Le nanomoteur bactérien : une petite merveille !

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Il y a quelques jours j’ai parlé sur ce blog de flagelles à propos des spermatozoïdes mais bien avant qu’il y ait des êtres humains sur cette Terre il y avait abondance de bactéries et au cours de l’évolution elles apprirent à se déplacer. Il faut non pas reconnaître une intelligence intrinsèque aux bactéries mais c’est en fait la suprême créativité de la matière vivante qu’il faut admirer. Comme je tenterai de l’expliquer dans ce billet la nature a inventé des nano-moteurs bien avant que l’homme ne se lance lui-même dans les nanotechnologies et ces moteurs sont d’une sophistication proprement époustouflante.

La mobilité des bactéries varie selon les familles et les flagelles, aussi appelées pili, sont propulsées par des moteurs différents mais dans l’ensemble il s’agit de systèmes constitués d’une vingtaine de protéines différentes assemblées en un stator solidaire de la membrane cellulaire de la bactérie et d’un rotor imprimant un mouvement de rotation à la flagelle. Deux articles scientifiques viennent de paraître simultanément dans les PNAS et Science relatant les travaux issus d’une collaboration entre le CalTech à Pasadena et l’Imperial College à Londres sous la direction du Docteur Grant Jensen.

L’approche permettant d’élucider le nanomoteur des flagelles a consisté dans une première étape à effectuer une cryo-tomographie électronique (ou microscopie électronique en trois dimensions) de la structure du moteur puis à identifier autant que faire se peut les divers composants protéiques de cette structure d’une complexité extraordinaire.

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L’ensemble du « moteur » est propulsé par un flux d’ions sodium (Na+) ou de protons (H+) et une consommation d’ATP, le vecteur universel d’énergie de toute cellule vivante. Chaque composant, environ une vingtaine, a été identifié à l’aide de mutants et sa fonction dans le complexe déterminée par cryo-tomographie. Le rotor du moteur est couplé à la flagelle proprement dite constituée d’un enchainement hélicoïdal de la protéine fibreuse appelée PilA. Le mouvement de rotation provoque l’apparition d’une configuration ressemblant approximativement à un tire-bouchon ce qui permet aux bactéries de pénétrer dans les mucus, des milieux semi-solides, ou de se déplacer aisément dans un milieu liquide.

Selon le type de bactéries étudiées, ce moteur présente des variantes mais la complexité du système permet d’atteindre des couples de puissance étonnante exprimée en nano Newton x nanomètre pouvant atteindre la valeur de 5000. Cette valeur exprimée macroscopiquement en Newton.m est extraordinairement élevée. Par exemple le couple-moteur d’un moteur à explosion de 1200 cm3, par exemple celui d’une motocyclette n’est que de 120 N.m à 8000 tours/minute. Pour se déplacer les bactéries « mettent la gomme » …

Sources et illustrations : http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1518952113 et http://dx.doi.org/10.1126/science.aad2001

3 réflexions au sujet de « Le nanomoteur bactérien : une petite merveille ! »

  1. Bonjour,
    Et pour compléter la description de ce magnifique moteur, la tachymétrie relevé en vitesse de pointe d’un flagelle est de l’ordre de 100 000 tr/min !

    L’ingéniosité de ce moteur (plus de 40 structures le composent) pose un sérieux problème aux « Darwiniens », car aucune explication n’a été viable quant à l’explication de son évolution finale.
    En effet, chaque composant est indispensable pour le fonctionnement de l’ensemble. Par conséquent, s’il en manque ne serait-ce qu’un, alors l’ensemble ne fonctionne pas.
    De plus certaines structures sont spécifiques et ne se retrouvent nulle part ailleurs (dans l’état actuel des connaissances scientifiques).
    A n’en pas douter, la beauté du flagelle bactérien est un mystère à connotation darwinienne !
    🙂

    Amicalement
    Gus

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