Le monde fascinant des bactéries qui vivent comme symbiotes ou parasites chez des hôtes animaux reste souvent un mystère pour les chercheurs. Sous la direction du professeur Manuel Liebeke, l’Université de Kiel (CAU) et l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême contribuent à résoudre ce casse-tête en recherchant les interactions entre les microbes et leur hôte. Cependant, on manque de connaissances sur ce que font les bactéries dans leur environnement naturel.
Souvent, les bactéries ne peuvent pas être cultivées en laboratoire et les chercheurs doivent s’appuyer sur les informations du génome bactérien obtenues à partir d’échantillons environnementaux pour acquérir des connaissances théoriques sur le métabolisme des micro-organismes. Cependant, on manque de connaissances sur ce qu’ils font dans leur environnement naturel. Pour résoudre cette énigme, les scientifiques ont commencé à étudier le métabolome des bactéries, c’est-à-dire tout ce qui a à voir avec leur métabolisme, y compris les métabolites tels que les sucres ou les graisses.
Dans une étude pionnière, l’équipe de Liebeke a développé une méthode permettant d’identifier des bactéries individuelles et de déterminer simultanément quels métabolites sont présents dans les cellules sans cultiver les bactéries en laboratoire. Cette méthode leur permet d’étudier comment les bactéries vivent et survivent en tant que sous-locataires symbiotiques, comme les moules. L’équipe a analysé des centaines de métabolites sur une zone inférieure à un millimètre carré. En septembre, les chercheurs de Kiel et Brême publié leurs résultats dans Protocoles naturels.
Un moment figé permet une observation détaillée
« Nous créons un instantané, pour ainsi dire, des bactéries au travail, exactement telles qu’elles sont actives dans leur environnement naturel, en particulier dans une cellule animale », a expliqué Liebeke. « Et nous pouvons le faire avec une résolution impressionnante de quelques micromètres, environ dix fois plus fine qu’un cheveu humain. »
Une particularité de cette méthode est l’utilisation de tissus surgelés, coupés très fins. Les chercheurs utilisent ensuite une technique spéciale de spectrométrie de masse appelée imagerie MALDI-MS pour créer un instantané des composés chimiques présents dans les cellules.
Cependant, tirer les bonnes conclusions des images des métabolites n’est possible que s’ils savent quelles bactéries les produisent ou les utilisent. Pour résoudre ce problème, les chercheurs utilisent également l’hybridation in situ par fluorescence (FISH) pour identifier et localiser les cellules bactériennes individuelles dans l’échantillon.
« L’application de cette méthode aux communautés de microbes hôtes nous donnera de nombreuses nouvelles informations intéressantes sur la communication chimique entre organismes », a déclaré Patric Bourceau de l’Institut Max Planck de microbiologie marine, auteur principal du protocole développé pour appliquer la méthode.
Ces travaux ouvrent de nouvelles portes pour étudier les bactéries et leurs interactions avec leur hôte. En outre, la méthode présentée ici offre également des applications potentielles prometteuses pour l’avenir : développée à l’Institut Max Planck de Brême, le nouveau groupe de travail de Liebeke au CAU l’utilise désormais pour étudier le microbiome intestinal humain et son influence sur le métabolisme. Par exemple, cela pourrait nous aider à mieux comprendre les maladies inflammatoires de l’intestin. Avec la publication d’un protocole détaillé, l’application de la technique est désormais ouverte à d’autres chercheurs du monde entier.
En résumé, l’application de la microscopie et de la métabolomique (le domaine de recherche dédié à l’étude des métabolites) donne un aperçu de l’écologie fonctionnelle et chimique des interactions hôte-microbe. Les progrès constants de la technologie MALDI-MSI permettent d’illustrer des colonies microbiennes, des biofilms, des cellules eucaryotes individuelles et même des microcolonies bactériennes. Aujourd’hui, la technologie MALDI-MSI est sur le point de pouvoir fournir des images de cellules bactériennes individuelles. Le protocole présenté ici constitue la base pour analyser et comprendre les interactions métaboliques jusqu’au micromètre.
Plus d’information:
Patric Bourceau et al, Visualisation de métabolites et de microbes à haute résolution spatiale par imagerie par spectrométrie de masse MALDI et marquage par fluorescence in situ, Protocoles naturels (2023). DOI : 10.1038/s41596-023-00864-1
Fourni par Christian-Albrechts-Universität zu Kiel