Le Brésil

La fréquence des mutations dans les bactéries peut être plus élevée que prévu – Jornal da USP

Des scientifiques de l’Institut des sciences biomédicales de l’USP ont découvert que la croissance des bactéries mutantes est inhibée par les bactéries sauvages, qui rivalisent pour les ressources nutritionnelles, masquant ainsi la fréquence réelle des mutants.

Par Fabiana Mariz

Art de Lívia Magalhães avec des images de Pixabay et Flaticon

Des chercheurs de l’Institut des sciences biomédicales (ICB) de l’USP ont pu démêler le mécanisme responsable du « masquage » de la fréquence réelle d’apparition des bactéries mutantes. L’étude, réalisée avec le Escherichia coli, a montré que, dans la compétition pour les ressources naturelles entre bactéries mutantes (souche génétiquement modifiée) et sauvages (souche de référence), ces dernières « volent » la source d’énergie utilisée pour la reproduction des mutants. L’étude a donné lieu à un article, publié dans la revue BMC Biologie.

Les mutations sont des caractéristiques naturelles des bactéries, mais elles peuvent également être déterminées par les conditions environnementales. En situation de stress, par exemple, une fraction ou la totalité de la population bactérienne augmente son taux de mutation – quelque chose comme un mécanisme de réponse aux défis environnementaux.

Le Professeur Beny Spira est coordinateur du Laboratoire de Génétique Bactérienne de l’ICB où il étudie, depuis plus de 20 ans, les adaptations et l’évolution des bactéries dans l’environnement. « L’idée de cette enquête est arrivée il y a quelque temps, alors que d’autres expériences étaient en cours en laboratoire », a-t-il déclaré au Journal de l’USP le professeur et l’un des auteurs de l’étude.

Spira et son équipe ont cultivé des bactéries sauvages dans le milieu liquide, et lorsqu’ils l’ont complété avec du glycérol-2-phosphate (G2P) – une molécule riche en carbone utilisée par ces micro-organismes comme source d’énergie – ils ont remarqué que les mutants apparaissaient lentement. « La chose normale est qu’il y a des colonies dans les 48 heures. Mais dans l’expérience, les mutants n’ont commencé à apparaître que 72 heures après le semis, et ils étaient environ 100 fois plus petits que prévu », explique-t-il.

A) Une seule bactérie mutante (bleu) produit des molécules de glycérol qui diffusent et sont absorbées par les cellules de type sauvage environnantes. La concentration de glycérol au voisinage du mutant est insuffisante pour permettre sa croissance ou celle des cellules voisines de type sauvage, entraînant un effondrement de la population. B) Un groupe de deux mutants se nourrissant l’un l’autre. Dans ces conditions, la concentration de glycérol à leur disposition augmente. Le glycérol se déplace librement entre les cellules et est donc suffisant pour favoriser la croissance des colonies – Image : BMC Biologie/La reproduction

Intrigués, les chercheurs ont décidé d’isoler les mutants après le dixième jour de semis et ont remarqué qu’ils poussaient normalement après 48 heures. « Nous avons soulevé toutes sortes d’hypothèses, mais nous sommes arrivés à la conclusion qu’il s’agissait d’une compétition pour le carbone. Les bactéries sauvages volent le glycérol produit par les mutants, ce qui les laisse sans énergie pour se développer », détaille Spira.

Pour utiliser le carbone de G2P, les bactéries doivent rompre la liaison entre le phosphate et le glycérol. C’est la fonction de l’enzyme phosphatase alcaline, située dans l’espace entre la membrane interne et externe, le périplasme, de la bactérie. Chez les bactéries sauvages, la production de cette enzyme est faible – il n’est possible de profiter du G2P que si la bactérie mute. Les mutants surexpriment la phosphatase alcaline, qui hydrolyse de grandes quantités de G2P, permettant son utilisation comme source de carbone et la croissance et la formation de colonies qui en résultent.

Figure avec localisation de l’espace périplasmique, qui se produit uniquement chez les bactéries gram-négatives – Photo : Anvisa/Reproduction

Lorsque l’enzyme décompose le G2P dans le périplasme, seule une partie du glycérol est absorbée. Le reste finit par sortir des bactéries mutantes et est consommé par des bactéries sauvages concurrentes. Dans des expériences avec des milliers d’autres souches de E. coli, la théorie a été confirmée : seules les bactéries qui n’ont pas la capacité d’absorber le glycérol permettent au mutant de se développer.

« Cette découverte nous rend alertes, car nous avons un système de mutation qui peut se produire avec d’autres bactéries », explique Spira. « Ainsi, lorsqu’on observe une certaine fréquence de mutants dans une population, on peut être amené à prendre du recul et à se demander si le résultat est le même », explique le professeur. Et de conclure : « Les résultats amènent un point d’interrogation sur ce qui est obtenu dans les laboratoires du monde entier.

Avec les informations du Service Communication d’ICB

Plus d’informations : e-mail benys@usp.br, avec Beny Spira

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