La transformation de E. coli uropathogène dans les infections urinaires

Les bactéries ont des façons uniques de survivre dans des environnements difficiles. Un exemple est le Escherichia Coli uropathogène (UPEC), qui apparaît souvent sous forme de bâtonnets mais peut changer de forme pour devenir des cocci (sphériques) ou des formes filamenteuses lorsqu'il cause des infections des voies urinaires (IVU). Les IVU sont une des principales causes de résistance aux antibiotiques, et UPEC est responsable de la plupart de ces cas. Bien que les experts en sachent beaucoup sur le processus d'infection, les détails de comment UPEC vit à l'intérieur des cellules humaines pendant les IVU restent encore flous.

#UPEC et son comportement à l'intérieur des cellules humaines

Quand UPEC envahit les cellules de la vessie, il forme des grappes de bactéries appelées communautés bactériennes intracellulaires (IBC). Beaucoup de ces bactéries deviennent des cocci, qui mesurent environ 1 micromètre ou moins. Au début, les scientifiques pensaient que ces cocci se formaient parce que les cellules rétrécissaient ou changeaient de forme au fil du temps. Cette théorie était basée sur l'idée que les nutriments à l'intérieur de l'hôte ne limitaient pas la croissance des bactéries. En fait, des études précédentes ont montré que les bâtonnets UPEC pouvaient se diviser en cocci, mais le processus exact derrière cela n'était pas complètement compris.

En observant attentivement UPEC se développer dans des cellules de vessie humaines en laboratoire, les chercheurs ont identifié les outils de division cellulaire, appelés le Divisome, qui jouent un rôle significatif dans la formation de ces cocci.

#Mise en place du modèle d'infection

Pour étudier UPEC, les scientifiques ont mis en place un modèle d'infection en laboratoire en utilisant des cellules de vessie humaines. Ils ont confronté ces cellules avec des UPEC marqués par fluorescence, ce qui leur a permis de suivre la manière dont les bactéries se divisaient au fil du temps. Environ six heures après le début de l'infection, des changements de forme de bâtonnets à cocci ont été observés, même avec seulement quelques bactéries présentes dans chaque cellule de vessie. Cette découverte était surprenante car des recherches antérieures suggéraient que les cocci n'apparaissaient que dans de plus grands groupes de bactéries.

#Observations de la dynamique de division d'UPEC

Il a été confirmé que le divisome régule comment UPEC se divise des formes de bâtonnets aux formes de cocci. L'équipe de recherche a utilisé diverses techniques d'imagerie pour observer les bactéries et mesurer leur taille et leur forme. Ils ont découvert que les bactéries intracellulaires UPEC étaient nettement plus courtes que celles à l'extérieur des cellules. Par exemple, les bactéries intracellulaires mesuraient en moyenne 1,3 micromètre de long, tandis que les bactéries extracellulaires mesuraient en moyenne 2,59 micromètres.

En regardant le comportement de division, les bâtonnets UPEC se transformaient en cocci mesurant en moyenne 0,88 micromètre. Ces cocci avaient généralement une largeur et une hauteur similaires, ce qui était différent des bactéries extracellulaires après la division.

D'autres études ont été réalisées avec une autre souche d'UPEC. Les résultats ont montré que les schémas de division restaient similaires, confirmant qu'UPEC peut se diviser de manière cohérente en formes de cocci et maintenir cette forme sur plusieurs générations.

#Le rôle des protéines de division

Pour s'assurer que la formation de cocci dépend d'une division active, les scientifiques ont suivi le comportement de protéines spécifiques impliquées dans la division cellulaire au sein d'UPEC. Ces protéines, FtsZ et FtsN, sont essentielles pour diviser les bactéries. Ils ont observé comment FtsZ crée un anneau au centre de la cellule pour signaler la division.

Le temps que mettaient les cocci à se diviser était nettement plus long à l'intérieur des cellules de vessie-en moyenne plus de deux heures-comparé à seulement 20 minutes dans des conditions de croissance standard. Cette lenteur dans le taux de division a également été notée dans une autre souche d'UPEC, indiquant que ce comportement n'est pas unique à un type de bactérie spécifique.

#Changements dans les patterns de mouvement

Fait intéressant, en étudiant les processus de division dans les cocci, les chercheurs ont remarqué des changements dans la façon dont les protéines de division se déplaçaient. Dans les bactéries en forme de bâton, le mouvement des protéines est fluide et constant. Cependant, dans les petits cocci, les schémas deviennent erratiques. Au lieu de se déplacer d'une extrémité à l'autre, les protéines ont commencé à montrer des comportements plus complexes, comme des mouvements circulaires le long des côtés des cocci.

#Comportement de l'ADN pendant la division

Examiner comment l'ADN se comporte pendant la division dans les cocci UPEC était un autre aspect crucial de l'étude. En utilisant un marqueur ADN, les chercheurs ont confirmé que pendant la division cellulaire, les deux cocci filles recevaient des parts égales de l'ADN. Ce partage efficace de l'ADN reflétait ce qui était observé chez les bactéries en forme de bâton.

La longueur moyenne de l'ADN dans les cocci intracellulaires était inférieure à celle des bactéries extracellulaires, mais elle se divisait toujours de manière égale. Lorsque l'on observait à la fois la ségrégation de l'ADN et la division cellulaire, les scientifiques ont découvert que les protéines de division commençaient à travailler sur l'ADN non divisé, ce qui suggère que certains mécanismes contrôlant l'ADN n'étaient pas aussi actifs dans les cocci que dans les bâtonnets.

#Conclusion : Pourquoi UPEC change de forme

La recherche illustre qu'UPEC peut changer activement de la forme de bâton à la forme de cocci et maintenir cette forme pendant sa vie à l'intérieur des cellules hôtes. Cette capacité de changement de forme est entraînée par une machinerie de division complexe, similaire à la manière dont les bactéries en forme de bâton se divisent.

Les principales découvertes ont montré que bien que la division des cocci soit plus lente, les mécanismes guidant le processus de division restent étonnamment inchangés. De plus, la rupture du mouvement fluide des protéines en un comportement plus chaotique souligne les défis auxquels font face les bactéries en s'adaptant à leur environnement.

Une raison pour ce changement de forme pourrait être que les cocci peuvent mieux s'adapter et se multiplier à l'intérieur des cellules de vessie infectées. Cela pourrait conduire à plus de bactéries présentes à l'intérieur d'une seule cellule comparé à lorsqu'elles sont sous forme de bâton. De plus, des recherches indiquent que les cocci ont de meilleures chances de survie dans certains environnements.

Alors que les scientifiques continuent d'explorer ces processus, ils espèrent mieux comprendre les mécanismes derrière la survie bactérienne et les implications pour le traitement des infections causées par UPEC et des souches apparentées. D'autres études pourraient offrir des aperçus sur comment les changements de forme chez les bactéries peuvent affecter leur croissance et leur comportement, ce qui est essentiel dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques et pour développer des traitements efficaces.