Une étude microbienne révèle une durée de vie prolongée des bactéries affamées –

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  • Une étude des populations microbiennes sous une période prolongée de famine par le professeur de l’Université de l’Indiana Jay T. Lennon et son laboratoire pourrait aider les chercheurs à répondre aux questions relatives aux infections chroniques, au fonctionnement des bactéries dans l’environnement et à la persistance de la vie elle-même.

    Dans un article publié en ligne le 12 août par le Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis d’Amérique, Lennon et ses collègues expliquent leur étude d’environ 100 populations de bactéries différentes dans des systèmes fermés, qui n’avaient pas accès à de la nourriture extérieure pendant 1 000 jours. L’équipe a suivi combien de temps ils ont survécu, et presque tous ont persisté.

    “La question plus large de savoir comment les bactéries survivent à de longues périodes de limitation d’énergie est pertinente pour comprendre les infections chroniques chez l’homme et d’autres hôtes, et est liée à la façon dont certains agents pathogènes tolèrent des médicaments comme les antibiotiques”, a déclaré Lennon, professeur au département de biologie du Collège des Arts et des Sciences.

    De nombreuses infections bactériennes sont difficiles à traiter, en partie parce que les médicaments sont souvent conçus pour cibler la machinerie cellulaire des cellules métaboliquement actives. Les bactéries à énergie limitée entrent souvent dans un état de repos ou de dormance qui les rend moins sensibles aux traitements médicamenteux, a déclaré Lennon. Non seulement les agents pathogènes peuvent persister dans de telles conditions, mais les populations peuvent également développer une résistance aux antibiotiques, ce qui aggrave le problème.

    Les microbes jouent également un rôle important dans l’environnement. Les bactéries de l’étude provenaient de sols agricoles. Dans ces habitats, a déclaré Lennon, les microbes forment des relations symbiotiques avec les plantes et exécutent des processus essentiels au fonctionnement des écosystèmes, tels que la séquestration du carbone, le cycle des nutriments et les émissions de gaz à effet de serre.

    Une question majeure et non résolue est de savoir comment des milliards de cellules microbiennes et des milliers de taxons microbiens coexistent dans un seul gramme de sol, souvent dans des conditions environnementales difficiles. Une explication soutenue par la recherche est que les microbes semblent être bien adaptés aux conditions de fête ou de famine, où les ressources peuvent être rares pendant de longues périodes. Cela peut aider à expliquer comment les communautés microbiennes complexes sont maintenues au fil du temps.

    Dans l’étude, Lennon et ses collègues ont estimé que les bactéries, qui sont les organismes qui se reproduisent le plus rapidement sur la planète, peuvent également avoir une durée de vie extrêmement longue. Lennon et son équipe, dont l’ancien doctorant de l’Université de l’Indiana, William Shoemaker, ont estimé que les bactéries à énergie limitée peuvent avoir une durée de vie qui rivalise et, dans certains cas, dépasse celle des plantes et des animaux. L’étude a utilisé des analyses de survie pour estimer que certaines populations ont des temps d’extinction allant jusqu’à 100 000 ans.

    “De toute évidence, ces prédictions s’étendent bien au-delà de ce qui peut être mesuré”, a déclaré Lennon, “mais les chiffres sont cohérents avec l’âge des bactéries viables qui ont été récupérées à partir de matériaux anciens, tels que l’ambre, les cristaux d’halite, le pergélisol et les sédiments au fond des océans les plus profonds.”

    La persistance des microbes dans de telles conditions implique probablement la dormance et d’autres mécanismes qui conservent l’énergie. Par exemple, Lennon et ses collègues ont découvert que la survie des cellules dans leur système fermé était soutenue par la capacité des bactéries à « nettoyer » leurs parents morts.

    Dans ces conditions maigres, où les cellules doivent vivre de quantités infimes de nourriture, Lennon et son équipe étaient curieux du potentiel d’évolution des bactéries. Ils ont identifié des gènes soumis à une sélection négative, mais aussi des signatures de sélection positive, qui indiquent une croissance cryptique qui a permis à de nouvelles mutations d’augmenter en fréquence. Cette découverte suggère que le recyclage des cellules mortes a le potentiel d’alimenter l’évolution adaptative. De telles observations sont pertinentes pour comprendre les contraintes sur les processus biologiques fondamentaux étant donné que de grandes étendues de la planète sont limitées en énergie.

    Ce travail a été financé par la National Science Foundation, le US Army Research Office et la National Aeronautics and Space Administration.

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