Un comportement d’essaimage raffiné : Les bactéries se soutiennent mutuellement pendant des générations

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Nuée de bactéries Bacillus subtilis sur un milieu de culture dans une boîte de P
Nuée de bactéries Bacillus subtilis sur un milieu de culture dans une boîte de Pétri. (Image colorée : Biozentrum, Université de Bâle)

Les bactéries ne vivent pas seulement en communauté. Elles coopèrent même entre elles et s’approvisionnent mutuellement en nutriments pendant des générations. C’est ce que des chercheurs de l’Université de Bâle ont pu montrer pour la première fois à l’aide d’une méthode nouvellement développée. Cette méthode permet de suivre l’expression des gènes dans l’espace et le temps pendant la formation des communautés bactériennes.

Dans la nature, les bactéries vivent généralement en communauté. En tant que collectif, elles habitent notre intestin, également connu sous le nom de microbiome intestinal, ou forment des biofilms comme dans le cas de la plaque dentaire. La cohabitation offre de nombreux avantages aux microbes individuels. Ils peuvent mieux résister aux conditions environnementales défavorables, conquérir ensemble de nouveaux territoires et profiter ainsi les uns des autres.

Observation dans l’espace et le temps

La formation de telles communautés bactériennes est un processus très complexe qui donne naissance à des structures tridimensionnelles de bactéries. Dans leur étude actuelle, publiée dans ’Nature Microbiology’, l’équipe de Knut Drescher du Biozentrum de l’Université de Bâle a examiné de plus près la formation des essaims de bactéries.

Ils ont réussi une percée méthodologique qui leur a permis de suivre pour la première fois l’expression des gènes et de filmer en même temps le comportement des cellules individuelles pendant que les communautés microbiennes se développent dans l’espace et dans le temps.

Les bactéries approvisionnent les générations suivantes

Les chercheurs ont utilisé Bacillus subtilis comme organisme modèle. Cette bactérie très répandue fait également partie de notre flore intestinale. Nos observations ont montré que ces bactéries vivant en collectivité coopèrent entre elles sur plusieurs générations’, explique Knut Drescher, responsable de l’étude. Les générations précédentes laissent ainsi des produits métaboliques à leurs descendants".

Il s’est également avéré qu’il existe différentes sous-populations au sein d’un essaim bactérien. Celles-ci produisent et utilisent des métabolites différents. Le type de substances disponibles influence à son tour la propagation ou le comportement d’essaimage des bactéries.

Répartition des tâches au sein de la communauté

Les chercheurs ont mis à profit la combinaison de la microscopie la plus moderne, des analyses génétiques et de l’échantillonnage automatisé. Ils ont ainsi pu étudier avec précision l’expression des gènes et le comportement des bactéries à des moments précis et à des endroits bien définis, et déterminer quelles substances les bactéries excrètent. L’essaim bactérien a ainsi pu être divisé en trois grandes régions : le front de l’essaim, la région intermédiaire et le centre. Les transitions sont toutefois fluides.

Selon la région, les bactéries se distinguent les unes des autres par leur apparence, leurs propriétés et leur comportement", explique Hannah Jeckel, première auteure de l’étude. Alors qu’elles sont généralement mobiles sur les bords, les bactéries du centre forment de longs filaments immobiles et s’accumulent en un biofilm en 3D. Grâce à la répartition spatiale des bactéries aux propriétés différentes, la communauté bactérienne peut s’étendre tout en se retranchant dans le biofilm protecteur. Ce processus semble être très répandu chez les communautés bactériennes et important pour leur survie.

Une nouvelle technique

Les résultats de l’étude mettent en évidence la complexité et la dynamique au sein des communautés bactériennes et montrent que les différentes bactéries interagissent entre elles et se comportent de manière coopérative - au profit de la communauté. Les composantes spatiales et temporelles jouent donc un rôle central lorsque les communautés microbiennes se forment et s’établissent.

Une étape importante de ce travail est que les chercheurs ont développé pour la première fois une technique permettant d’enregistrer des données spatio-temporelles complètes d’un processus multicellulaire. Et ce, avec une résolution aussi élevée qu’aucun autre système biologique ne l’a fait jusqu’à présent.

Publication originale

Hannah Jeckel et al.
Hannah Jeckel et al.
Simultaneous spatiotemporal transcriptomics and microscopy of Bacillus subtilis swarm development reveal cooperation across generations.
Nature Microbiology (2023), doi: 10.1038/s41564’023 -01518-4