Détection du quorum
Les bactéries utilisent la communication entre les cellules pour coordonner le comportement collectif en réponse aux changements de la densité cellulaire et de la composition des espèces de la communauté. Ce processus est également appelé détection du quorum, ou QS en abrégé. Ce processus de communication dépend de la densité cellulaire et n'est efficace que lorsque la concentration de certaines molécules de signalisation extracellulaires (c'est-à-dire les autoinducteurs) émises par les bactéries dépasse un niveau seuil dans le milieu. Ces molécules de signalisation, ou IA, peuvent déclencher un processus de régulation génétique, entraînant l'expression d'une information génétique spécifique dans la bactérie réceptrice (c'est-à-dire l'expression génétique). Ce processus a déjà été démontré dans plus de 70 bactéries.
Comme pour le langage humain, ces signaux varient également entre les espèces bactériennes. Par exemple, certaines bactéries peuvent interpréter de nombreux signaux différents, tandis que d'autres ne répondent qu'à quelques-uns. Grâce à ce processus de communication, les colonies bactériennes peuvent remplir diverses fonctions : La sporulation (c'est-à-dire le processus de formation des spores), la bioluminescence (c'est-à-dire la capacité à produire de la lumière), la virulence (c'est-à-dire la capacité à infecter), la conjugaison (c'est-à-dire le transfert de génome par contact cellulaire), la compétence (c'est-à-dire la capacité à absorber de l'ADN et donc à se transformer) et la formation de biofilms (c'est-à-dire une communauté de vie avec une matrice semblable à du limon).
Comment fonctionne QS ?
Pendant la phase de reproduction des bactéries, celles-ci développent des IA. Alors que les bactéries à Gram négatif produisent ce qu'on appelle des acyl-homosérine-lactones ( HSL en abrégé), chez les bactéries à Gram positif, ce sont des phéromones extracellulaires qui sont responsables de la communication cellulaire. Les HSL peuvent traverser passivement la fine paroi cellulaire. Les phéromones, en revanche, doivent être transportées activement à travers la paroi cellulaire à l'aide d'une énergie supplémentaire (c'est-à-dire l'ATP). Dans les deux cas, les IA sortent des cellules individuelles. Lorsque les bactéries prolifèrent, la concentration d'autoinducteurs augmente également et atteint une "masse critique". L'effet de ce seuil est qu'il serait énergétiquement défavorable que les IA continuent à s'échapper des cellules (c'est-à-dire par équilibre de diffusion ou par transport). Cela augmente la concentration dans les cellules. Une fois que cette concentration intracellulaire augmente, les IA se lient aux récepteurs de la bactérie, déclenchant des signaux et entraînant l'expression des gènes. Chez de nombreuses bactéries, la modification de l'expression génétique implique l'arrêt d'un plus grand nombre d'IA.
QS dans la coordination du développement des maladies
La célèbre bactérie Gram-négative Vibrio cholerae (c'est-à-dire l'agent responsable du choléra) utilise QS pour la contagiosité (c'est-à-dire la virulence) pendant l'infection par le choléra. Au cours de ce processus, la bactérie construit des biofilms pour transporter plus efficacement les nutriments entre les colonies tout en les protégeant. Ces processus de communication augmentent la capacité de la bactérie à se reproduire et à sécréter potentiellement la toxine du choléra, qui peut provoquer une maladie diarrhéique grave chez l'homme.
Grâce à ces nouvelles connaissances, les scientifiques étudient maintenant le processus QS de V. cholerae comme une possibilité thérapeutique. Par exemple, une étude publiée en 2015 a montré que surcharger les bactéries du choléra avec leurs autoinducteurs pouvait stopper net le processus de formation du biofilm, ce qui pouvait potentiellement retarder le processus d'infection. Cela pourrait permettre au système immunitaire humain de rattraper son retard pendant la phase d'infection, par ailleurs rapide. La pertinence médicale existe également comme solution possible au problème de la forte augmentation de la résistance aux antibiotiques parmi différentes bactéries.
Pertinence médicale
Si les recherches de Silverman et Bassler ont permis de mieux comprendre les processus des colonies microbiennes, ce n'est qu'après des années de persuasion et après de nombreuses publications. Pendant longtemps, les experts ont estimé que le QS n'était qu'une expression particulière entre la bactérie Vibrio fischeri et le calmar nain et n'était pas associé à d'autres bactéries. Aujourd'hui, le QS a été détecté à plusieurs reprises et offre également un potentiel médical. Pour lutter contre les germes uniques résistants aux antibiotiques, on pourrait perturber le système d'IA respectif de ces derniers. Pour combattre plusieurs bactéries différentes en parallèle, il serait plus efficace de contrecarrer un système d'IA généralement efficace. Les scientifiques mènent actuellement des recherches intensives sur ces concepts. Toutefois, les substances ne sont pas encore assez efficaces pour avoir un effet clinique et ne possèdent pas toutes les propriétés requises pour un médicament. Un effet inverse est également envisageable, a-t-il ajouté, si QS pouvait être utilisé pour soutenir les mécanismes des bactéries bénéfiques dans l'intestin ou sur la peau.
En 2019, Bassler a montré que les phages (c'est-à-dire les virus qui s'attaquent aux bactéries) utilisent également le QS pour connaître le moment où la densité de bactéries est la plus élevée. S'ils infectent les bactéries lorsque leur nombre est le plus élevé, la probabilité d'une descendance de phages est également la plus élevée.
En raison de la pandémie de Corona, la cérémonie de remise des prix a été reportée au 14 mars 2022.
Conclusion :
La découverte des systèmes de détection du quorum chez les bactéries a peut-être été l'une des premières étapes du développement d'approches microbiologiques et médicales plus efficaces pour la recherche d'antibiotiques. Les dernières recherches sur la communication microbienne ne sont qu'un début.
