dans le monde.
• Le microbe est très résistant aux antibiotiques en raison de leur utilisation en élevage.

Les chercheurs, publiant dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences, ont étudié l'évolution génétique du pathogène et ont découvert que des souches spécifiques de bovins de la bactérie sont apparues en même temps qu'une augmentation spectaculaire du nombre de bovins au 20e siècle.

Les auteurs de l'étude suggèrent que des changements dans l'alimentation, l'anatomie et la physiologie des bovins ont déclenché un transfert de gènes entre des souches générales et spécifiques de bovins avec un gain et une perte de gènes importants. Cela a aidé la bactérie à franchir la barrière des espèces et à infecter les humains, déclenchant un problème de santé publique majeur.

Combiner cela avec le mouvement accru des animaux dans le monde, les pratiques d'élevage intensif ont fourni l'environnement parfait dans lequel se propager à l'échelle mondiale à travers les réseaux commerciaux.

Le professeur Sam Sheppard, directeur de la bioinformatique du Milner Center for Evolution de l'Université de Bath, a dit : « Il y a environ 1,5 milliard de bovins sur Terre, chacun produisant environ 30 kg de fumier par jour; si environ 20% d'entre eux sont porteurs de Campylobacter, cela représente un énorme risque potentiel pour la santé publique. »

« Au cours des dernières décennies, plusieurs virus et bactéries pathogènes ont transformé des espèces d'animaux sauvages en humains: le VIH a commencé chez les singes; H5N1 provenait des oiseaux; désormais, le Covid-19 est soupçonné d'être issu de chauves-souris. »

« Notre travail montre que les changements environnementaux et les contacts accrus avec les animaux de ferme ont également provoqué la propagation d'infections bactériennes aux humains. »

« Je pense que c'est un signal d'alarme pour être plus responsable des méthodes d'élevage, afin que nous puissions réduire le risque d’épidméies liées aux pathogènes problématiques à l'avenir. »

Le professeur Dave Kelly du Département de biologie moléculaire et de biotechnologie de l'Université de Sheffield a dit : « Les agents pathogènes humains hébergés par les animaux représentent une menace croissante et nos résultats soulignent comment leur adaptabilité peut leur permettre de changer d'hôtes et d'exploiter des pratiques d’élevage intensifs. »

Les chercheurs espèrent que leur étude pourra aider les scientifiques à prévoir les problèmes potentiels à l'avenir afin qu'ils puissent être évités avant qu'ils ne se transforment en une autre épidémie.

Une vidéo du premier auteur, Evangelos Mourkas, est disponible.