De la microbiologie pour ceux qui ont les crocs

Auto-stop microbien.

Nous avons probablement tous déjà vécu cela : la bonne odeur à l’extérieur après une légère pluie d’été. Cette odeur appelée pétrichor est principalement composée de la géosmine chimique, produite par des bactéries du genre Streptomyces. Ces streptomycètes ne sont pas seulement connus pour la production de ce composé : ils sont probablement plus connus pour leur production de la plupart des antibiotiques utilisés aujourd’hui en clinique.

Dans le sol, leur habitat naturel, les streptomycètes peuvent aider à améliorer la santé et la productivité des plantes hôtes, et fournir des solutions durables aux rendements des cultures. Ils poussent comme des champignons filamenteux, car ils produisent des hyphes qui forment un réseau mycélien et des spores (en savoir plus sur la croissance des hyphes fongiques ici). Les streptomycètes ne sont pas mobiles et peuvent distribuer leurs spores sur de longues distances grâce au vent ou attachés aux insectes et aux nématodes. Cependant, jusqu’à présent, on ne savait toujours pas comment ils se déplaçaient sur de petites distances (quelques centimètres) pour atteindre leur micro-environnement préféré, comme les systèmes racinaires des plantes.

Cycle de vie de *Streptomyces*. Créé avec Biorender.

Récemment, une étude du groupe d’Ariane Briegel a examiné comment les spores de Streptomyces pouvaient être transportées sur de si petites distances. Ils ont utilisé la microscopie, des tests de motilité et la génétique pour démontrer que les spores sautent sur des bactéries mobiles vivant dans le sol et les utilisent comme taxi ! Plus précisément, ils ont examiné comment Bacillus subtilis (Bs) transporte les spores de Streptomyces coelicolor (Sc) par fixation directe aux flagelles.

Ils ont effectué plusieurs expériences de motilité, au cours desquelles ils ont placé une ou les deux bactéries sur une boîte de pétri et ont examiné leurs schémas de croissance. Ils ont remarqué que les spores Sc se déplaçaient uniquement en combinaison avec la croissance de Bs, et qu’elles se déplaçaient dans la même direction que la croissance de Bs. Voir A et B dans la figure ci-dessous pour les photos. Une troisième observation intéressante était que Bs déplace les spores plus près du tissu végétal (figure ci-dessous, C), et non de manière aléatoire autour de la boite comme le montre A.

A) A gauche : les spores Sc (points blancs) se sont déplacées du milieu avec l’aide de la motilité des B. Au centre : Sc sans Bs, donc pas de mouvement vers l’extérieur observé. A droite : croissance Bs sans Sc.
B) Les colonies Sc semblent se déplacer dans le sens de la croissance de Bs (astérisque = point d’inoculation Bs).
C) À gauche : les spores Sc se sont déplacées du milieu avec l’aide de la motilité des B pour former des colonies de préférence à côté des racines des plantes. Au centre : Sc seul ne forme pas de colonies près des racines des plantes. À droite : seule la croissance des Bs. Figure de l’article original

Les Bs ont deux modes de transport grâce à leurs flagelles : ils nagent dans des environnements liquides et se diffusent sur des surfaces solides. Les chercheurs ont montré que les spores Sc ne sont transportées que lorsque Bs se diffuse et qu’elles ne sont pas transportées lorsque Bs nage. De plus, les B peuvent se déplacer en « glissant » sur des surfaces. Ils ont utilisé un Bs immobilisé (avec des flagelles non mobiles) contre un Bs qui n’a pas de flagelles pour montrer que la dispersion des spores était facilitée par le mouvement de glissement des bactéries en présence des flagelles.

Les spores peuvent être mobilisées par des Bs « se diffusant » (WT) de type sauvage et des Bs « glissants » (ΔmotAB) avec des flagelles, mais pas par des B « nageurs » (LC) ou par des B qui n’ont pas de flagelles (Δhag). Figure adaptée de l’article original.

Avec la microscopie électronique et à fluorescence, les auteurs ont confirmé qu’il y a bien une interaction entre les flagelles et les spores, et non entre la cellule Bs elle-même et les spores Sc.

A : Les spores (colorées) se trouvent à l’extrémité de la bactérie, là où les flagelles se localisent normalement. B : Les spores ne s’attachent pas directement aux bactéries. C : Les flagelles co-localisent avec les spores Sc. D : Les flagelles teints et cisaillés interagissent directement avec les spores. Figure de l’article original

Les spores de Streptomyces coelicolor ne sont pas les seules à utiliser les bactéries comme taxi pour se rendre dans un nouvel endroit : les chercheurs ont examiné plusieurs autres streptomycètes et ont constaté que leurs spores pouvaient également être déplacées par un taxi bactérien. Mais comment attrapent-ils exactement ce taxi de flagelles ?

La plupart des spores de Streptomyces ont une épaisse couche de protéines fabriquée à partir de protéines de rodlin. Fait intéressant, l’une des autres souches de streptomycètes qu’ils ont testées, Streptomyces avermitilis, ne possède pas ces protéines de surface et n’a pas pu se déplacer aussi loin que les autres spores de streptomycètes. Pour confirmer que ce manteau rodlin était nécessaire pour l’auto-stop, ils ont testé un mutant Sc qui manquait également de ce manteau rodlin. Et bingo, il n’était plus capable de faire de l’auto-stop. Ces protéines rodlin semblent donc vitales pour la fixation des spores aux flagelles.

C) Image au microscope électronique à balayage de la spore Sc avec couche de rodlet. D et E) Images au microscope cryoélectronique, montrant l’interaction des flagelles avec la couche de rodlet (rodlet layer). F) reconstruction de E avec vert = spore, jaune = flagelles, violet = couche de rodlet (rodlet layer). Image adaptée de l’article original.

Non seulement les B agissent comme un taxi pour les spores : les auteurs ont également montré que d’autres bactéries du sol à flagelles peuvent transporter des spores, comme Pseudomonas fluorescens. Donc l’auto-stop est un mécanisme répandu qui permet aux spores de Streptomyces de se disperser à une échelle centimétrique. Les bactéries mobiles utilisées par Sc sont connues pour s’associer aux racines des plantes. Par conséquent, le mécanisme de l’auto-stop pourrait fournir une voie de transport vers un environnement bénéfique. Pourquoi les racines des plantes sont-elles bénéfiques pour les bactéries ? Généralement, la zone autour des racines des plantes est riche en exsudats de racines de plantes, et les bactéries peuvent utiliser ces métabolites pour leur croissance. En retour, les bactéries, et en particulier les Streptomyces, qui produisent des antibiotiques capables de protéger la plante des phytopathogènes potentiels.

Cette découverte pourrait avoir des implications pour les initiatives industrielles visant à améliorer les conditions du sol pour la colonisation des racines de Streptomyces. En outre, un aperçu de l’auto-stop de spores pourrait clarifier les mécanismes d’infection inconnus par d’autres organismes sporulés, tels que l’agent pathogène humain Aspergillus fumigatus ou l’agent pathogène des plantes Aspergillus niger, qui sont également connus pour interagir avec les bactéries mobiles.

Article original: Muok, A.R., Claessen, D. & Briegel, A. Microbial hitchhiking: how Streptomyces spores are transported by motile soil bacteria. ISME J (2021).

Image: De l’article original sous creative common license https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Traduit par: Anaïs Biclot