Comment les bactéries régulent leurs gènes pour se défendre

Pour la première fois, il a été démontré dans des cellules vivantes comment la bactérie E. coli régule les gènes qui l’aident à survivre dans un nouvel environnement. La biochimiste Fatema Zahra Rashid y est parvenue en utilisant une technique qu’elle a peaufinée. Ses recherches sur les changements dans la structure tridimensionnelle des chromosomes offrent des indices sur les moyens de lutter contre les agents pathogènes et sont parues dans Communications naturelles le 17 novembre.

Les bactéries constituent une menace courante pour la santé et le bien-être humains. Alors que certains sont connus pour provoquer de graves intoxications alimentaires, d’autres peuvent provoquer des infections de tissus potentiellement mortelles, comme les poumons humains. Dans tous les cas, pour être efficaces dans leur « tâche », les bactéries ont besoin de mécanismes pour survivre en s’adaptant à leur environnement.

La bactérie et son chromosome

Il est vraiment fascinant de voir à quel point des organismes unicellulaires, souvent considérés comme simples, sont capables de si bien s’adapter à un environnement hostile. Si nous découvrons comment, nous pourrons peut-être les en empêcher et ainsi combattre les agents pathogènes.

Le chromosome des bactéries flotte librement dans la cellule, mais est fortement compacté pour s’adapter. Si vous pouviez zoomer sur une partie du chromosome, vous verriez que l’ADN est plié de manière serrée ou lâche, avec des courbures et des boucles ici et là qui relient un morceau d’ADN à un morceau d’ADN plus éloigné. Toutes sortes de protéines s’en occupent. En étant liés ou non, ils régulent quels gènes sont accessibles et peuvent être lus et servent ainsi de modèles pour fabriquer des protéines.

Depuis des décennies, les biochimistes et les généticiens étudient le fonctionnement de la régulation des gènes. Fatema Zahra Rashid est l’une d’entre elles depuis une dizaine d’années : d’abord en tant qu’étudiante en master, puis en doctorat. étudiant et maintenant en postdoc.

“Mes recherches se concentrent sur un morceau spécifique d’ADN d’E. coli : l’opéron ProVWX ou ProU. Il s’agit d’un groupe de gènes dont nous savons qu’ils sont impliqués dans la protection contre un choc osmotique.” Un choc osmotique se produit lorsque l’environnement devient soudainement beaucoup plus ou moins salé que le fluide contenu dans la bactérie. La quantité de sel change alors également à l’intérieur, ce qui entraîne un dysfonctionnement des processus cellulaires et la mort des cellules si elles ne sont pas capables de s’adapter.

Une protéine lie des morceaux d’ADN entre eux avec deux mains

Avec un tel choc osmotique, l’ADN de l’opéron ProU susmentionné est soudainement lu de manière intensive. Dans des tubes à essai contenant des morceaux d’ADN, il avait déjà été démontré que celui-ci était lié à la protéine régulatrice H-NS, présente dans de nombreuses bactéries. Le chef du groupe de Rashid, le professeur de biochimie moléculaire et cellulaire Remus Dame, a présenté en tant que titulaire d’un doctorat. étudiant comment cette protéine saisit deux parties d’un ADN avec deux « mains » et fait une boucle, dit-il.

“Lors d’un choc osmotique, pensions-nous, ces petites mains pourraient se libérer, rendant l’ADN disponible pour la lecture et créant un système protéique spécifique protégeant la cellule. Lorsque l’équilibre est rétabli dans la cellule, les petites mains saisiraient à nouveau l’ADN et la transcription s’arrêterait.”

Un instantané de la cellule

Le collègue de Dame, Rashid, a maintenant montré chez des bactéries vivantes que c’est effectivement ainsi que cela fonctionne. Elle a exposé des bactéries vivantes à un choc osmotique. « Au bout d’un moment, j’ai ajouté un fixateur, provoquant le « gel » de toutes les protéines et de l’ADN. D’une certaine manière, cela prend un instantané de la cellule. »

De ces cellules fixées, Rashid a extrait l’ADN et l’a coupé en petits morceaux. Si l’opéron était dans une boucle, les pièces de début et de fin étaient collées ensemble. Sinon, les pièces de début et de fin étaient plus espacées. Elle pouvait le mesurer. Elle a également pu déterminer qu’une plus grande partie du système de protection était produite lors d’un choc osmotique basé sur les gènes de ProU. Elle parle normalement à son superviseur Remus Dame une fois par semaine. “Quand j’ai vu ces résultats il y a environ deux ans, je n’ai pas attendu ma consultation hebdomadaire”, sourit-elle.

Un remède pour lutter contre les agents pathogènes basé sur leur régulation de l’ADN n’est pas encore disponible. Un jalon est néanmoins là.

Dame a déclaré : « Ces types de mécanismes de régulation sont étudiés depuis bien plus longtemps chez les eucaryotes, des organismes dotés d’un noyau cellulaire. Nous voyons maintenant qu’ils sont également très développés chez les procaryotes. Plusieurs doctorants utilisent maintenant cette méthode pour voir si la même chose se produit chez les bactéries lorsque l’environnement devient soudainement très acide, comme dans l’estomac. Et que se passe-t-il lorsqu’il y a un changement de température, par exemple lorsqu’une bactérie se déplace d’un environnement à un hôte.