Les images les plus nettes jamais de bactéries vivantes ont été enregistrées par des chercheurs de l'UCL, révélant l'architecture complexe de la couche protectrice qui entoure de nombreuses bactéries et les rend plus difficiles à tuer par des antibiotiques.
L'étude, publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA et réalisée en collaboration avec des scientifiques du National Physical Laboratory, du King's College de Londres, de l'Université d'Oxford et de l'Université de Princeton, révèle que les bactéries avec des couches externes protectrices, appelées bactéries Gram négatif, peuvent avoir des points plus forts et plus faibles à leur surface.
L'équipe a découvert que la membrane externe protectrice de la bactérie contient des réseaux denses de blocs de construction protéiques alternés par des plaques qui ne semblent pas contenir de protéines. Au lieu de cela, ces patchs (ou plaques) sont enrichis en molécules avec des chaînes de sucres (glycolipides) qui maintiennent la membrane externe étanche.
Il s'agit d'une découverte importante car la membrane externe dure des bactéries Gram négatif empêche certains médicaments et antibiotiques de pénétrer dans la cellule: cette membrane externe fait partie de la raison pour laquelle la résistance antimicrobienne de ces bactéries et les entérobactéries telles que Salmonella et E. coli) est maintenant considérée comme une menace plus importante que celle des bactéries Gram positif telles que S. aureus résistant (bien connu sous le nom de SARM).
«La membrane externe est une formidable barrière contre les antibiotiques et est un facteur important pour rendre les bactéries infectieuses résistantes aux traitements médicaux. Cependant, il est relativement peu clair comment cette barrière est constituée, c'est pourquoi nous avons choisi de l'étudier de manière aussi détaillée», a expliqué l'auteur correspondant, le professeur Bart Hoogenboom (London Center for Nanotechnology à l'UCL et UCL Physics & Astronomy).
«En étudiant les bactéries vivantes de l'échelle moléculaire à l'échelle cellulaire, nous pouvons voir comment les protéines membranaires forment un réseau qui s'étend sur toute la surface de la bactérie, laissant de petits espaces pour les patchs qui ne contiennent aucune protéine. Cela suggère que la barrière n'est peut-être pas aussi difficile à franchir ou à étirer sur toute la bactérie, mais peut avoir des points plus forts et plus faibles qui peuvent également être ciblés par les antibiotiques.»
Pour mieux comprendre cette architecture, les scientifiques ont passé une petite aiguille sur des bactéries vivantes Escherichia coli (E. coli), «sentant» ainsi leur forme générale. La pointe de l'aiguille n'ayant que quelques nanomètres de large, cela a permis de visualiser les structures moléculaires à la surface bactérienne.
Les images obtenues montrent que toute la membrane externe de la bactérie est bourrée de trous microscopiques formés par des protéines qui permettent l'entrée de nutriments tout en empêchant l'entrée des toxines. Bien que la membrane externe soit connue pour contenir de nombreuses protéines, cette nature encombrée et immobile était inattendue.
Étonnamment, les images ont également révélé de nombreux patchs qui ne semblaient pas contenir de protéines. Ces patchs contiennent un glycolipide normalement présent à la surface des bactéries à Gram négatif. De plus, un type différent de patch comme un bouton s'est formé lorsque des parties de la membrane ont été retournées à l'envers en raison de mutations. Dans ce cas, l'apparition de ces défauts était corrélée à une sensibilité accrue à la bacitracine, un antibiotique généralement efficace uniquement contre les bactéries Gram positif, mais pas contre les bactéries Gram négatif.
Comme l'explique Georgina Benn, qui a effectué la microscopie sur les bactéries dans le laboratoire du professeur Hoogenboom à l'UCL: «L'image classique de la membrane externe bactérienne montre des protéines réparties sur la membrane de manière désordonnée, bien mélangées avec d'autres éléments constitutifs de la membrane. . Nos images démontrent que ce n'est pas le cas, mais que les plaques lipidiques sont séparées des réseaux riches en protéines, tout comme l'huile se sépare de l'eau, formant dans certains cas des interstices dans l'armure de la bactérie. Cette nouvelle façon de regarder la membrane externe signifie que nous pouvons maintenant commencer à explorer si et comment un tel ordre est important pour la fonction, l'intégrité et la résistance aux antibiotiques de la membrane.»
L'équipe spécule également que les résultats peuvent aider à expliquer les moyens par lesquels les bactéries peuvent maintenir une barrière protectrice étroitement tassée tout en permettant une croissance rapide : la bactérie commune E. coli double de taille puis se divise en 20 minutes dans des conditions favorables. Ils suggèrent que les patchs glycolipidiques peuvent permettre plus d'étirement de la membrane que les réseaux de protéines, ce qui permet à la membrane de s'adapter plus facilement à la taille croissante de la bactérie.
Le travail a été aimablement financé par UKRI, les National Institutes of Health, le Conseil européen de la recherche et le ministère britannique des Affaires, de l'Énergie et de la Stratégie industrielle.
