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Biofilms : Conflit et coopération dans les communautés bactériennes

10
août
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Classé dans Curiosité, Environnement, Microbiologie, Santé, Sécurité des aliments.

« Conflit et coopération dans les communautés bactériennes », source Society for General Microbiology du 5 Août 2015.

Comme les humains, les bactéries dans la nature vivent souvent en communauté. Une nouvelle étude étudiant les interactions au sein de ces communautés microbiennes montre comment les bactéries peuvent coopérer les unes avec les autres pour résoudre une forme de conflit social.

De nombreuses bactéries vivent en adhérant aux surfaces, dans des communautés appelées biofilms. Ces masses de bactéries, de sucres, de protéines et de fragments d’ADN se trouvent partout – à l’intérieur de tuyaux, sur des implants médicaux et dans votre intestin, pour ne citer que quelques exemples, et c’est comme la plupart des bactéries existant dans la nature.

Comme toute communauté, les bactéries au sein de biofilms ont des intérêts et des besoins concurrents. D’une part, les bactéries sur les bords du biofilm sont vulnérables aux agressions extérieures – antibiotiques ou autres bactéries – tandis que celles à l’intérieur sont protégées. D’autre part, ces bactéries périphériques ont un meilleur accès à un produit clé : la nourriture. Tant et si bien que, si on laisse les cellules sur les bords extérieurs sans contrôle, elles consommeraient tous les nutriments disponibles dans l’environnement, ce qui fait que les bactéries à l’intérieur vont être affamées et mourir.

Désormais, une étude publiée dans Nature révèle un mécanisme qui permet aux bactéries de résoudre ce conflit social d’une manière qui profite à toute la communauté.

La découverte a été faite à partir d’une observation initiale surprenante par des chercheurs étudiant les biofilms. Ils ont utilisé des dispositifs spéciaux de faire croître des biofilms en couches très minces et ont capturé des images à haute résolution du processus. L’équipe a remarqué que, après qu’un biofilm de B. subtilis ait atteint une certaine taille, quelque chose d’étrange est arrivé : sa vitesse de croissance a soudainement commencé à osciller entre rapide et lente.

Autour de 09h00 heures, vous pouvez voir la croissance commence à osciller. (Image aimablement fournie par le laboratoire de Süel, UC San Diego)

Autour de 09h00 heures, vous pouvez voir la croissance commence à osciller. (Image aimablement fournie par le laboratoire de Süel, UC San Diego)

« Ces oscillations ont été une surprise », a dit Gürol Süel de l’UC San Diego, l’auteur correspondant du papier. « Mais nous avons réalisé que nous étions en train d’observer une sorte de résolution d’un conflit social. »

L’équipe a pu montrer que ces impulsions en croissance permettent aux bactéries de se partager la nourriture. Périodiquement le ralentissement de la croissance des bactéries à l’extérieur les empêche d’épuiser tous les nutriments et d’affamer celles à l’intérieur.

Le mécanisme implique une molécule appelée ammonium, qui est nécessaire pour la croissance. Les bactéries peuvent fabriquer leur propre ammonium, mais pour les cellules à l’extérieur du biofilm, cela s’échappe rapidement dans l’environnement. Cela rend les « protecteurs » périphériques dépendants des cellules intérieures pour leur approvisionnement en ammonium. Et donc, si l’intérieur du biofilm commence à manquer de nourriture, la production intérieure d’ammonium commence à ralentir aussi, ce qui freine la croissance des cellules à l’extérieur, formant une boucle de rétroaction classique.

Image aimablement fournie par le laboratoire de

Image aimablement fournie par le laboratoire de Süel, UC San Diego

La régulation de la croissance de cette manière permet au biofilm de continuer à croître et à rendre la communauté plus résiliente. Ordinairement, il est très difficile de pénétrer à l’intérieur d’un biofilm avec des antimicrobiens, ce qui signifie que nous ne pouvons pas tuer les bactéries sur les bords. En fait, si les cellules périphériques meurent, cela signifie plus de nutriments pour l’intérieur de la colonie, et elles vont effectivement croître plus rapidement. De cette manière, la colonie est capable de se régénérer.

Mais lorsque les chercheurs ont conçu des bactéries périphériques produisant en masse de l’ammonium, elles ne sont plus devenues alors dépendantes des cellules internes. Cela a cassé la boucle de rétroaction et a arrêté les oscillations en faisant une croissance constante du biofilm. Les cellules internes sont privées de nutriments et sont mortes comme prévu, et le biofilm était alors beaucoup plus vulnérables aux attaques des substances toxiques comme le peroxyde d’hydrogène.

La résilience des biofilms a intrigué les scientifiques pendant un certain temps, ils peuvent être jusqu’à 1000 fois plus résistants aux antibiotiques que les bactéries en suspension. Les théories actuelles comprennent la matrice du biofilm agissant comme une barrière physique aux antibiotiques ou des groupes de bactéries en dormance et repousse une fois que les niveaux antibiotiques chutent. Mais la croissance oscillante pourrait faire partie de l’explication.

« Ceci est un mécanisme de résistance du biofilm auquel nous n’avions jamais pensé auparavant », a dit Munehiro Asally de l’université de Warwick, qui a également travaillé sur l’article. « Cela ne vient pas d’un gène de résistance spécifique ou d’un type de super cellule, cela vient de la dynamique de la communauté. »

Les auteurs disent que cette recherche pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour détruire les biofilms qui n’avaient pas été explorées auparavant. Par exemple, en donnant de l’ammonium aux biofilms, on pourrait rendre des antibiotiques plus efficaces, les cellules périphériques n’auraient plus à compter sur les cellules intérieures, ce qui signifie ces dernières seront affamées et mourront. Ensuite, nous pourrions nettoyer les cellules restantes et détruire toute la communauté du biofilm.

« Le truc est, si vous comprenez un conflit social, vous pouvez monter les bactéries les unes contre les autres afin qu’elles fassent le sale boulot pour nous », dit Süel. « Notre point de vue est une perspective différente qui ne requiert pas nécessairement de nouveaux médicaments. Nous sommes très enthousiastes à propos de cette recherche, et nous espérons que cela va nous donner plus d’outils dans notre arsenal contre les biofilms composés de pathogènes. »

Liu, J., Prindle, A., Humphries, J., Gabalda-Sagarra, M., Asally, M., Dong-yeon, D. L., Ly, S., Garcia-Ojalvo, J. & Süel, G. M. (2015). Metabolic co-dependence gives rise to collective oscillations within biofilms. Nature 523, 550-554 DOI: 10.1038/nature14660.

Des bactéries pour contrecarrer le diabète de type 1

6
août
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Classé dans Curiosité, Environnement, Lavage des mains, Santé.

Source communiqué de l’INSERM du 5 août 2015.

Notre organisme vit avec dix fois plus de microbes que de cellules humaines. Cet ensemble de bactéries est appelé le microbiote. Dans certains cas, ces bactéries, alors dites pathogènes, sont à l’origine de maladies infectieuses. Dans d’autres cas, ces micro-organismes peuvent aussi nous protéger de certaines pathologies. Des chercheurs de l’Inserm, de l’université Paris Descartes et du CNRS, en collaboration avec des équipes suédoises et chinoises, viennent de démontrer la protection conférée par le microbiote dans le développement du diabète de type 1 chez la souris. Ces travaux sont publiés dans la revue Immunity, le 4 août 2015.

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Un îlot pancréatique de Langerhans exprimant le peptide antimicrobien immunoregulateur CRAMP (en rouge). Les cellules bêta productrices d’insuline sont visibles en vert et les cellules alpha productrices de glucagon sont en bleu. © Julien Diana

Pour lutter contre les pathogènes, le système immunitaire a développé plusieurs mécanismes de détection, de défense mais aussi de destruction des micro-organismes dangereux pour l’organisme. Parmi eux, les peptides antimicrobiens, protéines naturelles, détruisent les bactéries pathogènes en rompant leur membrane cellulaire. Ils sont non seulement produits par les cellules immunitaires, mais également par des cellules dont les fonctions ne sont pas liées à l’immunité.

Une équipe de recherche coordonnée par Julien Diana, chargé de recherche Inserm au sein de l’Unité Inserm 1151 « Institut Necker-Enfant Malades » (Inserm/CNRS/Université Paris Descartes) s’est penchée sur une catégorie de peptides antimicrobiens : les cathélicidines. Ces dernières, en plus de leurs fonctions protectrices, ont montré dans plusieurs maladies auto-immunes des capacités de régulation du système immunitaire. Les scientifiques font alors l’hypothèse que les cathélicidines pourraient intervenir dans le contrôle du diabète de type 1, une maladie auto-immune où certaines cellules du système immunitaire attaquent les cellules bêta du pancréas productrices d’insuline.

Ils remarquent en premier lieu, chez des souris non malades, que les cellules bêta pancréatiques produisent des cathélicidines et, de manière intéressante, que cette production est diminuée chez un modèle de souris diabétiques..

Pour tester leur hypothèse, ils injectent des cathélicidines aux souris diabétiques qui en sont défectueuses.

« L’injection de cathélicidines réfrène la mise en place de l’inflammation au niveau du pancréas et ainsi, réprime le développement du diabète auto-immun chez ces souris », explique Julien Diana.

Sachant que la production de cathélicidines est stimulée par des acides gras à chaine courte produits par des bactéries de la flore intestinale, l’équipe de Julien Diana étudie la possibilité que ceux-ci puissent être à l’origine du déficit en cathélicidines associé au diabète. Les chercheurs observent en effet que les souris diabétiques présentent un taux d’acides gras à chaine courte inférieur à celui normalement retrouvé dans des souris saines.

En transférant une partie des bactéries intestinales de souris saines aux souris diabétiques, ils réussissent à rétablir un niveau normal de cathélicidines chez ces souris. Parallèlement, ce transfert de micro-organismes réduit l’incidence du diabète.

Pour les auteurs, « ces travaux sont une nouvelle preuve du rôle indéniable du microbiote dans les maladies auto-immunes, plus particulièrement dans le contrôle du développement du diabète auto-immun ».

Des données préliminaires, ainsi que la littérature scientifique, suggèrent qu’un mécanisme similaire pourrait exister chez l’homme, ouvrant la voie à des thérapies nouvelles contre le diabète auto-immun.

Les bactéries de votre intestin peuvent-elles expliquer votre humeur ?

23
juin
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Classé dans Curiosité, Microbiologie, Santé.

43951a9028a0fc78b27bacc45a47c78cLes bactéries de votre intestin peuvent-elles expliquer votre humeur ? (Can the Bacteria in Your Gut Explain Your Mood?)

Le riche éventail du microbiote intestinal peut nous en dire plus que vous ne le pensez.

Il s’agit d’un article de Peter Andrey Smith paru dans The New York Times du 23 juin 2015. Extraits.

Dix-huit flacons se balançaient d’avant en arrière sur un dispositif mécanique grinçant ayant la forme d’une balance de boucher et Mark Lyte était très excité. « Nous avons obtenu des échantillons frais hier, fraîchement congelés », a dit Lyte à un technicien de laboratoire. Chaque flacon contenait un peu de fèces de singe qui a été recueilli au laboratoire Harlow près de Madison dans le Wisconsin, qui a été expédié au laboratoire de Lyte au Texas Tech University Health Sciences Center à Abilene, Texas.

post12L’intérêt de Lyte n’était pas dans les fèces en soi, mais dans la forme cachée de vie qu’ils abritent. Le tube digestif d’un singe, comme celui de tous les vertébrés, contient de grandes quantités de ce que les biologistes appellent le microbiote intestinal. Le matériel génétique de ces milliards de milliards de microbes, ainsi que d’autres vivant ailleurs dans et sur le corps, est collectivement connu comme étant le microbiome. Pris ensemble, ces bactéries peuvent peser environ 2,7 kg, et elles constituent une sorte d’organe dont les fonctions ont seulement commencé à se révéler à la science. Lyte a passé sa carrière à essayer de prouver que les microbes intestinaux communiquent avec le système nerveux en utilisant certains des mêmes neurotransmetteurs que les messages de relais du cerveau.

A l’intérieur d’une étuve de son laboratoire cet après-midi, Lyte s’est penché pour inspecter les flacons, dont des échantillons avaient été centrifugés pour obtenir un milieu doré rayonnant. Lyte, 60 ans, parlait vite et avec force. « Vous ne croiriez pas ce que nous venons d’extraire des fèces », me dit-il. « Nous avons constaté que les microbes ici dans l’intestin font de la neurochimie. Nous ne le savions pas. Maintenant, s’ils font ce genre de choses ici, cela a-t-il une influence là-bas ? Devinez quoi ? Nous faisons la même chose. Peut-être que tout cette communication a une influence sur notre comportement. »

A lire dans le New York Times …

Une méthode optique peut identifier des bactéries individuellement »

16
juin
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Classé dans Contamination, Curiosité, Environnement, Microbiologie, Santé, Sécurité des aliments.

Fourier-scatter-small« Une méthode optique peut identifier des bactéries individuellement », source Food Safety Watch du 12 juin 2015.

Une équipe de chercheurs de l’Institut supérieur coréen de la science et de la technologie (KAIST) à Daejeon, Corée du Sud, ont développé une nouvelle méthode optique que l’on dit être capable d’identifier des espèces bactériennes au niveau d’une seule bactérie.

La nouvelle méthode fonctionne en dirigeant un laser sur des cellules bactériennes sous un microscope modifié pour créer une image holographique, ou une « carte de diffusion lumineuse à deux dimensions d’angle résolu » (ou two-dimensional angle-resolved light scattering map), qui peut être mesurée avec précision en utilisant la technique de diffraction de la lumière en transformée de Fourier (Fourier transform light scattering ou FTLS) Le résultat est ensuite analysé par un logiciel informatique contenant un algorithme d’apprentissage automatique et statistiquement conçu pour produire une empreinte digitale optique unique pour chaque espèce bactérienne.

Les chercheurs du KAIST ont jusqu’ici testé leur méthode sur quatre espèces bactériennes, Listeria monocytogenes, E. coli, Bacillus subtilis et Lactobacillus casei. Les résultats à ce jour montrent que les quatre espèces pourraient être identifiées avec plus de 94% de précision. La prochaine phase des travaux sera de déterminer si la méthode peut distinguer des sous-groupes de pathogènes de bactéries inoffensives au sein des mêmes espèces.

Bien que l’application principale de la technologie devrait être la microbiologie clinique, la capacité d’identifier une seule cellule au microscope la rend potentiellement très utile aussi pour la détection et l’identification rapide de pathogènes d’origine alimentaire.

Les chercheurs ont également mis au point un appareil portable compact appelé une unité d’imagerie quantitative qui peut être utilisé pour convertir la lumière d’un microscope de base en un instrument holographique. Cela pourrait permettre à la méthode d’être utilisée pour identifier des bactéries sur le terrain, dans des pays en développement et dans de petits laboratoires.

La méthode est décrite dans un article publié intégralement et gratuitement dans la revue Optics Express.

Les moustiques peuvent transmettre aussi des bactéries

16
juin
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Classé dans Contamination, Contamination croisée, Curiosité, Environnement, Microbiologie, Non classé, Santé.

Les moustiques peuvent transmettre aussi des bactéries. Il s’agit de résultats des travaux du Pr Parola, selon un communiqué du 9 juin des hôpitaux publics de Marseille.

Les moustiques responsables en Afrique de la transmission du paludisme pourraient également transmettre une bactérie responsable de nombreuses fièvres inexpliquées. Tel est le résultat d’une étude menée par l’équipe de Philippe Parola.

imgresLe Professeur Philippe Parola, chef du service des maladies infectieuses aiguës de l’hôpital de la Timone et de l’équipe « Entomologie Médicale » de l’unité de recherche en maladies infectieuses et tropicales émergentes à l’université d’Aix-Marseille, vient de publier les résultats de ses travaux dans les Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Il y démontre que les moustiques responsables en Afrique de la transmission du paludisme pourraient également transmettre une bactérie, Rickettsia felis, responsable de nombreuses fièvres inexpliquées sur ce continent. C’est la première démonstration au monde que des moustiques peuvent transmettre non seulement des parasites et des virus, mais aussi des bactéries.

Rickettsia felis est une bactérie de répartition mondiale décrite il y a 20 ans et responsable de fièvre chez l’homme. Les puces, notamment les puces de chats et de chiens, étaient les seuls insectes capables de transmettre cette bactérie. L’équipe du Professeur Philippe Parola vient de montrer que les moustiques Anopheles gambiae, qui transmettent le parasite du paludisme en Afrique, seraient capables de transmettre également Rickettsia felis.

Notons que parmi les rickettsioses se trouve le typhus.

Petite anecdote à ce sujet, le terme tifosi, connu comme étant le terme d’un supporter italien de football, a pour origine le typhus. En italien, tifo signifie « typhus » au sens propre, et « fanatisme » ou « enthousiasme » au sens figuré, d’où le nom de tifoso (pluriel : tifosi) donné aux supporters italiens. Supporter une équipe, on a ça dans le sang, comme on a la typhoïde. Ça donne de la fièvre !