Les bactéries magnétotactiques (MTB) sont des procaryotes phylogénétiquement et morphologiquement divers qui partagent une capacité ancestrale de produire des nanocristaux intracellulaires de magnétite (Fe3O4) ou/et de greigite (Fe3S4) au sein d’organelles appelées magnétosomes.
Les magnétosomes sont souvent organisés en une ou plusieurs chaînes. La morphologie des cristaux de magnétosomes et le contenu des gènes de magnétosomes varient selon les groupes taxonomiques ou même les espèces/souches.
Cependant, la plupart des progrès dans la compréhension systématique de la formation des magnétosomes reposent sur deux souches génétiquement traçables AMB-1 et MSR-1, qui sont affiliées au genre Magnetospirillum du phylum Pseudomonadota.
Les deux souches forment des particules de magnétite cuboctaédriques qui sont organisées en une seule chaîne. Compte tenu de la diversité phylogénétique des VTT non cultivés et de leurs diverses morphologies de cristaux magnétiques et assemblages de chaînes, un modèle général pour les réseaux de gènes qui contrôlent ou régulent la biogenèse des particules magnétiques et l’assemblage des chaînes fait toujours défaut, et parce qu’un tel modèle est impossible à déterminer à partir d’un petit nombre. de souches de MTB cultivées seules.
Dans une étude publiée dans Examen scientifique nationalle professeur Li Jinhua et son groupe présentent pour la première fois un flux de travail pour l’analyse génomique et phénomique comparative de MTB cultivées et non cultivées afin d’évaluer les rôles des réseaux de gènes dans la détermination de leur morphologie cristalline et de leur assemblage de chaînes.
Ils ont acquis 15 nouveaux ensembles de données, dont chacun correspond à une souche de MTB non cultivée et contient des informations morphologiques génomiques et magnétosomes correspondantes. Combinés avec 32 autres souches de MTB cultivées et non cultivées précédemment signalées et bien caractérisées, ils présentent la plus grande base de données d’association génomique-magnétosome disponible.
Les chercheurs ont ensuite illustré en détail la présence / l’absence et l’organisation de nombreux gènes de magnétosomes dans 47 souches de MTB dans différents groupes taxonomiques de MTB et ont démontré la présence de gènes de magnétosomes centraux et de gènes de magnétosomes spécifiques au phylum dans le système MTB.
Ils présentent également des analyses bioinformatiques pour identifier les gènes potentiels liés à la biominéralisation des magnétosomes et ont découvert que certains gènes précédemment ignorés (c’est-à-dire mad24, man1 et man5) peuvent jouer un rôle dans le contrôle morphologique de la magnétite en forme de balle et dans l’assemblage des faisceaux de chaînes de magnétosomes. Sur la base de ces découvertes, ils proposent provisoirement un modèle général pour les réseaux de gènes qui contrôlent/régulent la biominéralisation des magnétosomes.
« Ces nouveaux résultats élargissent considérablement nos connaissances sur la base génétique de la biominéralisation des magnétosomes. Ils mettent également en lumière les mécanismes moléculaires liés à la morphologie cristalline et à l’assemblage en chaîne des magnétosomes dans différents groupes taxonomiques de VTT, ce qui est largement inconnu des études précédentes », déclare Jinhua Li. .
« De plus, il fournit des preuves génétiques de la morphologie spécifique au phylum de la magnétite magnétosome, et la morphologie des cristaux de magnétofossile des archives géologiques anciennes peut donc être un indicateur fiable de la lignée taxonomique de l’ancien MTB et de sa paléoécologie », déclare Yongxin Pan.
Bien que le modèle général reste incomplet, il fournit de nouvelles informations sur la fonction des gènes des magnétosomes et l’assemblage de la chaîne, en particulier pour le VTT autre que le magnétotactique Magnetospirillum. Avec ce réseau de gènes, la mutagenèse dirigée in vivo de souches cultivées ou l’expression de gènes de magnétosomes hétérologues pourraient être utilisées à l’avenir pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires de la biogenèse et de l’assemblage en chaîne de la magnétite prismatique et en forme de balle.
En outre, plusieurs protéines (par exemple, Man1 et Mad2) peuvent fournir des cibles pertinentes pour la synthèse biomimétique de nanoparticules de magnétite très allongées. En raison de leur anisotropie de forme importante, ces nanoparticules ont une coercivité magnétique plus élevée que les particules sphériques ou cuboctaédriques, ce qui pourrait les rendre adaptées à des applications en nanomédecine et en nanotechnologie.
Plus d’information:
Peiyu Liu et al, Réseaux de gènes clés qui contrôlent la biominéralisation des magnétosomes chez les bactéries magnétotactiques, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac238