Une multiplication miraculeuse
Il existe des bactéries capables de se débarrasser de leur paroi cellulaire et de prendre une nouvelle forme sphérique. Des chercheurs de l'ETH montrent que ces formes dites "L" sont elles aussi viables et que leurs mécanismes de multiplication pourraient correspondre à ceux des premières formes de vie.
Il y a quelques années, des chercheurs du groupe du professeur de l'ETH Martin Loessner ont découvert que les Listeria en forme de b?tonnets pouvaient devenir sphériques. Ces formes dites en L se distinguent fondamentalement de la forme normale des bactéries. Elles se débarrassent de leur paroi cellulaire, deviennent ainsi sphériques et peuvent se multiplier par une sorte de bourgeonnement, les cellules mères "perlant" vers l'extérieur ou à l'intérieur de leurs vésicules filles. Particularité : ces vésicules ne contiennent pas toutes du matériel génétique.
Les formes L se forment par exemple lorsque des antibiotiques sont utilisés contre la listeria, qui peut provoquer de graves infections alimentaires. Cela pousse les bactéries à se débarrasser de leur paroi cellulaire - le point d'attaque de la substance active. Les vésicules restantes ne sont délimitées que par une simple membrane, ce qui rend de nombreux antibiotiques inefficaces.
Les formes L ne sont pas seulement présentes chez les listeria. Les mycoplasmes, les rickettsies et les chlamydiae, tous des agents pathogènes humains, peuvent également se passer naturellement d'une paroi cellulaire stable. Les formes L ne sont toutefois viables que dans des conditions appropriées. Si les conditions osmotiques ne sont pas réunies ou si elles changent rapidement, ces cellules sont très instables.
Cellule viable ou produit aléatoire mort ?
Jusqu'à présent, les chercheurs n'ont pas pu démontrer clairement si les vésicules formées, comme on les appelle dans le jargon technique, sont généralement viables. Mais de nouvelles expériences menées par Loessner et son groupe le montrent désormais clairement : les formes L sont une forme de vie autonome qui peut se reproduire indéfiniment. "Nous n'avons donc pas observé d'artefacts auparavant, mais une forme de vie alternative de ces bactéries", souligne Loessner. Les résultats de leur nouvelle étude viennent d'être publiés dans la revue spécialisée Nature Communications.
Les chercheurs y démontrent que les vésicules se multiplient lorsqu'une vésicule mère insère une vésicule fille à l'intérieur ou en détache une vers l'extérieur. Celles-ci génèrent à leur tour d'autres vésicules de la même manière.
Ajout accidentel de matériel génétique
Avec la première invagination de la membrane à l'intérieur de son cytoplasme, la cellule mère clampe une vésicule remplie de substances provenant du milieu ambiant. Cette première vésicule fille est généralement dépourvue de tous les composants cellulaires ainsi que du matériel génétique. La deuxième vésicule qu'elle a étranglée vers l'intérieur est en revanche remplie du plasma de la vésicule mère. Elle peut alors contenir des éléments de la cellule qui lui permettent de vivre, comme les chromosomes et les ribosomes, les sites de production des protéines. Le fait que cette deuxième vésicule contienne effectivement du matériel génétique n'est toutefois pas réglementé et est aléatoire. Elle est cependant suffisamment grande pour que tous les processus nécessaires à la vie puissent s'y dérouler.
Réseau fou de vésicules
Loessner considère comme une sensation scientifique mineure le fait que lui et son groupe aient découvert, au cours de leurs recherches sur les formes L de Listeria, de fins tubes de liaison élastiques entre les vésicules libérées vers l'extérieur. "Les vésicules forment entre elles un réseau assez fou", explique-t-il. Les tuyaux sont constitués de molécules de graisse, comme des membranes. De ce fait, les vésicules forment un continuum, un peu comme un réseau de champignons. Jusqu'à leur séparation complète, les vésicules échangent du cytoplasme via ces tubes.
Tout aussi extraordinaire est le fait que les formes L n'ont besoin, pour se multiplier, ni d'une paroi cellulaire ni d'une protéine formant un anneau, dont les cellules bactériennes normales avec paroi cellulaire ont besoin lors de leur division. "Si des cellules sans paroi cellulaire ont existé dans l'histoire de l'évolution, elles se sont probablement divisées de la même manière que les formes L", explique Loessner. Selon lui, il ne s'agit toutefois pas d'un processus biologique, mais plut?t physique, qui dépend directement de la quantité de matériau membranaire formé. "La multiplication suit les lois de la thermodynamique", ce qui fait que les formes en L sont comparables à des bulles de savon. Celles-ci doivent également leur stabilité (et leur division) à des principes purement physiques.
Référence bibliographique
Studer P, Staubli T, Wieser N, Wolf P, Schuppler M, Loessner MJ. Prolifération de Listeria monocytogenes L-form cells by formation of internal and external vesicles. Nature Communications 7, numéro d'article : 13631 (2016). DOI : page externe10.1038/ncomms13631