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Le potentiel membranaire influence la tolérance aux antibiotiques

Le potentiel électrique à travers l’enveloppe cellulaire bactérienne indique quand les bactéries ne fonctionnent furthermore comme des cellules individuelles mais comme un collectif. Des chercheurs de l’Institut de physique biologique de l’Université de Cologne ont découvert ce lien entre les propriétés électriques et le method de vie des bactéries. Bien que les bactéries soient des organismes cellulaires uniques, elles forment des communautés spatialement structurées. Au sein des biofilms, les bactéries se comportent comme un collectif et peuvent mieux se protéger contre les agressions extérieures comme les antibiotiques. Jusqu’à présent, on ignorait en grande partie comment fonctionne la transition d’une bactérie distinctive à une communauté aussi complexe. Les chercheurs ont examiné remark les propriétés électriques des bactéries changent pendant la formation du biofilm et ont découvert des schémas caractéristiques du potentiel électrique qui évoluent dans l’espace et dans le temps. Ces schémas étaient corrélés avec le développement de nouveaux habitats présentant des degrés divers de tolérance aux antibiotiques. Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans l’article “La dynamique de polarisation collective dans les colonies bactériennes signifie la présence de sous-populations distinctes” dans le Journal PLOS Biology.

Les bactéries individuelles accumulent un potentiel électrique à travers leur enveloppe (la membrane) et sont donc électriquement polarisées. Pour la cellule, cette polarisation est une source d’énergie importante pour la respiration, l’absorption des nutriments et l’exportation des toxines. Les avancées méthodologiques récentes ont permis aux chercheurs d’examiner la dynamique du potentiel membranaire à l’échelle de cellules bactériennes individuelles. Ces études ont révélé que le potentiel membranaire des cellules individuelles fluctue indépendamment de leurs cellules voisines.

Comment le potentiel improve-t-il au cours du développement du biofilm et quels facteurs environnementaux influencent le potentiel ? Remark le potentiel est-il lié au comportement de croissance des cellules et à leur tolérance aux antibiotiques ? Ces thoughts ont maintenant été posées par une équipe de chercheurs de l’Institut de physique biologique dirigée par le professeur Berenike Maier. Ils ont examiné les premiers stades de la development du biofilm de Neisseria gonorrhoeae (aka gonococcus), l’agent causal de la gonorrhée, l’une des maladies sexuellement transmissibles les furthermore courantes, qui peut provoquer des grossesses further-utérines et l’infertilité. En quelques minutes, les gonocoques s’auto-assemblent en colonies sphériques comprenant des milliers de bactéries. “En utilisant la microscopie optique avancée et l’analyse d’image, nous pouvons mesurer la dynamique du potentiel membranaire de cellules individuelles dans ces colonies”, explique le premier auteur, le Dr Marc Hennes. “Le potentiel n’est pas corrélé dans les colonies fraîches de bactéries. Lorsque la colonie atteint une taille critique, nous observons quelque chose de complètement inattendu  : toutes les cellules du centre augmentent soudainement leur potentiel  elles s’hyperpolarisent.” Finalement. Derrière cette coquille, le potentiel au centre est as well as faible. Les chercheurs ont interprété ce phénomène de schémas de polarisation corrélés spatio-temporels comme la changeover vers un comportement collectif, révélateur de la formation de biofilms. Une combinaison de simulations informatiques et d’expériences en laboratoire humide a montré des preuves solides que ce modèle de polarisation est lié à un changement dans la disponibilité de l’oxygène.

Une problem importante était donc de savoir si le schéma de polarisation membranaire était corrélé à l’hétérogénéité fonctionnelle bien connue des biofilms. En effet. alors que le taux de croissance des bactéries résidant à la floor de la colonie est resté élevé. De moreover, les bactéries du centre de la colonie montraient une as well as grande tolérance aux antibiotiques. Une tolérance accrue aux antibiotiques est un problème médical aigu lors du traitement des biofilms. Les mécanismes moléculaires de la tolérance font l’objet d’un projet financé par le Centre de médecine moléculaire de Cologne à l’UoC.

L’objectif futur est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la formation des schémas de polarisation et leur relation avec la tolérance aux antibiotiques. Cette recherche sera menée dans le cadre d’un nouveau programme prioritaire financé par la Fondation allemande pour la recherche (Deutsche ).