Des coups de poignard contre les amibes

Les bactéries doivent se méfier des amibes. Car les amibes affamées les prennent en chasse. Elles attrapent les bactéries avec leurs faux-pieds, les ingèrent et les digèrent finalement.

Toutefois, certaines bactéries savent aussi se défendre. Amoebophilus est l'un d'entre eux. Des chercheurs de l'université de Vienne l'ont découvert il y a quelques années. La bactérie peut survivre à l'intérieur des amibes. Mieux encore : elle a même fait de l'intérieur des amibes son habitat de prédilection.

Des scientifiques de l'ETH Zurich, en collaboration avec les découvreurs viennois de la bactérie, viennent de trouver un mécanisme dont ils pensent qu'il est essentiel à la survie des Amoebophilus à l'intérieur de l'amibe est centrale. La bactérie possède des micro-dagues et des dispositifs de déploiement appropriés. Gr?ce à ces poignards, elle peut piquer les amibes de l'intérieur et échapper ainsi à la digestion.

Libération de l'estomac de l'amibe

Le dispositif de déploiement se compose d'une gaine fixée à l'intérieur de la membrane de la bactérie via une plaque de base et un ancrage. Jo?o Medeiros, doctorant dans le groupe du professeur de l'ETH Martin Pilhofer, explique le mécanisme : "Le tube-enveloppe est soumis à la tension d'un ressort, et c'est à l'intérieur que se trouve le micro-poignard. Si le tube du manteau se contracte, le poignard est poussé extrêmement rapidement vers l'extérieur par la membrane bactérienne".

Chez les amibes, les bactéries incorporées se trouvent dans un compartiment digestif spécialisé et entouré d'une membrane. "Les résultats de notre recherche suggèrent que les bactéries sont capables d'enfoncer les poignards dans la membrane du compartiment digestif de l'amibe", explique Désirée B?ck, également doctorante dans le groupe de Pilhofer et première auteure du travail publié dans la revue Science. Cela a pour conséquence que le compartiment inhospitalier pour les bactéries se désintègre et libère les bactéries. En dehors du compartiment digestif, mais toujours à l'intérieur des amibes, les bactéries peuvent parfaitement survivre et même se multiplier.

On ne sait pas encore exactement comment le compartiment digestif est détruit. "Il est possible que l'enveloppe se déchire uniquement pour des raisons mécaniques", explique Pilhofer. Mais il est également envisageable que les dagues des Amoebophilus-Il a été démontré que les bactéries de la famille des amibes étaient imprégnées d'une sorte de poison à flèche - avec des enzymes dégradant la membrane. Comme l'ont montré Matthias Horn, professeur à l'université de Vienne, et ses collaborateurs, les instructions de construction de ces enzymes sont présentes dans le patrimoine génétique des bactéries.

Fraisage de précision

Gr?ce à une toute nouvelle méthode, qui n'est utilisée que par une poignée de laboratoires de recherche dans le monde, dont celui du professeur Pilhofer de l'ETH, les scientifiques ont pu déterminer en haute résolution la structure tridimensionnelle des poignards et de leurs dispositifs d'extension. Pour ce faire, la doctorante B?ck a congelé des amibes avec des bactéries incorporées à moins 180 degrés Celsius.

Comparable à un paléontologue qui dégage des fossiles d'une pierre à l'aide d'un marteau et d'un burin, le doctorant Medeiros a travaillé les échantillons congelés à l'aide d'un faisceau d'ions finement focalisé (en anglais focused ion beam) servant de "nano-burin" : Gr?ce à un travail de précision impressionnant, il a pu fraiser l'amibe et une grande partie de la bactérie, mettant ainsi à nu les poignards moléculaires et leurs dispositifs de lancement, pour finalement en faire une tomographie électronique tridimensionnelle.

Première image de la structure globale

Des systèmes apparentés à l'éjecteur de poignard existent également ailleurs en biologie : des virus spécialisés dans l'infection de bactéries (bactériophages) injectent leur patrimoine génétique dans des micro-organismes à l'aide de tels systèmes. Et il existe même des bactéries capables de sécréter de tels micro-appareils dans l'environnement, où elles combattent des micro-organismes concurrents.

Dans leur travail, les scientifiques présentent pour la première fois dans un contexte naturel la structure spatiale complète d'un dispositif d'éjection situé à l'intérieur d'une cellule. En outre, les chercheurs montrent pour la première fois à quoi ressemble la plaque de base et l'ancrage de ce dispositif d'éjection. "Par le passé, les biologistes cellulaires ont étudié la fonction de tels systèmes et les biologistes structurels ont pu élucider la structure de certains composants", explique Pilhofer. "Mais avec la technique que nous avons établie à l'ETH, le fraisage par faisceau d'ions cryogéniques et la cryo-tomographie électronique, nous pouvons désormais jeter un pont entre la biologie cellulaire et la biologie structurelle".

Canons à plusieurs canons

Les micro-injecteurs connus jusqu'à présent apparaissent de manière isolée. Les scientifiques de Zurich et de Vienne ont Amoebophilus ont maintenant trouvé pour la première fois des appareils qui se présentent en faisceaux allant jusqu'à une trentaine d'appareils de ce type. "On pourrait même parler de canons à plusieurs canons", explique Pilhofer.

Gr?ce à des comparaisons du patrimoine génétique, les chercheurs ont en outre cherché à savoir comment Amoebophilus au cours de l'histoire de l'évolution à ses dispositifs d'éjection de poignards. "Les gènes correspondants présentent une grande similitude avec ceux des systèmes d'injection des bactériophages", explique Pilhofer. "Nous partons du principe que les gènes des précurseurs des bactériophages actuels se sont implantés il y a longtemps dans le patrimoine génétique des bactéries".

?galement présent chez d'autres bactéries

Les comparaisons génétiques suggèrent en outre que les micro-dagues nouvellement découvertes ne sont pas seulement présentes chez les Amoebophilus mais en outre chez de nombreuses autres espèces de bactéries appartenant à au moins neuf des principaux groupes bactériens. Les chercheurs doivent encore examiner si ces bactéries utilisent également leurs dagues pour ne pas être digérées par les amibes, ou si les dagues servent à de toutes autres fins. Ils ne seront pas à court de travail de sit?t.

Enfin, les scientifiques souhaitent utiliser la nouvelle méthode, le cryo-fraisage par faisceau d'ions, pour élucider la structure d'autres systèmes moléculaires complexes. "Cette technique devrait être intéressante pour de nombreuses questions de biologie cellulaire, infectieuse et structurelle. Nous collaborons déjà avec d'autres groupes de recherche et leur proposons notre expertise", explique Medeiros, doctorant à l'ETH.