Attraper des proies avec des grappins et des canons

D'innombrables bactéries vivent dans l'immensité des océans et sont toutes confrontées au même problème : les nutriments dont elles ont besoin pour croître et se multiplier sont rares et inégalement répartis dans les eaux qui les entourent. À certains endroits, ils sont présents en abondance, mais à d'autres, ils font cruellement défaut. C'est pourquoi certaines bactéries se sont transformées en chasseuses efficaces pour trouver de nouvelles sources de subsistance sous la forme d'autres micro-organismes.

Bien que cette stratégie soit très efficace, les scientifiques n'ont jusqu'à présent trouvé que quelques espèces bactériennes prédatrices. L'une d'entre elles est la bactérie du sol Myxococcus xanthus; une autre est Vampirococcus, qui aspire sa proie à la manière d'un vampire.

Une bactérie qui se comporte comme un bateau pirate

Dans une nouvelle étude, des chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich dirigés par Martin Pilhofer, professeur au département de biologie, et ses collègues Yun-Wei Lien et Gregor Weiss, ont présenté un autre de ces rares prédatrices bactériennes : la bactérie marine filamenteuse Aureispira.

Parmi les structures moléculaires que les scientifiques ont identifiées chez Aureispira , certaines ressemblent à des grappins et ont une fonction similaire. La bactérie dispose également d'une sorte de pistolet d'abattage qu'elle utilise pour tuer ses proies.

Tel un bateau pirate à la recherche d'une victime potentielle, Aureispira glisse rapidement sur les surfaces solides vers sa proie, telle que la bactérie Vibrio . Si l'attaquante flotte elle-même dans l'eau, elle attend que sa proie s'approche. Dès qu'il y a un contact étroit, les crochets s'accrochent aux flagelles de la victime, qui ne peut plus s'échapper.

En quelques secondes, Aureispira tire avec ses canons embarqués pour percer la membrane de la bactérie Vibrio. En collaboration avec le laboratoire de Roman Stocker, professeur à l'ETH Zurich, les chercheuses et chercheurs ont pu montrer que les composants cellulaires qui s'échappent de la victime sont rapidement absorbés par la prédatrice comme nourriture : «Toute la scène ressemble à un raid de pirates sur un autre navire», dit Martin Pilhofer en souriant.

Ce n'est que lorsque la concentration en nutriments de son environnement est faible qu'Aureispira devient prédatrice. Tant que l'apport en nutriments est suffisant, la bactérie pirate s'abstient d'attraper des proies et met en veilleuse son arsenal. Cependant, la mise au régime de la bactérie réveille son désir de chasser et pousse la cellule à reconstruire ses canons et ses grappins. Les scientifiques appellent ce mode de vie sélectivement prédateur l'ixotrophie. En collaboration avec le groupe de Martin Polz de l'Université de Vienne, les scientifiques ont également pu trouver des preuves que ce mode de vie prédateur ne se produit pas seulement en laboratoire, mais aussi dans des échantillons marins.

Une nouvelle imagerie révèle des détails

L'équipe de recherche a utilisé plusieurs techniques d'imagerie, dont la microscopie optique et la cryo-microscopie électronique, pour comprendre la fonction et la structure moléculaire des grappins et des canons.

Cette méthode a permis de préserver et d'analyser les structures moléculaires sans artefacts et dans leur contexte cellulaire. Avec une version améliorée de la méthode, il est même possible de déterminer la structure moléculaire des protéines qui composent les armes de la bactérie. «Toutes ces techniques d'imagerie sont disponibles au centre de compétence ScopeM de l'ETH Zurich, qui a rendu cette étude possible», précise Gregor Weiss.

Lutte contre la prolifération des algues

«Il s'agit avant tout d'une recherche fondamentale motivée par notre curiosité», explique Martin Pilhofer. Lui et son collègue Gregor Weiss travaillent depuis dix ans à l'élucidation des systèmes d'injection contractile, nom donné aux canons embarqués de la bactérie pirate.

Chez d'autres bactéries prédatrices, les systèmes d'injection contractiles sont souvent chargés de toxines qui tuent immédiatement la proie. Il est concevable que ces canons bactériens puissent être chargés d'ingrédients actifs à injecter dans des cellules individuelles à l'aide d'une machine moléculaire.

Certaines bactéries prédatrices sont connues pour s'attaquer aux cyanobactéries, ou algues bleues. Cela signifie qu'elles pourraient être utilisées pour lutter contre la prolifération des algues ou pour arrêter la propagation massive des bactéries Vibrio . «Ces prédatrices bactériennes sont très efficaces dans ce qu'elles font», déclare Gregor Weiss.