Le bal des protéines bactériennes mis en lumière

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Le bal des protéines bactériennes mis en lumière
jeudi 2 juin 2011Description
L'Inra et le Max Planck Institute en Allemagne, ont visualisé et caractérisé in vivo, pour la première fois, la construction de la paroi qui entoure les cellules bactériennes. Cette paroi, barrière protectrice indispensable à la survie des bactéries est également la cible de nombreux antibiotiques comme la pénicilline. Cette étude a conduit à une compréhension fine du mécanisme de formation de la paroi et permettra de proposer de nouveaux moyens de lutte contre des microorganismes pathogènes issus de l'alimentation ou de l'environnement. Ces travaux sont publiés dans l'édition en ligne avancée de SCIENCE du 2 juin 2011.

Afin de comprendre la structure de la paroi des bactéries et les mécanismes qui contrôlent la dynamique de sa croissance les chercheurs de l'INRA de Jouy-en-Josas1, en collaboration avec le Max Planck Institute of Biochemistry à Martinsried en Allemagne ont utilisé la fluorescence pour « allumer » les protéines du squelette (MreB) associées à la paroi, chez la bactérie modèle Bacillus subtilis2. Afin de suivre le devenir de ces protéines recombinantes dans la cellule, une technique de "microscopie à onde évanescente", encore appelée "microscopie de fluorescence par réflexion totale interne" (TIRFM), a été mise en œuvre. Cette méthode de pointe, particulièrement sensible pour étudier les évènements qui se produisent à la surface des cellules, n avait pas jusqu'alors été appliquée aux cellules bactériennes. Ils ont pu ainsi visualiser et quantifier la relation dynamique entre les protéines MreB et la synthèse de la paroi dans des cellules vivantes de Bacillus subtilis.

De façon inattendue, la TIRFM a révélé que les protéines MreB ne forment pas de structures en forme d'hélices, contrairement au dogme admis en biologie cellulaire bactérienne mais de petits amas indépendants, qui se déplacent perpendiculairement à l'axe longitudinal de la cellule en association avec des protéines synthétisant la paroi. Les scientifiques proposent désormais un modèle selon lequel ces molécules de synthèse de la paroi associées au squelette de la bactérie, formé par les protéines MreB, insèreraient de nouveaux éléments, en utilisant les éléments insérés précédemment comme fil conducteur. De plus, l'énergie nécessaire au processus de déplacement des molécules de synthèse serait fournie par le processus de synthèse de la paroi lui-même et non par la protéine MreB, comme postulé initialement. Le rôle de MreB consisterait alors à limiter la diffusion des complexes dans la membrane et à orienter correctement leur mouvement.

Ces résultats apportent un nouvel éclairage sur le rôle du squelette des bactéries et surtout sur la façon dont les microorganismes contrôlent la synthèse de leur paroi, ce qui a des implications importantes. En effet, la paroi constitue une cible de nombreux antibiotiques tels que la pénicilline et autres ?-lactames. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent sa synthèse est donc une priorité de la recherche en microbiologie, et ces résultats prometteurs vont stimuler un domaine important de la lutte contre les microorganismes pathogènes.

D un point de vue technique, ce travail est inédit et ouvre la voie à l'étude approfondie des dynamiques subcellulaires chez les cellules bactériennes, longtemps inaccessibles en raison de leur petitesse et de la difficulté à atteindre de tels niveaux de résolution spatiale et temporelle en microscopie.

1Unités « Microbiologie de l'alimentation au service de la santé humaine » et « Mathématique, informatique et génome » 2Bacillus subtilis est un micro-organisme non-pathogène, ubiquitaire, mais habituellement retrouvé dans le sol.
Bactéries et organismes supérieurs : une même organisation intérieure.

Les bactéries sont des organismes unicellulaires sans noyau (procaryotes) dont la membrane est enveloppée d'une paroi protectrice épaisse, responsable de la forme de la cellule bactérienne et lui conférant une protection physique et mécanique. Cette enveloppe est constituée principalement d'une molécule de taille importante, le peptidoglycane, formée d'un assemblage de sucres et de peptides. Des travaux précédents, dont ceux de l'équipe de l'INRA, avaient montré que la paroi de peptidoglycanes ainsi que des protéines appelées MreB étaient des déterminants majeurs de la forme de nombreuses cellules bactériennes.

Or, les protéines de type MreB sont, en quelque sorte, les ancêtres bactériens d'une protéine bien connue appelée actine chez les organismes supérieurs (eucaryotes), responsable entre autre de la contraction musculaire, du déplacement des cellules et en cause dans de nombreuses maladies. Les chercheurs ont montré que MreB, comme l'actine, constituait un réseau de filaments appelé cytosquelette, responsable de l'architecture cellulaire. Le modèle en vigueur jusqu'à présent postulait que les protéines MreB formaient des filaments en hélices le long des cellules, juste sous la membrane, ce qui devait permettre l'organisation des molécules de synthèse de la paroi. Le rôle exact de MreB n avait pas encore, avant cette étude, été déterminé.

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