vendredi 8 avril 2016

Le pirate dans le microbe

Une bactérie face à une décision constante sur
la direction à déplacer.Neisseria gonorrhoeae se
 déplace à travers les surfaces par ... 
Les bactéries ne se déplacent pas entièrement au hasard, comme on explorer la surface des cellules hôtes
Les pirates auraient copié la technique qu'ils utilisent pour capturer des navires à partir de bactéries. Comme boucaniers qui puisent leur bateau pour un navire cible avec des grappins, les organismes unicellulaires utilisent des appendices filiformes, appelés pili, à se glisser le long d'une surface. Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck des colloïdes et interfaces de Potsdam-Golm et de l'Université de Cologne ont maintenant mis au point un modèle pour décrire le mouvement des organismes. Les biologistes savent depuis longtemps que les microbes se fixent pili sur un substrat, puis se hisser le long par les titubant. Cependant, certains microbes, tels que Neisseria gonorrhoeae, l'agent pathogène de la gonorrhée, étendent leur pili dans toutes les directions. Le chemin qu'ils prennent dépend donc en grande partie sur laquelle pili exerce la plus forte traction. Les chercheurs peuvent maintenant expliquer pourquoi les bactéries sont néanmoins en mesure de se déplacer le long d'une ligne droite pendant au moins une à deux secondes. La connaissance détaillée de ce mécanisme est d'approfondir notre compréhension de la façon dont les bactéries infectent les cellules, et pourrait faire la lumière sur les moyens de les combattre.
Si les pirates devaient se retrouver dans une situation comparable à celle du mouvement de Neisseria gonorrhoeae, le jeu serait bientôt en place, car ils seraient rapidement bagués dans des navires de la marine. Et si alors ils ont cherché la meilleure défense en attaque, la situation serait spirale dans une farce complète. Au lieu de reprendre le bateau le plus rapide et d'échapper à ce sujet, les flibustiers se livrer à une sorte de bras-de-guerre pour déterminer quel bateau ils devraient s'attirer avec leurs grappins. Cela, au moins, est plus ou moins comment N. gonorrhoeae se déplace sur la surface d'une cellule hôte.
Pour décider quelle direction prendre pour former une colonie avec d'autres bactéries de la même espèce ou pour trouver le meilleur point d'entrée dans une cellule, la bactérie pénètre dans un bras-de-guerre avec un résultat aléatoire. Cependant, une équipe de chercheurs dirigée par Stefan Klumpp, qui dirige un groupe de recherche à l'Institut Max Planck de colloïdes et interfaces, et Berenike Maier, qui mène des recherches avec son équipe à l'Université de Cologne, ont maintenant trouvé que les microbes ne le font pas errer comme au hasard, comme on pouvait s'y attendre.
Comme ils explorent une surface, les bactéries prennent une peu plus grande étape que ce ne serait le cas le long d'un chemin purement aléatoire. De cette façon, ils sont capables d'explorer leur environnement plus rapidement pour trouver une entrée appropriée dans une cellule hôte ou pour traquer d'autres bactéries de mettre en place une colonie.
Le modèle d'une dimension remorqueur de la guerre ne peut pas être simplement élargi
Non seulement les décisions de certaines bactéries sur la direction à voyager extrémité dans un bras-de-guerre. Les cellules utilisent également ce mécanisme pour déterminer où le transport des enzymes et d'autres molécules biologiques. L'appareil de la broche, le long de laquelle les chromosomes alignés lors de la division cellulaire, participe également à une sorte de concours sportif intracellulaire. Dans une cellule, la guerre remorqueur de habituellement consiste à tirer dans des directions opposées, telles que les équipes ont fait depuis l'antiquité. Biophysiciens ont une très bonne compréhension de ce cas à une dimension. Mais Neisseria gonorrhoeae est différent. "Jusqu'à présent, il a seulement été un modèle pour un remorqueur de guerre dans les cellules à une dimension», explique Stefan Klumpp. «Si nous avons simplement étendre ce modèle à deux dimensions, les prédictions théoriques ne sont pas d'accord avec le comportement observé expérimentalement des bactéries."
Dans une guerre remorqueur d’unidimensionnel, le côté qui prend le dessus et la direction dans laquelle la cargaison est transportée sont déterminées par un processus aléatoire. Extension à deux dimensions, cela signifierait que N.gonorrhoeae doit constamment changer sa direction une fois qu'il a étendu l’un de ses grappins une certaine distance et rétractée à nouveau, se tirant ainsi vers l’avant. "Cependant, dans nos expériences, nous avons observé que la bactérie continue de se déplacer dans la même direction pendant plus d'une longueur de pili», dit Berenike Maier, qui dirige la partie expérimentale de l'étude à l'Université de Cologne. Elle et ses collègues ont observé les microbes rampants sur des plaques de verre revêtus de protéine. Ils ont également observé la façon dont les bactéries sont capables de tirer de minuscules perles de la mise au point d'une pince à épiler au laser avec la force physique étonnante.
La mémoire mécanique de la direction de déplacement
Sur la base des résultats expérimentaux, Stefan Klumpp et ses collègues ont mis au point un modèle informatique qui décrit de façon réaliste les chemins les bactéries prennent. «Nous avons découvert deux mécanismes qui transmettent la mémoire directionnelle à la bactérie quand il se déplace le long d'une ligne droite», explique le scientifique. «Lorsque nous intégrer dans notre modèle, nous constatons que les résultats concordent très bien avec le comportement observé expérimentalement."
En collaboration avec Alexander Schmidt du Centre de biologie moléculaire de l'inflammation à l'Université de Münster (ZMBE), les chercheurs ont découvert que la bactérie étend un faisceau constitué de deux ou trois pili dans la même direction. Cela augmente la probabilité que le microbe va consécutivement utiliser pili multiples dans le bras de fer-bactérien, lui permettant ainsi de continuer à se déplacer dans la même direction. Les chances que cela se produise sont également augmentés parce que, après avoir atteint un site où il vient rétractée un pilus, la bactérie est immédiatement en mesure d'étendre les uns les autres dans la même direction. Ceci est rendu possible par un complexe protéique sur la paroi cellulaire qui assemble en continu bactériennes grappling crochets de ses éléments constitutifs. Après titubant dans un pilus, il est en mesure d'étendre une nouvelle pili dans la même direction. "La mémoire directionnelle de Neisseria gonorrhoeae est donc basée sur des processus purement mécaniques», dit Berenike Maier.
Une compréhension du mouvement microbe pourrait conduire à de nouvelles approches thérapeutiques
Les chercheurs soupçonnent que d'autres bactéries - au moins ceux avec une forme arrondie qui forment pili dans toutes les directions - augmentent leur longueur de pas de la même façon. Les microbes en forme de tige, en revanche, ne s'étendent leurs organes de la motilité de leurs deux extrémités et de contrôler leur chemin biochimiquement. Cependant, les signaux biochimiques jouent également un rôle dans le mouvement de N. gonorrhoeae: "signaux biochimiques permettent probablement la bactérie à réduire sa longueur de pas sur un site potentiel d'infection, dit Stefan Klumpp. Dans ces situations, les microbes forment rarement des mini-faisceaux. Cela permet de les empêcher de ramper juste devant un point d'entrée dans la cellule.
Une compréhension détaillée de la façon dont les microbes infectieux se déplacent avec l'aide de leur pili pourrait également apporter des avantages médicaux. Par exemple, il pourrait identifier des sites d'attaque possibles pour de nouveaux antibiotiques, parce que si les agents pathogènes sont capables d'utiliser leurs grappins de la manière habituelle sont-ils capables de capturer une cellule hôte.