La recherche met en lumière les mécanismes moléculaires qui permettent aux bactéries de rivaliser et d'établir une symbiose

Deux facteurs qui contrôlent l'expression d'un gène clé requis par les bactéries luminescentes pour tuer les cellules bactériennes concurrentes ont été identifiés. La découverte, par des chercheurs de Penn State, met en lumière les mécanismes moléculaires qui permettent à différentes souches de bactéries de rivaliser et d'établir une symbiose chez le calmar bobtail hawaïen. Par conséquent, l'étude, qui apparaît en ligne dans le Journal de bactériologie, ajoute à notre compréhension de la façon dont la composition du microbiome d'un hôte est déterminée, et peut être applicable à des microbiomes plus complexes chez l'homme.

Nous essayons de comprendre comment les bactéries interagissent les unes avec les autres dans le contexte d'une symbiose animal-microbe. Avec bon nombre de ces symbioses, la surface du tissu hôte devient un écosystème où les cellules de différentes espèces et souches de bactéries interagissent et se disputent les ressources. Nous savions que certaines de ces souches bactériennes ont la capacité d'attaquer et de tuer d'autres souches, mais nous ne savions pas comment ce mécanisme est régulé génétiquement. « 

Tim Miyashiro, professeur adjoint de biochimie et de biologie moléculaire à Penn State et chef de l'équipe de recherche

Lorsqu'un calmar bobtail hawaïen éclot, des bactéries bioluminescentes dans l'environnement environnant commencent à coloniser de minuscules recoins appelés cryptes dans l'organe léger du calmar. Les bactéries trouvent un abri et un environnement riche en nutriments dans les cryptes, où elles produisent une lueur bleue qui, selon les chercheurs, aide à masquer les calmars nocturnes des prédateurs ci-dessous. Certaines souches de cette bactérie, Vibrio fischeri, utilisent un mécanisme en forme d'aiguille connu sous le nom de système de sécrétion de type VI (T6SS) pour injecter des toxines et tuer les cellules bactériennes voisines. Les souches qui utilisent T6SS tuent les souches bactériennes sensibles dans une crypte, tandis que celles sans T6SS peuvent cohabiter avec d'autres souches.

« Le système de type VI se trouve dans de nombreuses bactéries différentes », a déclaré Kirsten R. Guckes, chercheur postdoctoral à Penn State et premier auteur de l'article. « On pensait à l'origine qu'il contribuait principalement à la virulence des bactéries pathogènes. Par exemple, Vibrio cholerae, la bactérie qui cause le choléra, l'utilise. Mais, nous savons maintenant que les bactéries bénéfiques, comme V. fischeri, utilisent également le T6SS pour tuer d'autres Étant donné que le T6SS est considéré comme étant très onéreux pour la production de bactéries, et que cela pourrait interférer avec la capacité des bactéries à prospérer et à produire de la bioluminescence, comprendre comment les composants du système sont régulés nous aidera à expliquer la relation hôte-symbiote et les facteurs qui contribuent à établir la symbiose. « 

Un composant structurel clé de T6SS est Hcp, codé par deux gènes fonctionnellement redondants. L'équipe de recherche a montré que l'expression de Hcp dépend de deux facteurs: le facteur sigma alternatif σ54 et la protéine de liaison de l'activateur bactérien VasH. De plus, ils ont montré que VasH, qui est nécessaire pour que les bactéries tuent d'autres cellules, régule l'expression de Hcp au sein de l'hôte, suggérant que l'expression de T6SS est régulée pendant la symbiose.

« La connaissance que l'environnement de l'hôte peut stimuler le système de type VI suggère que le système a été intégré dans le programme de développement que les bactéries utilisent lorsqu'elles initient une symbiose avec le calmar », a déclaré Miyashiro. « Il apparaît donc que le système est important pour l'établissement d'une symbiose, que d'autres bactéries concurrentes soient présentes ou non. De plus, nous pouvons appliquer ce que nous apprenons dans cette relation hôte-symbionte relativement simple à des microbiomes plus complexes comme ceux trouvés dans l'intestin humain et sur notre peau. «