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Comportements sociaux chez Pseudomonas syringae révélés

Une étude révèle comment les bactéries interagissent et ajustent leur croissance en fonction de leurs relations de parenté.

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Les bactéries sont de minuscules organismes vivants qu'on peut trouver presque partout, même dans le sol et sur les plantes. Elles peuvent interagir entre elles et changer leur comportement selon ces interactions. Certaines bactéries peuvent repérer lesquelles sont liées et lesquelles ne le sont pas, et ajuster leurs actions en conséquence. Ça peut les amener à adopter des comportements qui les aident à profiter de la présence de leurs proches.

Par exemple, certaines bactéries se développent d'une manière qui montre qu'elles traitent leurs proches différemment des étrangers. Elles pourraient aider plus leurs proches que les bactéries non liées. On peut observer ces comportements quand elles sont cultivées sur des milieux spéciaux qui leur permettent de bouger et de s'étendre.

Une bactérie spécifique, Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, est connue pour causer des maladies chez des plantes comme les tomates et l'Arabidopsis. Cette bactérie se trouve partout dans le monde et coexiste souvent avec d'autres bactéries. Dans cette étude, des scientifiques ont examiné comment Pst DC3000 interagit avec d'autres bactéries de la famille Enterobacteriaceae pour mieux comprendre son comportement.

Pst DC3000 dispose d'un système qui lui permet de communiquer avec d'autres bactéries et d'utiliser des structures qui l'aident à survivre et à rivaliser avec elles. Des études précédentes ont montré que Pst DC3000 se comportait différemment lorsqu'il était près de bactéries non liées par rapport à quand il était près de ses congénères. Les scientifiques voulaient comprendre comment ces interactions influencent la croissance et l'expansion de Pst DC3000.

Motilité Induite Socialement

Dans cette recherche, les scientifiques ont découvert un nouveau comportement chez Pst DC3000. Quand ils l'ont cultivé sur un agar mou mélangé à un autre type de bactéries, Pst DC3000 a montré des signes d'augmentation de mouvement et de croissance vers les autres bactéries. Ce comportement n'a été observé que lorsque Pst DC3000 était près de bactéries non liées et ne se produisait pas quand il était près de ses semblables.

Les scientifiques ont réussi à créer une expérience spéciale pour mesurer ce comportement plus précisément. Ils ont placé une colonie de Pst DC3000 et une souche non-motile d'E. Coli ou d'une autre bactérie non liée dans un environnement contrôlé. En observant comment Pst DC3000 s'étendait vers les bactéries appâts, ils ont découvert qu'elle se développait de manière significative dans cette direction par rapport à quand il n'y avait pas d'appât.

Pst DC3000 a montré des formes de colonies distinctes selon le type d'appât auquel elle était exposée. Près d'E. coli ou de l'autre souche, les colonies s'étendaient plus et avaient l'air différentes par rapport aux colonies qui poussaient sans appât. Cela indique que la présence d'une autre espèce peut influencer la façon dont Pst DC3000 grandit et bouge.

Comportement d'Expansion Appâtée

Les chercheurs ont mesuré la croissance de Pst DC3000 quand il était appâté par différentes souches. Ils ont découvert que quand Pst DC3000 était placé près d'E. coli ou de D. dianthicola, il montrait une plus grande expansion vers elles. Les colonies formaient des formes asymétriques, avec le côté le plus proche de l'appât étant plus grand et moins dense.

Ce comportement a été quantifié en mesurant jusqu'où les colonies s'étaient étendues dans la direction de l'appât par rapport à l'autre côté. Les résultats ont indiqué un biais clair dans la façon dont Pst DC3000 se déplaçait vers l'appât. La différence significative d'expansion montrait que les bactéries réagissaient à la présence des autres souches.

Quand ils ont testé si l'expansion se produisait toujours sans l'appât vivant, ils ont créé un milieu conditionné où E. coli avait été cultivé sur une membrane et ensuite retiré. Les colonies de Pst DC3000 cultivées dans ce milieu se sont étendues plus que celles dans des milieux non conditionnés mais n'ont pas montré le même biais directionnel. Cela suggère qu'un facteur produit par les bactéries appâts est nécessaire pour guider le mouvement de Pst DC3000.

Croissance et Motilité

Les scientifiques voulaient savoir si l'expansion accrue de Pst DC3000 lorsqu'il était appâté était due à la croissance ou à un mouvement accru. Ils ont comparé le nombre de bactéries dans les colonies appâtées à celles dans les colonies non appâtées. Étonnamment, le nombre total de cellules était similaire, qu'il y ait de l'appât ou non. Cela signifie que les différences d'expansion observées étaient probablement dues à des changements dans le mouvement des cellules plutôt qu'à une augmentation de la croissance cellulaire.

D'autres expériences ont montré que les cellules à l'avant des colonies appâtées étaient non seulement plus nombreuses, mais également plus actives par rapport aux cellules plus éloignées. En regardant de plus près le mouvement de ces cellules, ils ont trouvé que celles près de l'appât se déplaçaient plus rapidement que celles qui étaient plus loin.

Analyse Transcriptomique

Pour comprendre ces comportements à un niveau plus profond, les scientifiques ont étudié les gènes exprimés dans les différentes parties des colonies de Pst DC3000. Ils ont prélevé des échantillons de cellules des bords des colonies près de l'appât et les ont comparés à des cellules des bords de colonies qui n'étaient pas appâtées. L'analyse a révélé que les cellules plus proches de l'appât avaient des schémas d'expression génique différents.

Parmi des milliers de gènes dans Pst DC3000, ils ont identifié un nombre significatif qui étaient exprimés différemment dans les cellules près d'E. coli et de D. dianthicola. Cela suggère que les bactéries ajustent leur activité génétique en réponse à leur proximité avec d'autres espèces, ce qui influence leur comportement.

Parmi les gènes identifiés, certains étaient impliqués dans des processus liés au métabolisme, ce qui suggère qu'ils pourraient jouer un rôle dans les comportements observés. L'étude a donné des informations sur la façon dont les bactéries communiquent avec leur environnement et modifient leurs actions en fonction des signaux sociaux.

Le Rôle du Cofacteur de Molybdène

Une découverte intéressante des études d'expression génique était liée à la biosynthèse du cofacteur de molybdène. C'est un processus crucial que les bactéries utilisent pour fabriquer un composant nécessaire pour diverses fonctions biologiques. Les chercheurs se sont concentrés sur deux gènes spécifiques associés à ce processus : moaA et moeA.

Quand ils ont supprimé le gène moaA, Pst DC3000 a montré une capacité de nage réduite et n'a pas exhibé le comportement d'expansion appâtée. En revanche, la suppression du gène moeA a entraîné une perte d'expansion appâtée mais n'a pas affecté la capacité de nage normale de Pst DC3000. Cela suggère que le cofacteur de molybdène est spécifiquement impliqué dans le mouvement induit socialement plutôt que dans la motilité de base.

En étudiant ces suppressions géniques, les chercheurs ont conclu que la biosynthèse du cofacteur de molybdène est essentielle pour le comportement d'expansion appâtée observé chez Pst DC3000. Cela indique qu'il existe un réseau de régulation complexe qui gouverne la manière dont les bactéries se déplacent dans des contextes sociaux.

Conclusions

En résumé, cette recherche met en lumière un nouveau comportement chez Pst DC3000 connu sous le nom d'expansion appâtée. Ce comportement permet aux bactéries de se déplacer vers des espèces non liées, ce qui conduit à une augmentation de l'expansion des colonies. L'étude démontre que les facteurs environnementaux et la présence d'autres espèces bactériennes influencent significativement le comportement et les interactions de Pst DC3000 avec son environnement.

Les résultats apportent aussi un éclairage sur les mécanismes génétiques sous-jacents à ces interactions sociales, notamment le rôle du cofacteur de molybdène dans la régulation du mouvement. Cette recherche contribue à notre compréhension du comportement bactérien et de la manière dont les interactions sociales peuvent influencer la croissance et la motilité.

En révélant ces interactions, l'étude ouvre de nouvelles voies pour explorer comment les bactéries fonctionnent dans les environnements naturels et comment elles pourraient être manipulées dans des contextes agricoles pour gérer efficacement les maladies des plantes. Les recherches futures peuvent s'appuyer sur ces découvertes pour approfondir les processus moléculaires impliqués dans le comportement bactérien et les interactions sociales.

Source originale

Titre: Pseudomonas syringae socially-induced swimming motility requires the molybdenum cofactor

Résumé: Social interactions among bacteria can induce behaviors that affect their fitness and influence how complex communities assemble. Here we report a new socially-induced motility behavior that we refer to as baited expansion in Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000), a plant pathogenic bacterium. We found Pst DC3000 displayed strongly-induced swimming motility towards nearby colonies of Dickeya dianthicola or Escherichia coli. We developed a controlled system to visualize and characterize the development of baited expansion. Our results provide evidence that baited expansion behavior occurs in response to a chemical gradient established and maintained by the bait colony. We also found this behavior correlated with distinct transcriptional profiles and identified molybdenum cofactor as a crucial factor in facilitating the baited expansion behavior.

Auteurs: Bryan Swingle, Z. Yang

Dernière mise à jour: 2024-05-21 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.20.595025

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.20.595025.full.pdf

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