Une bactérie sociale aux comportements multiples

L'une des propriétés fondamentales des systèmes vivants est leur capacité à coopérer. Ainsi, les plantes et les animaux sont constitués de milliards de cellules qui communiquent entre elles, effectuent des t?ches spécifiques et partagent des ressources. De nombreux micro-organismes unicellulaires coopèrent également de diverses manières, en formant des communautés et en échangeant entre eux des gènes ou des biens utiles.

Le microbe est particulièrement coopératif Myxococcus xanthus . Elle est présente dans les sols de presque tous les pays du monde et sert aux scientifiques d'organisme modèle pour le développement et la coopération microbiens. Chez cette bactérie prédatrice, les cellules se regroupent en associations coopératives qui essaiment ensemble et chassent d'autres micro-organismes dans le sol. Pour se déplacer en groupe, elles sécrètent des substances lubrifiantes et se tirent à travers le substrat environnant gr?ce à des prolongements spéciaux. Lorsque la nourriture se fait rare, des milliers de ces bactéries se rassemblent en un corps fructifère et produisent des spores permanentes. Elles peuvent ainsi résister à la faim et à la sécheresse.

Proches parents - et pourtant différents

Jusqu'à présent, on partait du principe que la coopération réussissait surtout entre des cellules génétiquement proches qui se comportent de manière similaire. En effet, si les individus se distinguent trop fortement sur le plan génétique, ils devraient s'éviter, se gêner ou même se combattre. "Jusqu'à présent, on savait très peu de choses sur la composition génétique des groupes coopératifs de ces bactéries sociales dans la nature", explique Sébastien Wielgoss, ma?tre-assistant dans le groupe du professeur Gregory Velicer à l'Institut de biologie intégrative de l'EPF de Zurich.

En collaboration avec des collègues, Wielgoss et Velicer ont maintenant étudié les liens de parenté génétiques de M. xanthus-Les chercheurs ont étudié de plus près des groupes de fructification du sol. Pour ce faire, ils ont utilisé l'une des plus grandes collections de l'EPFL. M. xanthus-Velicer conserve dans son laboratoire, dans des congélateurs, un grand nombre de souches de microbes du monde entier.

Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue spécialisée page externeScience Dans cette étude, les chercheurs montrent, à l'aide d'analyses génétiques, que des groupes coopératifs de la bactérie du sol M. xanthus sont effectivement constitués de cellules proches, mais qui se distinguent nettement et de manière inattendue du point de vue génétique et de leur comportement social. Les groupes de cellules coopératives persistent souvent pendant des centaines de générations.

Sélection sur les gènes sociaux

Dans leur étude, l'équipe de chercheurs a examiné des groupes de cellules qui descendaient d'un ancêtre commun. Dans ces groupes proches, des mutations ont donné naissance à différentes lignées cellulaires socialement distinctes, qui essaimaient par exemple plus ou moins vite, ou formaient plus ou moins de spores dans le corps du fruit.

Une grande diversité de comportements peut également représenter un danger pour la communauté. Par exemple lorsque certaines bactéries se comportent de manière "frauduleuse" au sein de l'association et contribuent peu, tout en se faisant supporter par le reste du groupe. "Nous n'avons toutefois pas observé de tels comportements frauduleux", constate Wielgoss. La plupart des groupes sont très diversifiés, tant sur le plan génétique que social, et fonctionnent néanmoins bien ensemble.

Les chercheurs attribuent la grande diversité des comportements à une forme de sélection évolutive qui se concentre sur quelques gènes "sociaux" contr?lant le comportement social des bactéries. Les mutations naturelles dans ces "points chauds de sélection" accumulent les changements de comportement - il en résulte une communauté mélangée de cellules avec une production de spores variable et des vitesses d'essaimage différentes. Les scientifiques supposent que les cellules diversifiées se distinguent également par leur comportement de chasse coopératif, mais ils ne l'ont pas spécifiquement examiné dans cette étude.

"Les communautés cellulaires dotées d'un répertoire comportemental élevé peuvent mieux s'adapter aux changements environnementaux et ont donc souvent plus de succès sur le plan évolutif que les groupes homogènes de cellules qui se comportent toutes de la même manière. La 'diversité culturelle' est donc bien une recette de succès chez les bactéries", explique Wielgoss à propos de ce phénomène.

Mieux comprendre les cellules qui coopèrent

Les micro-organismes sont omniprésents et jouent un r?le important dans notre quotidien, que ce soit en tant que partenaires dans notre flore intestinale, en tant qu'agents pathogènes ou dans la production alimentaire. Dans la nature, beaucoup d'entre eux s'associent également pour former des groupes de cellules coopératives. Selon les chercheurs, les connaissances nouvellement acquises sur les bactéries sociales du sol peuvent donc également aider à mieux comprendre la collaboration d'autres communautés cellulaires bactériennes, comme celle de l'important pathogène Pseudomonas aeruginosa,Le microbe est un virus qui peut infecter les patients immunodéprimés et entra?ner de graves infections à long terme.