Les morts-vivants pensants : comment les bactéries dormantes calculent leur retour à la vie


Face à la famine et au stress, certaines bactéries entrent dans un état dormant dans lequel les processus vitaux s’arrêtent. L’arrêt dans une profonde dormance permet à ces cellules, appelées spores, de résister aux extrêmes de chaleur, de pression et même aux conditions difficiles de l’espace extra-atmosphérique.

Finalement, lorsque les conditions deviennent favorables, les spores qui ont dormi pendant des années peuvent se réveiller en quelques minutes et reprendre vie.

Les spores se réveillent en se réhydratant et en redémarrant leur métabolisme et leur physiologie. Mais jusqu’à présent, les scientifiques ne savaient pas si les spores pouvaient surveiller leur environnement « pendant leur sommeil » sans se réveiller. En particulier, on ne savait pas comment les spores réagissent aux signaux environnementaux vagues qui n’indiquent pas des conditions clairement favorables. Les spores ignoreraient-elles simplement ces conditions mixtes ou en prendraient-elles note ?

Les biologistes de l’Université de Californie à San Diego ont résolu ce mystère dans une nouvelle étude publiée dans la revue La science. Des chercheurs de l’École des sciences biologiques ont découvert que les spores ont une capacité extraordinaire à évaluer leur environnement tout en restant dans un état physiologiquement mort. Ils ont découvert que les spores utilisent l’énergie électrochimique stockée, agissant comme un condensateur, pour déterminer si les conditions sont propices à un retour à une vie normale.

« Ce travail change notre façon de penser les spores, qui étaient considérées comme des objets inertes », a déclaré Gürol Süel, professeur au Département de biologie moléculaire. « Nous montrons que les cellules dans un état profondément dormant ont la capacité de traiter l’information. Nous avons découvert que les spores peuvent libérer leur énergie potentielle électrochimique stockée pour effectuer un calcul sur leur environnement sans avoir besoin d’activité métabolique. »

De nombreuses espèces bactériennes forment des spores – des cellules partiellement déshydratées entourées d’une couche protectrice résistante – comme stratégie de survie qui leur permet de rester dormantes pendant des milliers d’années. Une telle capacité remarquable en fait une menace sous la forme d’anthrax bactérien ainsi qu’un risque de contamination en médecine et dans l’industrie alimentaire.

Süel et ses collègues ont testé si dormant Bacillus subtilis les spores pouvaient détecter des signaux environnementaux de courte durée qui n’étaient pas assez forts pour déclencher un retour à la vie. Ils ont découvert que les spores étaient capables de compter de si petites entrées et que si la somme atteignait un certain seuil, ils décideraient de sortir de l’état dormant et de reprendre l’activité biologique.

En développant un modèle mathématique pour aider à expliquer le processus, les chercheurs ont découvert que les spores utilisent un mécanisme connu sous le nom d’intégration et de feu, basé sur des flux d’ions potassium pour évaluer le milieu environnant. Ils ont découvert que les spores répondaient même à des signaux favorables de courte durée qui n’étaient pas suffisants pour déclencher une sortie de dormance. Au lieu de se réveiller, les spores ont libéré une partie de leur potassium stocké en réponse à chaque petite entrée, puis ont additionné des signaux favorables consécutifs pour déterminer si les conditions étaient propices à la sortie. Une telle stratégie de traitement du signal cumulatif peut révéler si les conditions externes sont effectivement favorables et empêche les spores de « sauter le pistolet » dans un monde de conditions défavorables.

« La façon dont les spores traitent l’information est similaire à la façon dont les neurones fonctionnent dans notre cerveau », a déclaré Süel. « Dans les bactéries et les neurones, des entrées petites et courtes sont additionnées au fil du temps pour déterminer si un seuil est atteint. En atteignant le seuil, les spores initient leur retour à la vie, tandis que les neurones déclenchent un potentiel d’action pour communiquer avec d’autres neurones. » Fait intéressant, les spores peuvent effectuer cette intégration de signal sans nécessiter d’énergie métabolique, tandis que les neurones sont parmi les cellules les plus dépendantes de l’énergie dans notre corps.

Les chercheurs pensent que les nouvelles informations sur les spores recadrent les idées populaires sur les cellules dans des états extrêmement dormants qui semblent mortes. De telles découvertes ont des implications pour l’évaluation de la vie sur des objets tels que les météores ainsi que pour les missions spatiales à la recherche de preuves de la vie.

« Ce travail suggère d’autres moyens de faire face à la menace potentielle posée par les spores pathogènes et a des implications sur ce à quoi s’attendre de la vie extraterrestre », a déclaré Süel, qui est affilié au San Diego Center for Systems Biology, au BioCircuits Institute et au Center for Microbiome Innovation. . « Si les scientifiques trouvent de la vie sur Mars ou Vénus, il est probable qu’elle soit dans un état dormant et nous savons maintenant qu’une forme de vie qui semble complètement inerte peut encore être capable de réfléchir à ses prochaines étapes. »

Vidéo : https://youtu.be/aNTxOFjFcUs

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université de Californie – San Diego. Original écrit par Mario Aguilera. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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