Une étude jette un nouvel éclairage sur les processus chimiques qui font passer les bactéries marines de la coexistence avec une algue hôte au mode tueur


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  • Les scientifiques ont détaillé un changement de mode de vie qui se produit chez les bactéries marines, où elles passent de la coexistence avec des hôtes algues dans une interaction mutuellement bénéfique à leur mort soudaine. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans eVie.

    Les détails de ce changement de mode de vie pourraient fournir de nouvelles informations sur la régulation de la dynamique de la prolifération d’algues et son impact sur les processus biogéochimiques à grande échelle dans les environnements marins.

    Les algues unicellulaires, connues sous le nom de phytoplancton, forment des efflorescences océaniques qui sont responsables d’environ la moitié de la photosynthèse qui se produit sur Terre et constituent la base des réseaux trophiques marins. Par conséquent, la compréhension des facteurs contrôlant la croissance et la mort du phytoplancton est cruciale pour maintenir un écosystème marin sain. Les bactéries marines du groupe Roseobacter sont connues pour s’apparier et coexister avec le phytoplancton dans une interaction mutuellement bénéfique. Le phytoplancton fournit au Roseobacter de la matière organique utile à la croissance bactérienne, comme du sucre et des acides aminés, et le Roseobacter fournit en retour des vitamines B et des facteurs favorisant la croissance.

    Cependant, des études récentes ont révélé que les Roseobacters subissent un changement de mode de vie de la coexistence à la pathogénicité, où ils tuent leurs hôtes phytoplanctoniques. Un composé chimique appelé DMSP est produit par les algues et est supposé jouer un rôle dans ce changement.

    « Nous avons précédemment identifié que le Roseobacter Sulfitobacter D7 affiche un changement de style de vie lors de l’interaction avec le phytoplancteur Emiliania huxleyi« , déclare le premier auteur Noa Barak-Gavish, titulaire d’un doctorat au Département des sciences végétales et environnementales, Institut Weizmann des sciences, Israël. « Cependant, nos connaissances sur les facteurs qui déterminent ce changement étaient encore limitées. »

    Pour caractériser ce changement de style de vie, Barak-Gavish et ses collègues ont réalisé une expérience de transcriptomique, leur permettant de comparer les gènes qui sont exprimés de manière différentielle par Sulfitobacter D7 aux stades de coexistence ou de pathogénicité.

    Leur dispositif expérimental a démontré que Sulfitobacter Les D7 cultivés dans un milieu induisant la pathogénicité ont une expression plus élevée de transporteurs pour les métabolites tels que les acides aminés et les glucides que ceux cultivés dans un milieu de coexistence. Ces transporteurs servent à maximiser l’absorption des métabolites libérés par la mort Emiliania huxleyi (E. huxleyi). De plus, chez les pathogènes Sulfitobacter J7, l’équipe a observé une activation accrue des gènes flagellaires qui sont responsables du mouvement de la bactérie. Ces deux facteurs permettent Sulfitobacter D7 pour utiliser une stratégie «manger et courir», où ils battent les concurrents du matériel publié sur E. huxleyi la mort cellulaire et nager à la recherche d’un autre hôte approprié.

    L’équipe a confirmé le rôle du DMSP dans le basculement vers ce comportement tueur en cartographiant les gènes activés dans Sulfitobacter D7 en réponse à la présence de DMSP et d’autres composés dérivés d’algues. Cependant, lorsque seul le DMSP était présent, le changement de mode de vie ne s’est pas produit. Cela implique que, bien que le DMSP intervienne dans le changement de mode de vie, il dépend également de la présence d’autres E. huxleyi-infochimiques dérivés – composés qui sont produits et utilisés par les organismes pour communiquer. Le DMSP est un infochimique produit par de nombreux phytoplanctons, il est donc probable que les autres infochimiques nécessaires permettent aux bactéries de reconnaître un hôte phytoplancton spécifique. Dans les environnements naturels, où de nombreuses espèces microbiennes différentes existent ensemble, cette spécificité garantirait que les bactéries n’investissent dans la modification de l’expression des gènes et de son métabolisme que lorsque le bon partenaire algal est présent.

    L’étude révèle également le rôle du benzoate dérivé d’algues dans Sulfitobacter D7 et E. huxleyi interactions. Même à des concentrations élevées de DMSP, le benzoate fonctionne pour maintenir le mode de vie de coexistence. Le benzoate est un facteur de croissance efficace et est fourni par E. huxleyi pour Sulfitobacter J7 pendant la coexistence. Les auteurs proposent que tant que Sulfitobacter D7 profite de la coexistence en recevant des matériaux pour la croissance, il maintiendra l’interaction mutualiste. Lorsque moins de benzoate et d’autres substrats de croissance sont fournis, la bactérie subit le changement de mode de vie et tue son hôte phytoplancton, engloutissant tous les matériaux utiles restants.

    Le mécanisme exact de Sulfitobacter D7 pathogénicité contre E. huxleyi reste à découvrir et les auteurs appellent à poursuivre les travaux dans ce domaine. Le système de sécrétion de la machinerie cellulaire de type 2 – un complexe que de nombreuses bactéries utilisent pour déplacer des matériaux à travers leur membrane cellulaire – est plus répandu dans Sulfitobacter D7 par rapport à d’autres Roseobacters, faisant allusion à une méthode unique de pathogénicité qui nécessite une enquête plus approfondie.

    « Notre travail fournit un cadre contextuel pour le passage de la coexistence à la pathogénicité dans les interactions Roseobacter-phytoplancton », conclut l’auteur principal Assaf Vardi, professeur au Département des sciences végétales et environnementales de l’Institut Weizmann des sciences. « Ces interactions sont une composante sous-estimée de la régulation de la dynamique de la prolifération d’algues et une étude plus approfondie dans ce domaine pourrait fournir des informations sur leur impact sur le devenir du carbone et du soufre dans l’environnement marin. »

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