La coopération est au cœur de la vie de nombreux organismes, allant des microbes à la vie multicellulaire complexe. Elle apparaît lorsque des individus partagent des ressources ou répartissent une tâche de telle manière que chacun tire un plus grand bénéfice en agissant ensemble qu’il ne le pourrait par lui-même. Par exemple, les oiseaux et les poissons affluent pour échapper aux prédateurs, les essaims de moisissures visqueuses pour chasser pour se nourrir et se reproduire, et les bactéries forment des biofilms pour résister au stress.
Les individus doivent vivre dans le même « quartier » pour coopérer. Pour les bactéries, ce voisinage peut être aussi petit que des dizaines de microns. Mais dans des environnements comme l’océan, il est rare que des cellules ayant la même composition génétique coexistent seules dans le même quartier. Et cette nécessité pose une énigme aux scientifiques : dans des environnements où la survie repose sur la coopération, comment les bactéries construisent-elles leur voisinage ?
Pour étudier ce problème, le professeur du MIT Otto X. Cordero et ses collègues se sont inspirés de la nature : ils ont développé un système modèle autour d’une bactérie commune de l’eau de mer côtière qui nécessite une coopération pour manger les sucres des algues brunes. Dans le système, des cellules individuelles étaient initialement suspendues dans l’eau de mer trop loin des autres cellules pour coopérer. Pour partager les ressources et se développer, les cellules ont dû trouver un mécanisme de création d’un quartier. « Étonnamment, chaque cellule a pu se diviser et créer son propre voisinage de clones en formant des grappes serrées », explique Cordero, professeur agrégé au Département de génie civil et environnemental.
Un nouvel article, publié aujourd’hui dans Biologie actuellemontre comment une bactérie mangeuse d’algues résout le défi technique de créer une densité cellulaire locale à partir d’un état unicellulaire.
« Une découverte clé a été l’importance de l’hétérogénéité phénotypique pour soutenir ce mécanisme surprenant de coopération clonale », déclare Cordero, auteur principal du nouvel article.
En utilisant une combinaison d’expériences de microscopie, de transcriptomique et de marquage pour profiler un état métabolique cellulaire, les chercheurs ont découvert que les cellules se différencient phénotypiquement en une population de « coquille » collante et un « noyau » mobile stockant du carbone. Les chercheurs proposent que les cellules de la coquille créent le voisinage cellulaire nécessaire pour maintenir la coopération tandis que les cellules du noyau accumulent des réserves de carbone qui favorisent la reproduction clonale lorsque la structure multicellulaire se rompt.
Ce travail aborde un élément clé du plus grand défi de comprendre les processus bactériens qui façonnent notre terre, tels que le cycle du carbone de la matière organique morte vers les réseaux trophiques et l’atmosphère. « Les bactéries sont fondamentalement des cellules uniques, mais souvent ce qu’elles accomplissent dans la nature se fait grâce à la coopération. Nous avons beaucoup à découvrir sur ce que les bactéries peuvent accomplir ensemble et en quoi cela diffère de leur capacité en tant qu’individus », ajoute Cordero.
Otto X Cordero, La croissance bactérienne dans les agrégats multicellulaires conduit à l’émergence de cycles de vie complexes, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.06.011. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(22)00923-X
Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement au MIT.