Ravages bactériens des cultures : après les oliviers les agrumes

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Le pourtour méditerranéen est le premier producteur d’olives du monde et les oliviers sont en danger car ils sont ravagés par une bactérie, la Xylella, transmise par n’importe quel insecte suceur. C’est le cas également des agrumes, orangers et citronniers, susceptibles à une autre bactérie, la Candidatus liberibacter, transmise par un papillon d’apparence anodine la psyllide. La maladie « du dragon jaune » ou huanglongbing aussi appelée « citrus greening », ne date pas d’aujourd’hui car elle a été décrite pour la première fois en 1929 puis retrouvée en 1947 en Afrique du Sud. Cette maladie a atteint la Floride en 2005 et la production d’agrumes, en particulier d’oranges, dans cet Etat à diminué de près de 60 %. Elle a été signalée en Arabie Saoudite, à Madère et au Portugal en 2017. Pour l’instant le bassin méditerranéen qui contribue pour plus de 20 % à la production d’agrumes dans le monde et environ 70 % du volume d’exportations en valeur est épargné. Le gros problème avec cette bactérie qui semble sensible à la pénicilline G réside dans ses autres « réservoirs », la pervenche de Madagascar, un arbuste d’ornement très prisé des amateurs de jardins fleuris, qui n’est pas affectée par cette bactérie et également la source de la vinblastine, une molécule très efficace pour traiter un grand nombre de cancers, ainsi que le jasmin orange (Murraya paniculata) également très prisé des amateurs de fleurs odorantes qui est un proche cousin du citronnier (illustration, Wikipedia).

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Il existe donc deux stratégies pour protéger le bassin méditerranéen, soit utiliser massivement des insecticides pour contrôler la population de psyllide, soit traiter en dernier recours les arbres infectés avec des antibiotiques en espérant qu’ils survivront. L’efficacité de la pénicilline G n’a été prouvée qu’avec la pervenche de Madagascar mais qu’en sera-t-il avec un citronnier ? Toujours est-il que la production méditerranéenne d’agrumes est directement menacée et ce sera une catastrophe économique si les gouvernements ne se secouent pas un peu alors qu’ils sont beaucoup plus préoccupés par la guerre économique et le changement climatique … Et il en est de même pour les oliveraies. La solution adoptée dans l’Île de la Réunion a consisté à arracher les arbres des vergers de basse altitude pour planter des orangers acclimatés à de plus hautes altitudes car la bactérie est sensible aux températures inférieures à 20 °C mais ce type de reconversion n’est pas envisageable dans la plupart des pays méditerranéens.

Source partielle AFP

https://jacqueshenry.wordpress.com/2017/12/31/va-t-on-autoriser-les-antibiotiques-en-agriculture/

L’incroyable histoire de la « petite Pauline »

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Quand une amibe vole des gènes à des bactéries

C’est l’incroyable histoire d’une amibe tout à fait banale qui s’est arrangée pour subvenir elle-même à ses propres besoins. Imaginez un instant que vous incorporiez dans vos gènes ceux qui sont nécessaires pour, comme les plantes, réaliser par photosynthèse la production de sucres en mangeant des épinards. Vous n’aurez qu’à exposer au soleil votre peau devenue verte et le tour sera joué. C’est ce genre de prouesse qu’a réalisé il y a une centaine de millions d’années la petite amibe répondant au charmant nom de Paulinella chromatophora.

Normalement les amibes mangent des trucs plus petits qu’elles, surtout des bactéries, et un jour l’ancêtre de la « petite Pauline » s’est dit qu’après tout si elle pouvait photosynthétiser des sucres ça serait tout bon pour ses finances, pardon, pour son métabolisme. En quelque sorte elle ferait son pain toute seule quand il y a de la lumière …

Un jour, prise d’une grosse fringale, elle a avalé une cyanobactérie qui s’est trouvée pas si mal que ça dans son ventre. La petite Pauline a gardé ce dont elle avait besoin et un peu trop rapidement mangé le reste. Ce qu’elle a préservé s’est vite mis à ressembler à des genres de saucisses vertes, toutes proportions gardées, parce qu’elle avait incorporé les gènes qui servent à effectuer la photosynthèse du sucre et de quelques autres métabolites.

Pour ne pas devenir complètement obèse, c’est-à-dire laisser un peu de place à tous ces nouveaux gènes, un peu par erreur la petite Pauline en a effacé quelques-uns de son propre patrimoine génétique. C’était presque suicidaire mais la petite Pauline, pas très contente de son résultat a alors mangé quelques bactéries et a prélevé dans leur génome ce qui lui manquait pour rester en bonne santé, quelques gènes par ci par là pour que tout fonctionne finalement correctement.

Cette histoire paraît complètement délirante mais c’est pourtant ce qui s’est passé non pas en un jour mais au cours d’une lente évolution pour aboutir à cette amibe assez phénoménale qui a littéralement reconstruit tout son patrimoine génétique en faisant des « emprunts » génétiques à des bactéries.

Cette histoire a été étudiée en détail dans le cadre d’une collaboration entre plusieurs universités nord-américaines et allemandes sous la direction du Docteur Eva Nowack de l’Université de Düsseldorf. Cette étude n’a pas été très facile à réaliser au niveau des ADNs, l’ADN circulaire du plastide ou chromatophore, les choses vertes dans la photo ci-dessus, celui du noyau de l’amibe et des contaminants d’origine bactérienne.

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Il y a eu donc un transfert de gènes en provenance du plastide (on pourrait dire chloroplaste comme pour les plantes) dans le cadre de la symbiose initiale amibe-cyanobactérie (EGT, pour endosymbiotic gene transfer) mais également tout un trafic de gènes dit horizontal (HGT, pour horizontal gene transfer) en provenance d’autres bactéries pour aboutir à la Paulinella actuelle comme l’illustre le schéma ci-dessus tiré de l’article paru dans la revue PNAS. Il est intéressant d’insister sur le fait que cette histoire de la petite Pauline date d’une centaine de millions d’années alors que les premiers plastides photosynthétiques apparurent il y a plus d’un milliard d’années à la suite de symbioses avec des cyanobactéries pour aboutir par exemple aux végétaux que l’on connait aujourd’hui.

Source : PNAS, doi : 10.1073/pnas.1608016112 aimablement communiqué par le Docteur Nowack qui est chaleureusement remerciée ici.

Spectaculaire résistance aux antibiotiques …

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La bactérie Escherichia coli aussi appelée colibacille mesure environ 2 microns de long et est munie de flagelles pour se déplacer. Elle se divise toutes les 20 minutes et c’est peut-être l’animal de laboratoire le plus étudié et également le plus utilisé dans l’industrie. Elle est cultivée sur des milieux nutritifs semi-solides dans des boites circulaires communément appelées boites de Petri. Ce n’est pas très spectaculaire et les cultures dégagent une odeur fade un peu écoeurante. Pourtant des biologistes de l’Université de Haïfa en Israël ont réalisé une expérience spectaculaire pour mettre en évidence le comportement de cette bactérie quand elle est soumise à des concentrations croissantes d’antibiotiques.

Plutôt que d’utiliser des boites de Petri classiques l’équipe de biologiste dirigée par le Docteur Roy Kishony a construit une immense boite de culture de 120 centimètres de long et de 60 centimètres de large constituée d’une couche de gélose opacifiée avec de l’encre sur laquelle a été étalée la couche de milieu semi-solide comprenant 9 zones dans lesquelles ont été incorporées des quantités croissantes d’antibiotique de zéro à 3000 unités de concentration minimale inhibitrice (MIC). Le processus de croissance des bactéries a été filmé à raison d’un cliché toutes les 10 minutes pendant une douzaine de jours soit environ 16000 générations, un temps d’évolution qui représenterait pour l’homme près de 500000 ans !

Chaque fois que les bactéries ont rencontré un concentration croissante d’antibiotique dans le milieu de culture leur croissance s’est arrêtée puis une bactérie a muté et a poursuivi sa croissance après avoir construit une résistance à l’antibiotique.

De proche en proche l’accumulation de mutations a permis aux bactéries d’envahir la totalité de cette immense boite de culture en s’adaptant au milieu de plus en plus hostile. Cette expérience spectaculaire montrait l’adaptation au trimethoprim avec une souche de coli sensible à cet antibiotique. Voici le lien d’un film réalisé durant près de 12 jours et accéléré 18000 fois : http://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/2016/09/07/353.6304.1147.DC1/aag0822s1.mov

Plus intéressant encore, après avoir repéré sur les clichés les endroits où à partir d’une seule bactérie émergeait une nouvelle croissance, il a pu être possible de visualiser en quelque sorte l’arbre phylogénétique conduisant les bactéries à être de plus en plus résistantes à l’antibiotique comme le montre l’illustration ci-après dans laquelle la couleur des points représente le rapport entre le nombre de bactéries mutantes et le nombre de bactéries « sauvages » (wild type, WT), MIC étant la concentration inhibitrice minimale.

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Les biologistes ne se sont pas arrêté là malgré l’aspect spectaculaire de ces travaux. Ils ont analysé les mutations induites par la présence de l’antibiotique. Deux gènes ont subi des mutations, des SNPs, et ces gènes codent pour l’ADN-polymérase, l’enzyme qui sert à copier l’ADN lorsque la bactérie se divise, et un autre enzyme clé du métabolisme appelé dihydrofolate réductase et impliqué en particulier dans la synthèse des constituants de l’ADN.

Juste pour l’anecdote, les bactéries ont parcouru durant cette expérience à l’échelle humaine plus de 80000 kilomètres tout en étant soumises à un environnement de plus en plus hostile et en s’adaptant remarquablement à ce dernier.

Source et illustrations : Science doi : 10.1126/science.aag0822 article aimablement communiqué par le Docteur Kishony vivement remercié ici.

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

Un enzyme qui dégrade le PET (polyéthylène-téréphtalate)

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Les matières plastiques en tous genres ont inondé nos vies quotidiennes, depuis les touches des claviers d’ordinateurs jusqu’aux bouteilles d’eau minérale en passant par les jouets, le mobilier ou encore les chaussures et les vêtements. Rien que pour le polyéthylène-téréphtalate, plus connu sous l’abréviation de PET, une matière plastique transparente constituant les bouteilles de boissons variées, la production annuelle mondiale était de 56 millions de tonnes en 2013, dont 60 % utilisés pour les fibres textiles, par exemple le Dacron, et le reste pour les emballages. Les monomères du PET sont issus directement du pétrole. Il s’agit de l’acide téréphtalique et de l’éthylène-glycol. Le PET est inerte et jusqu’à récemment il n’était pas considéré comme biodégradable. Des petits curieux avaient bien noté quelques dégradations ici ou là, dans les creux humides des centre de retraitement des matières plastiques, mais jamais personne ne s’était sérieusement penché sur les populations bactériennes susceptibles de dégrader ces produits envahissants. C’est ce à quoi s’est intéressée une équipe de biologistes de l’Institut de Technologie de Kyoto et de la Keio University à Yokohama.

Il y a en effet un immense enjeu économique et environnemental s’il existe des activités enzymatiques capables de dégrader le PET pour le recycler car traiter des résidus de matières plastiques dans un fermenteur avec des bactéries ou éventuellement avec des enzymes produits par sur-expression avec des bactéries ou des levures comme il en existe pour les lessives, certaines synthèses chimiques ou encore dans l’industrie textile est beaucoup plus rentable industriellement que de traiter des matières plastiques chimiquement ou encore à l’aide de canons à électrons.

L’équipe dirigée par le Docteur Kenji Miyamoto a donc suivi le chemin d’investigation classique en allant dans un premier temps collecter quelques 250 échantillons dans un centre de traitement des matières plastiques situé près d’Osaka. Une mixture bactérienne s’est révélée capable de pousser sur des films de PET dans un milieu de culture contenant essentiellement des sels minéraux et quelques vitamines.

La deuxième étape a consisté à isoler la bactérie capable de pousser sur ces films de PET et de la caractériser en détail. Elle a été nommée Ideonella sakaiensis car elle fait partie de la famille des « Ideonelleae ». Les toutes premières investigations ont montré que cette bactérie semblait, à l’aide de petits filaments (indiqués par des flèches dans l’illustration), excréter quelque chose sur le film de PET, probablement des enzymes capables de dégrader ce substrat carboné, le seul présent dans le milieu de culture.

L’étape suivante a donc tout naturellement conduit à la caractérisation des gènes de la bactérie qui étaient exprimés en présence de PET puis de sur-exprimer le produit de ces gènes dans des bactéries adéquates afin d’en étudier les propriétés et reconstituer le schéma de dégradation du PET. Et ça se passe ainsi :

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PETase est un enzyme qui hydrolyse le PET en fragments dont le MHET (monohydroxy-ethyl téréphtalate) qui va à son tour être coupé en téréphtalate et éthylène-glycol. Comme tout se passe en dehors de la bactérie, celle-ci a mis au point un système lui permettant de « pomper » ces deux molécules chimiques qui vont lui servir d’aliment carboné comme le CO2 atmosphérique sert d’aliment aux plantes et au plancton. Finalement la bactérie dispose d’un équipement enzymatique interne qui va conduire à l’acide protocatechuique facilement assimilé pour le métabolisme basal.

L’étape finale de ce travail remarquable a consisté à ajouter directement l’enzyme PETase à des films de PET et le résultat – une dégradation de ces films – a permis de vérifier qu’on n’avait pas besoin de la bactérie pour procéder à la dégradation de cette matière plastique en ses constituants initiaux.

À n’en pas douter ces travaux vont conduire à des applications industrielles pour dégrader le PET dans des conditions infiniment moins coûteuses en énergie que les techniques chimiques et physiques actuellement utilisées à petite échelle en raison de leur prix. On peut imaginer des fermenteurs de plusieurs centaines de milliers de litres dans lesquels une solution enzymatique réduira le PET en ses constituants initiaux qu’on pourra récupérer et repolymériser avec les catalyseurs adéquats. Cependant il ne faut pas oublier que la majeure partie du PET (plus de 50 %) est recyclée sous forme de fibres de mauvaise qualité qui servent notamment à fabriquer des revêtements de sol ou des vêtements particuliers comme les « polaires ». Il faut souhaiter un grand avenir à ces travaux innovants qui conjuguent les techniques les plus modernes de la biologie pour aboutir à une application industrielle respectueuse de l’environnement …

Source : Science, DOI : 10.1126/science.aad6359 , article aimablement communiqué par le Docteur Kenji Miyamoto que je tiens à la disposition de mes lecteurs.

Parlons de la pyriculariose du riz

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La pyriculariose est une maladie des graminées provoquée par un champignon phytopathogène appelé Magnaporthe. Cette maladie affecte particulièrement la culture du riz avec le Magnaporthe oryzae et c’est la raison pour laquelle de nombreux travaux sont en cours pour tenter de réduire l’incidence des dégâts dans la culture du riz car cette céréale est la principale source de calories pour près de la moitié de la population mondiale. La situation est d’autant plus préoccupante que le champignon s’adapte rapidement aux traitements fongicides et devient résistant. Il s’ensuit une chute des rendements pouvant aller jusqu’à 100 % de perte comme dans certaines régions de Chine. On estime que les baisses de rendement occasionnées par la pyriculariose correspondent aux besoins en nourriture de plus de 100 millions de personnes chaque année.

Des biologistes de l’Université du Delaware se sont penché sur la rhizosphère du riz, c’est-à-dire la population microbienne du sol des rizières, et ils ont découvert qu’une bactérie particulière, un pseudomonas (Pseudomonas chlororaphis) semblait protéger le riz des attaques fongiques en stimulant les mécanismes de défense de la plante. Chaque plante herbacée dispose d’une petite panoplie de composés chimiques pour se défendre contre les agresseurs. Il s’agit de l’acide jasmonique, de l’acide salicylique et de l’acide abscissique. L’odeur caractéristique du gazon fraichement coupé est due à un ester volatil de l’acide abscissique car tondre le gazon est une agression pour la plante et le stress provoqué entraine une production de cet acide.

Comme le riz est une plante qu’on repique manuellement ou avec des machines, après avoir découvert ce pseudomonas protecteur du riz, les biologistes du Delaware ont tout de suite imaginé qu’il pouvait être possible de protéger cette culture des attaques fongiques en inoculant cette bactérie aux racines lors du repiquage. En étudiant le mécanisme de protection de la bactérie la surprise fut de constater que la synthèse d’acide abscissique était perturbée par la présence de cette bactérie. Curieusement le champignon pathogène produit lui-même cet acide et la réaction du riz n’est plus une résistance mais une plus grande susceptibilité à l’attaque fongique. La bactérie interfère avec cette production d’acide abscissique selon un mécanisme complexe perturbant l’expression de quelques gènes impliqués dans la biosynthèse de cette molécule, mais le résultat est là : le riz est en grande partie protégé et cette protection ne fait pas appel à des pesticides et est totalement anodine pour l’environnement. Il reste à mettre en œuvre la production du bacille et la mise au point du pralinage des pousses de riz lors des repiquages … Comme quoi la nature fait parfois très bien les choses.

Source : Frontiers in Plant Science, www.frontiersin.org DOI : 10.3389/fpls.2015.01082

Les bactéries, c’est comme les hommes, elles font du commerce !

Rares sont les cas où une seule espèce de bactéries existe dans un milieu naturel, et il en est de même dans le monde végétal car qui dit cohabitation sous-entend une certaine forme de coopération ou d’entraide. Les communautés humaines n’ont eu de cesse d’échanger des biens contre de la nourriture ou d’autres produits. En des temps reculés on appelait ce type de commerce du troc. C’était un échange gagnant-gagnant car il bénéficiait à chacun. Dans le sol et bien d’autres milieux liquides ou semi-solides un nombre invraisemblable de bactéries en tous genres coexiste harmonieusement et cet équilibre est la résultante d’un échange de bons procédés pour reprendre des termes anthropomorphiques. Il est vrai qu’on est toujours tenté d’établir une comparaison entre les microorganismes et les êtres humains parce qu’après tout il n’y a qu’une différence d’échelles. Les êtres humains font du commerce, les bactéries rejettent dans le milieu environnant des molécules chimiques utilisées par d’autres bactéries et ces dernières les transforment, pas toujours, en d’autres composés utilisés à leur tour par les premières. On pressentait cette sorte de symbiose dans le microcosme bactérien extraordinairement complexe mais on n’a jamais pu entrer dans les détails de cette sorte de synergie en raison de la complexité des échanges entre les diverses populations bactériennes. Or, en raison de cette complexité, comme il est impossible de suivre tous les paramètres chimiques impliqués dans cette sorte de collaboration, les microbiologistes n’ont pas eu d’autre choix que de réaliser des modélisations.

La collaboration métabolique entre communautés bactériennes n’est pas une idée nouvelle. Mais si on fait coexister plus de deux types de bactéries la situation devient extrêmement complexe car, contrairement à l’ADN ou les ARNs, les métabolites simples sont difficiles à repérer entre la source dont ils sont originaires et les bactéries qui vont les utiliser pour leurs propres besoins. C’est la raison pour laquelle l’équipe de Kiran R. Patil à l’EMBL d’Heidelberg a mis au point un modèle qui peut en quelque sorte faire une liste de toutes les possibilités auxquelles un métabolite donné peut être destiné. L’ordinateur devient alors une machine à générer des hypothèses – non pas climatiques mais métaboliques – qui passent en revue tous les scénarios possibles du devenir d’un métabolite donné. Le programme qui tient compte des données relatives à chaque espèce de bactérie arrive à prédire quel sera le destin d’une molécule dans cette cohabitation naturelle.

Cette modélisation d’un nouveau genre, appliquée à 800 communautés bactériennes différentes a été appelée SMETANA, un acronyme pour « Species METabolic interaction ANAlysis », rien à voir avec le compositeur éponyme tchèque. Pour ne pas faire n’importe quoi, il fallut passer aussi en revue quelques 261 espèces de bactéries vivant dans 1297 communautés différentes et répertoriées par leur ARN 16S ou ARN ribosomique, une sorte d’empreinte digitale de chaque bactérie. C’était le début d’un immense travail car il fallut aussi déterminer à quel point chaque espèce de bactérie dépend des autres communautés vivant en groupes plus ou moins importants. En effet, l’importance d’une population donnée influe sur le développement d’une autre population bactérienne, un peu comme si on étudiait l’influence de la ville de Baltimore sur celle de Philadelphie aux USA ou l’interrelation entre Osaka et Tokyo au Japon. Connaissant de manière approchée le tableau métabolique de chaque espèce de bactéries de par l’expression des ARNs messagers codant pour des enzymes impliqués dans une activité métabolique précise il fut alors possible de faire des prédictions malgré les incertitudes relatives aux régulations auxquelles sont soumises ces activités.

Ce qui a tout de suite semblé évident c’est la compétition entre les diverses populations de bactéries. Indépendamment du fait que nous possédons un grand nombre de gènes qui sont, sommes toutes, pas très différents de leurs homologues bactériens, notre comportement dans un univers où la compétition est la règle induit un comportement tout aussi analogue. Si les ressources alimentaires sont limitées, une féroce compétition s’installe et peut parfois conduire à un conflit armé. Dans le modèle développé par l’équipe de Patil le concept de superposition des ressources métaboliques a permis de comprendre le mécanisme qui permet à des communautés bactériennes diverses de coexister. En un mot il s’est agi de comparer les composants nutritionnels dont chaque espèce en présence a besoin pour sa survie, les composants pour lesquels ces espèces sont en compétition. L’empiètement inévitable des ressources métaboliques entre les différentes espèces bactériennes, un peu ce qu’on retrouve sur notre planète pour les ressources minérales et énergétiques, englobait dans ce modèle les ressources vitales, une nécessité absolue, et celles pouvant à la rigueur être partagées entre communautés.

En se focalisant sur les ressources vitales, l’idée fut d’introduire un critère de modélisation signifiant qu’un métabolite particulier était par exemple vital pour toutes les communautés bactériennes, le « Metabolic Resource Overlap » (MRO) fut donc, dans cet exercice de modélisation, l’un des éléments centraux de l’analyse. Quand par exemple trois communautés de bactéries vivant dans le même milieu mais n’interagissant pas, il faut un apport de métabolites externes complexe. Quand au contraire ces communautés interagissent l’apport extérieur peut être très réduit puisque chaque communauté libère dans le milieu les métabolites nécessaires aux autres communautés et vice-versa :

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Il est donc nécessaire d’introduire un terme permettant d’évaluer la propension d’une communauté à participer à la coexistence avec d’autres communautés de bactéries, il s’agit du potentiel d’interaction métabolique (MIP pour « metabolic interaction potential »). Ce paramètre est défini par la diversité des produits excrétés par une bactérie en regard de ses gènes exprimés, ce qui est maintenant facile à évaluer en identifiant les ARNs messagers présents à un instant t dans une culture. La modélisation développée au laboratoire de l’EMBL à Heidelberg en Allemagne sous la direction de Kiran Patil a permis, en s’appuyant sur un ensemble de données expérimentales et dans des conditions de « disette », en d’autres termes de disponibilité en nutriments limitée, de montrer que les bactéries tirent un avantage de leur collaboration en s’adaptant les unes aux autres ou en termes anthropomorphiques en mutualisant leurs fonctionnements métaboliques afin de permettre des échanges bénéfiques pour chacune des parties ou communautés coexistantes. Les résultats obtenus aboutissent à une nouvelle interprétation de l’hypothèse de naturalisation de Darwin qui stipulait que des espèces cohabitant dans un milieu donné devaient être suffisamment dissemblables pour ne pas risquer d’exclusion résultant d’une trop forte compétition pour la nourriture. Il ressort en effet que les différences entre communautés bactériennes sont la raison même des potentialités de biosynthèses complémentaires et bénéfiques pour la survie dans des conditions variées où la nourriture disponible est limitée, un genre de relation « commerciale » gagnant-gagnant.

On est étonné de constater que le comportement et l’adaptation des bactéries ressemblent aux comportements humains ! Dès le néolithique les communautés humaines procédèrent à des échanges de biens, d’outils, de bijoux ou de poteries en échange de toutes sortes de denrées, des aliments, des vêtements ou d’autres outils. Encore aujourd’hui les pays, les régions diverses du globe terrestre procèdent continuellement à des échanges parfois hétéroclites qui, avec le temps et l’augmentation de la complexité de ces comportements, ont été codifiés et référencés sur la base de métaux précieux comme contre-valeur ou de monnaie. Mais globalement les bactéries avaient bien avant les humains inventé les échanges, les marchés et les accords gagnant-gagnant.

Les prochaines recherches de l’EMBL d’Heidelberg se focaliseront sur les bactéries du système digestif et on peut s’attendre à des découvertes et des mises au point spectaculaires dans ce domaine très particulier dont dépend notre santé.

Sources : http://news.embl.de/science/1505-microbes/ et PNAS : http://www.pnas.org/content/112/20/6449 , illustrations PNAS.

La peur ancestrale du rat est bien justifiée !

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On a coutume de dire qu’à Paris, Londres, Bangkok ou New-York … il y a autant de rats que d’habitants et c’est la vérité. Certes les puces des rats ne nous sautent plus dessus pour nous transmettre la peste mais tous ces rats représentent un réel risque sanitaire mal connu du grand public car les médias s’abstiennent de parler de sujets qui dérangent, le climat, la transition énergétique ou l’effondrement du prix du pétrole sont plus payants en terme d’audimat ou de lecteurs assidus. Parler des rats, vous n’y pensez pas ! Et pourtant partout où il y a des hommes il y a des rats et dans certains pays le rat est même un mets de choix. Séjournant au Cameroun il y a quelques années, j’ai réussi après un gros effort mental à manger un morceau de viande de rat de brousse à peine plus gros que la dernière phalange de mon petit doigt, un pays où la chair de cet animal est considérée comme excellente. Mais les rats vivant partout dans les grandes villes sont plutôt repoussants. Des biologistes de l’Université Columbia à New-York ont voulu en savoir plus sur les microorganismes pathogènes que véhiculent les rats de la ville de New-York et ils n’ont pas été déçus, loin de là !

C’est un véritable cauchemar qu’ont découvert ces limiers de la microbiologie avec les moyens modernes d’investigation au niveau de l’ADN que la police utilise de plus en plus pour retrouver d’horribles violeurs de petites filles des années après leur forfait. Pour ces rats new-yorkais il y a vraiment de quoi avoir peur parce qu’ils sont tous porteurs de virus vraiment bizarres transmissibles à l’homme et encore inconnus avant cette étude auxquels il a fallu donner des noms parfois poétiques : Flavivirus, Pestivirus, Pegivirus, Salepovirus Parechovirus ou Hepacivirus dont certains sont retrouvés aussi chez les chauve-souris, l’un des principaux vecteurs soupçonnés du virus de la fièvre d’Ebola. Pire encore, sur les 133 rats capturés et étudiés, 8 d’entre eux étaient porteurs du redoutable Hantavirus dit de Seoul découvert durant la guerre de Corée et qui provoque une fièvre hémorragique aussi mortelle qu’Ebola avec une attaque des reins et des poumons le plus souvent fatale. Pas vraiment de quoi être rassuré. Tous ces nouveaux virus sont potentiellement mortels pour l’homme, c’est bien connu le rat est un commensal de l’homme depuis la nuit des temps et ce n’est pas surprenant puisque le rat est le seul animal avec l’homme à s’entretuer sans raison apparente, « qui se ressemble s’assemble » comme on dit dans les chaumières.

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Donc, les Londoniens, les Parisiens et bien d’autres citadins vivent en étroit contact avec des réservoirs indicibles de ces animaux nous côtoyant insidieusement et porteurs de toute une panoplie de virus mortels. Pour les bactéries, le tableau est tout aussi sombre puisque les rats charrient des salmonelles, des Clostridium, y compris la bactérie responsable de la peste, mais oui c’est vrai, et bien d’autres bactéries toutes dangereuses pour l’homme avec des conséquences sur la santé dont aucun promeneur avec son chien n’a la moindre notion. Si vous promenez votre chien dans les rues de Paris, de Berlin, Londres, Singapour, Shanghai, Sydney ou Tokyo vous êtes tout simplement en danger de mort ! En effet, tous les virus et autres bactéries qu’hébergent ces rats peuvent être transmis à l’homme par l’intermédiaire de leur animal de compagnie préféré, leur teckel ou leur cocker chéris qui hument les défécations ou encore mieux l’urine des rats et deviennent la meilleure courroie de transmission de ces maladies pour la plupart encore inconnues et contre lesquelles il n’existe aucune parade. Par exemple il y a de bonnes raisons de penser que de nombreuses personnes souffrant de l’hépatite non A non B ont contracté le virus par l’intermédiaire de leur animal de compagnie favori, en l’occurrence leur chien, qui a reniflé les crottes d’un rat porteur (sain) du virus. Trois pour cent de la population est porteuse du virus de l’hépatite C et un cinquième de ces personnes en mourra dans les 20 années qui suivront leur premier contact avec le virus. Le rat new-yorkais a l’air d’affectionner plus particulièrement ce type de virus puisqu’à l’issue de cette étude il est sérieusement envisagé de l’utiliser comme animal de laboratoire pour étudier justement ce dernier agent pathogène pour lequel il n’existe pas d’animal modèle, les résultats avec les chimpanzés comme animaux modèles s’étant avérés décevants. C’est à peu près le seul point positif de cette étude, tous les autres résultats font carrément peur !

Source : mBio ( doi:10.1128/mBio.01933-14. ) en accès libre et Columbia University Mailman School of Public Health news. Illustration : arbre phylogénétique de quelques virus trouvés chez les rats new-yorkais.

Histoire de croutes de fromage

 

Quand je séjourne en France, je ne peux pas m’empêcher de manger du fromage et tous les fromages français sont bons à l’exception de certains d’entre eux visiblement et notoirement industriels, mais bon, à côté des fromages de chèvre espagnols, caoutchouteux et sans goût à moins de les faire cuire « a la plancha », le moindre Chavignol, la petite Rigotte, le St-Marcellin dégoulinant ou encore le Rocamadour sont un réel plaisir. Hier, j’ai fait un détour rue de Richelieu pour m’offrir deux petits fromages secs de Saône-et-Loire à la fromagerie Hisada, tenue par deux charmantes Japonaises. Je recommande aux amateurs de fromage parisiens d’aller voir ce qu’on trouve dans cet endroit absolument exceptionnel de par la qualité et la diversité des fromages proposés à la clientèle.

Et pourquoi toute cette diversité fromagère ? Parce que le fromage est le résultat d’une complexe interaction entre diverses bactéries, champignons et autres levures. Entre deux caves d’affinage du même fromage produit dans une région donnée, on peut déceler de subtiles différences. Je me souviens avoir fait le tour des petits producteurs de Rigottes d’Echalas dans le sud du département du Rhône, un fromage mi-chèvre mi-vache, frais, un peu sec ou carrément sec, c’est selon. Chaque petit producteur produisait son fromage personnalisé en terme d’odeur, de couleur, de texture et naturellement de goût. Il ignorait quelle pouvait être la cause de ces petites différences mais on sait maintenant que tout provient d’une bonne entente entre deux acteurs microbiens bien identifiés par une équipe de biologistes de l’Université d’Harvard conduite par le Docteur Rachel Dutton. Ces microbiologistes se sont penché en détail sur les croutes des fromages affinés. La croute contribue en effet à la saveur d’un fromage et celle-ci se forme non seulement à partir de l’inoculum ajouté au caillé qui confèrera au fromage son identité mais également par l’interaction avec le milieu extérieur. Or ce milieu extérieur, caves d’affinage, salles de séchage et de vieillissement, est riche en spores bactériens et fongiques et il en résulte sur la croute du fromage une communauté extrêmement complexe se développant en parfaite harmonie pour conférer au fromage son aspect et sa saveur caractéristiques. Enfin, la croute du fromage protège ce dernier des attaques par des espèces microbiennes ou fongiques pathogènes.

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Le fromage, comme beaucoup d’aliments et de boissons fermentés requiert au cours de sa fabrication l’introduction d’un inoculum dans le caillé, or plus de 60 % des bactéries et près de 25 % des champignons présents dans la croute d’un fromage ne proviennent pas de l’inoculum mais de l’environnement externe. D’autre part, parmi les 137 fromages divers étudiés, seulement 14 bactéries différentes représentant chacune plus de 1 % de la population bactérienne totale et 10 champignons différents représentant également chacun plus de 1 % de la population fongique totale ont été trouvés présents dans tous ces fromages. Certes en multipliant 14 par 10 on retombe sur ces 137 fromages mais ce raisonnement est simpliste et inexact car, comme pour l’arôme d’un vin, ce sont les petits détails qui créent la différence. L’identification des microorganismes a été réalisée par séquençage haute précision des ARN ribosomaux 16S qui sont hautement conservés entre les différentes espèces de bactéries ou de champignons et constituent donc la carte d’identité de chaque microorganisme de manière non ambiguë ( http://rdp.cme.msu.edu/ ) et le curieux peut constater la diversité dans les illustrations tirées de l’article paru dans le journal Cell aimablement communiqué par le Docteur Rachel Dutton (DOI en fin de billet). Il y a plusieurs sources expliquant la présence de bactéries et de champignons dans le fromage, d’abord le lait lui-même peut être contaminé en particulier pour les fromages confectionnés avec du lait cru, le sel introduit dans le caillé (curd), nous le verrons plus loin, véhicule des bactéries et enfin les caves d’affinage contribuent à la diversité de la flore des croutes en apportant leur lot de spores de champignons microscopiques. L’illustration montre également les trois sortes de fromages classés selon la nature de leur croute (rind) selon qu’elle est recouverte de moisissures ou champignons filamenteux (bloomy), un exemple est le camembert, selon que la croute est lavée au cours de l’affinage, un exemple l’Epoisses, ou encore laissée à l’état naturel comme la tomme de Savoie. Ces trois types de croutes ont été analysés et les résultats sont résumés dans la figure ci-après, certes un peu aride mais fort intéressante malgré l’absence de signification des échantillons numérotés de 1 à 137. On peut remarquer que la flore bactérienne de certains fromages, par exemple l’échantillon 130, est presque exclusivement constituée de bactéries dont l’abondance est inférieure à 1 % et par exemple pour les champignons, l’échantillon 50 est atypique car il ne contient que des Debaryomyces et des Fusarium à côté de champignons d’importance mineure, c’est certainement un bon fromage !

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Pour en revenir au sel introduit dans le lait avant d’en faire le caillé, il s’agit de sel marin, or l’étude a montré la présence presque systématique dans le fromage de bactéries exclusivement rencontrées dans le milieu marin comme Yaniella et Nocardiopsis ou encore des Halomonas résistantes à de fortes concentrations en sel. C’est la première fois qu’est décrite la présence de telles bactéries dans un aliment. Pour les puristes ITS fait référence à la méthode de séquençage de l’ARN des champignons qui diffère de celle utilisées pour identifier les bactéries (16S).

Enfin, l’étude du Docteur Rachel Dutton a mis en évidence des synergies ou au contraire des antagonismes entre champignons et bactéries indiquant clairement, pour schématiser qu’une vulgaire croute de fromage est un microcosme diversifié et très complexe. En conclusion si certains amateurs de fromage ne mangent pas la croute, ils ont bien tort car elle apporte une multitude d’éléments nutritionnels qui concourent à l’équilibre de la flore intestinale même si certains peuvent être effrayés d’apprendre que la croute d’un bon camembert peut contenir des staphylocoques ou des Candida.

Bon appétit !

http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.05.041 

Une arme chimique du citronnier se retourne contre lui

 

Les hommes ont inventé les armes chimiques pour s’entretuer au cours de la Grande Guerre dont on va célébrer cette année le centenaire de sa déclaration, comme si on devait célébrer le début de ce genre d’évènement funeste. Il faudrait aussi célébrer l’usage de l’ypérite alias gaz moutarde, du cyanure et du chlore qui furent largement utilisés dès la fin de l’année 1915 dans les tranchées autant par les Allemands que par les alliés pour en découdre, mais bon, chacun son truc et ce n’est en tous les cas pas le mien. Pour en revenir aux gaz de combat la nature a beaucoup mieux fait les choses que les humains et dans le même but, tuer ! Mais ça ne marche pas dans tous les cas, l’arme chimique supposée repousser les ennemis peut se retourner contre celui qui l’a utilisé, comme à la guerre d’ailleurs avec les hasards du vent.

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C’est le cas des ravageurs du citronnier et des autres agrumes en général. Le citronnier est en premier lieu depuis quelques années malmené par une bactérie appelée du nom surprenant de Candidatus Liberibacter asiaticus encore faut-il que cette bactérie trouve une embarcation, volante si possible, pour aller d’un arbre à un autre car jusqu’à preuve du contraire les bactéries n’ont pas d’ailes. Or en Floride et ailleurs, les ravages occasionnés par cette bactérie étaient inexplicables jusqu’à ce que des zoologistes de l’Université à Lake Alfred, en Floride donc, se penchent sur le problème pour tenter de trouver une solution aux hécatombes occasionnées par cette bactérie dans les plantations de citronniers. Puisque la bactérie ne peut pas se déplacer toute seule, elle doit donc trouver un transporteur aérien, c’est plus rapide qu’un transporteur terrestre tant qu’à faire. Elle a mis au point un stratagème incroyable consistant à dévier le métabolisme des feuilles de citronnier en les obligeant à synthétiser du salicylate de méthyle, un composé chimique volatil comme la majorité des esters qui est pourtant supposé éloigner les prédateurs du genre insectes. Pour les curieux le salicylate de méthyle rappelle l’odeur de l’écorce de bouleau quand on la froisse dans le creux de la main. Lorsque le citronnier est attaqué par la bactérie il émet donc ce signal dissuasif comme les Allemands en 1916 balançaient du gaz moutarde sur leurs ennemis en voulant dire après tout « ne venez pas nous attaquer, ce n’est pas une bonne idée ». Pas de chance pour le citronnier, le salicylate de méthyle a aussi le malencontreux pouvoir d’attirer puissamment un autre prédateur, cette fois un genre de puceron volant, le Diaphorina citri (voir la photo ci-dessus, Wikipedia) qui est vraiment un ravageur terriblement dévastateur du citronnier non pas tellement parce qu’il suce la sève du citronnier mais surtout parce qu’il va répandre la bactérie partout après avoir achevé les basses œuvres de cette dernière. La bactérie perturbe le métabolisme du citronnier à tel point que le symptôme porte l’élégant nom de huánglóngbìng, accents compris, qui veut dire « maladie du dragon jaune » en chinois ou en d’autres termes que les feuilles sont sérieusement attaquées, se recroquevillent et finissent par mourir et les fruits, s’il en reste, ne murissent pas complètement et restent en partie verts, ce qui est commercialement catastrophique. En fait le puceron n’a rien à voir avec la maladie bactérienne, il est simplement attiré par les effluves de salicylate de méthyle, il se contamine avec les bactéries en suçant la sève du citronnier dont il se nourrit exclusivement et comme la feuille sur laquelle il s’est posé est déjà en mauvais état en raison du ravage bactérien, il va voir ailleurs et contamine ainsi une plantation entière en quelques jours.

Jusque là rien de bien nouveau, la contamination des plantes par des insectes volants est bien connue et c’est la raison pour laquelle on est très strict en France avec par exemple la flavescence dorée en ce qui concerne les vignes, mais il y a bien d’autres exemples de ce type. Ce que les zoologistes de l’Université de Floride ont découvert, c’est la présence d’un troisième acteur dans cette collaboration infernale puceron-bactérie qui est aussi attiré par le salicylate de méthyle mais pas pour les mêmes raisons. Il s’agit cette fois d’une petite guêpe, Tamarixia radiata,

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qui utilise le puceron pour y pondre ses œufs. Cette guêpe ne vient pas sur les feuilles de citronnier pour en sucer la sève mais si elle est utile pour réduire la population de pucerons jusqu’à 50 % sans jamais en venir à bout complètement elle sert également malgré elle de vecteur pour la bactérie qui lorsqu’elle va chercher d’autres pucerons sur d’autres arbres contaminera ceux-ci avec cette dernière. Malgré tout, l’intervention de la guêpe est globalement bénéfique car elle réduit la population de pucerons tout en contribuant malheureusement à l’extension de la maladie bactérienne. On peut dire que le citronnier qui croyait avoir trouvé une arme chimique pour se défendre est tombé dans le panneau et l’arme s’est retournée contre lui pour la plus grande satisfaction de la petite guêpe qui a su exploiter cette faille.

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Résumons donc, la bactérie force le citronnier à émettre un signal chimique volatile supposé repousser les ravageurs sauf un puceron qui servira de vecteur pour la bactérie. Le même signal chimique prévient une guêpe de la présence du puceron pour qu’elle vienne le parasiter et finalement le tuer comme le résume l’illustration ci-dessus. Encore fallait-il prouver que les choses se passent bien ainsi car en général les insectes qui parasitent d’autres insectes sont plutôt attirés par l’odeur de leur proie et non pas par des émanations défensives de la plante. Si la guêpe est effectivement attirée par le puceron, elle l’est aussi et beaucoup plus par le salicylate de méthyle. Pour le prouver il a suffi de badigeonner des feuilles de citronnier sain avec une solution de salicylate de méthyle pour voir arriver des guêpes à la recherche de pucerons qu’elles n’ont pas trouvé. La même simple expérience a démontré également l’attirance du puceron pour le même salicylate de méthyle alors que du limonène par exemple n’avait aucun effet. En définitive, la bactérie favorise la rencontre de la guêpe et du puceron au détriment du citronnier qui a été complètement leurré dans cette histoire et finit par en mourir.

 

Source et illustrations open access : DOI: 10.3389/fevo.2014.00008