Susceptibles de survivre dans la cavité buccale, les bactéries ont évolué pour se diviser le long de leur axe longitudinal sans se séparer les unes des autres. Une équipe de recherche co-dirigée par la biologiste cellulaire environnementale Silvia Bulgheresi de l’Université de Vienne et le généticien microbien Frédéric Veyrier de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) vient de publier ses nouvelles connaissances dans Communication Nature. Dans leurs travaux, ils ont décrit le mode de division de ces bactéries ressemblant à des chenilles et leur évolution à partir d’un ancêtre en forme de bâtonnet. Ils proposent d’établir les bactéries buccales Neisseriaceae comme de nouveaux organismes modèles qui pourraient aider à identifier de nouvelles cibles antimicrobiennes.
Bien que notre bouche abrite plus de 700 espèces de bactéries et que son microbiote soit aussi diversifié que celui de notre intestin, on ne sait pas grand-chose sur la croissance et la division des bactéries buccales. La bouche est un endroit difficile à vivre pour les bactéries. Les cellules épithéliales tapissant la surface interne de la cavité buccale sont constamment éliminées et, avec le flux salivaire, les organismes qui habitent cette surface auront donc du mal à s’attacher.
Il est possible que pour mieux coller à notre bouche, les bactéries de la famille des Neisseriacées aient développé une nouvelle façon de se multiplier. Alors que les bâtonnets typiques se divisent transversalement puis se détachent les uns des autres, certaines Neisseriaceae commensales qui vivent dans notre bouche se fixent cependant au substrat avec leurs pointes et se divisent longitudinalement, le long de leur axe longitudinal. De plus, une fois la division cellulaire terminée, elles restent attachées les unes aux autres, formant des filaments ressemblant à des chenilles. Certaines cellules du filament résultant adoptent également des formes différentes, éventuellement pour remplir des fonctions spécifiques au profit de l’ensemble du filament. Les chercheurs expliquent : « La multicellularité rend possible la coopération entre les cellules, par exemple sous la forme d’une division du travail, et peut donc aider les bactéries à survivre au stress nutritionnel.
L’équipe de chercheurs a d’abord utilisé la microscopie électronique pour étudier, dans la famille des Neisseriaceae, les formes de cellules bactériennes qui incluent les deux formes de cellules standard (bâtonnet et coccus) en plus des filaments en forme de chenille. En comparant leurs formes cellulaires et leurs génomes dans toute la famille des Neisseriaceae, les chercheurs ont pu en déduire que les bactéries multicellulaires à division longitudinale ont évolué à partir de bactéries en forme de bâtonnet à division transversale. De plus, ils ont pu identifier les gènes susceptibles d’être responsables de la stratégie de multiplication inhabituelle.
Ils ont ensuite utilisé des techniques de marquage par fluorescence pour visualiser la progression de la croissance cellulaire dans les bactéries multicellulaires et enfin comparé la constitution génétique de celles-ci avec des espèces en forme de bâtonnets « classiques ». Enfin, ils ont tenté de recréer cette évolution en introduisant les modifications génétiques dans les Neisseriaceae en forme de bâtonnet. Bien qu’ils ne puissent pas forcer les bactéries en forme de bâtonnets à devenir multicellulaires, la manipulation génétique a abouti à des cellules plus longues et plus minces. « Nous supposons qu’au cours de l’évolution, par une refonte des processus d’allongement et de division, la forme des cellules a changé, peut-être pour mieux prospérer dans la cavité buccale », a déclaré Frédéric Veyrier.
« En plus de nous aider à comprendre comment la forme des cellules a évolué, les Neisseriaceae multicellulaires peuvent être utiles pour étudier comment les bactéries ont appris à vivre attachées à la surface des animaux, le seul endroit où elles ont été trouvées jusqu’à présent. La moitié d’entre nous les transporte dans d’ailleurs », explique Silvia Bulgheresi du Département d’écologie fonctionnelle et évolutive de l’Université de Vienne.
Cependant, Philipp Weber de l’Université de Vienne, Ph.D., un étudiant de l’équipe de Bulgheresi qui a également travaillé sur l’étude, souligne que « l’élargissement du domaine de la biologie cellulaire à d’autres morphologies et espèces symbiotiques est également crucial pour augmenter le pool de protéines ». cibles (par exemple, des cibles antibiotiques) pour des applications biopharmaceutiques. »
Sammy Nyongesa, un Ph.D. étudiant dans l’équipe de Veyrier de l’INRS, ajoute : « Une approche évolutive, comme celle entreprise ici pour les Neisseriaceae, peut éclairer de nouvelles cibles protéiques insoupçonnées.
Sammy Nyongesa et al, Evolution de la division longitudinale chez les bactéries multicellulaires de la famille des Neisseriaceae, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-32260-w