Les scientifiques résolvent un mystère vieux de 50 ans – comment les bactéries se déplacent-elles ?

Des scientifiques de l’Université de Virginie ont résolu un mystère vieux de plusieurs décennies.

des chercheurs de Université de Virginie La faculté de médecine et leurs collègues ont résolu un mystère de longue date sur la façon dont E. coli et d’autres bactéries se déplacent.

Les bactéries avancent en tordant leurs longues extrémités filiformes en formes de spirales, qui agissent comme des éventails de fortune. Cependant, comme les « fans » sont constitués d’une seule protéine, les experts ne savent pas exactement comment ils le font.

L’affaire a été résolue par une équipe internationale dirigée par Edward H. Les chercheurs ont utilisé la technologie Cryo-EM et une puissante modélisation informatique pour révéler ce qu’aucun microscope optique conventionnel ne peut voir : la structure inhabituelle de ces hélices au niveau des atomes individuels.

« Alors que des modèles existent depuis 50 ans sur la façon dont ces filaments forment des formes enroulées aussi régulières, nous avons maintenant déterminé la structure de ces filaments dans les détails atomiques », a déclaré Eagleman, du département de biochimie et de génétique moléculaire de l’UVA. « Nous pouvons montrer que ces modèles étaient erronés, et notre nouvelle compréhension aidera à ouvrir la voie à des technologies qui pourraient être basées sur de telles hélices miniatures. »

Edward H. Eagleman, PhD, de la faculté de médecine de l’Université de Virginie, et ses collaborateurs ont utilisé la microscopie cryoélectronique pour révéler comment les bactéries se déplacent, mettant fin à un mystère de plus de 50 ans. Le travail photographique précédent d’Eagleman l’a vu rejoindre la prestigieuse Académie nationale des sciences, l’une des plus hautes distinctions qu’un scientifique puisse recevoir. Crédit : Dan Addison | Université des communications de Virginie

Schémas des « super-profils » des bactéries

Diverses bactéries contiennent un ou plusieurs appendices appelés flagelles ou, au pluriel, flagelles. Un flagelle se compose de milliers de sous-unités, toutes identiques. Vous pourriez imaginer qu’une telle queue serait droite, ou du moins un peu molle, mais cela empêcherait les bactéries de bouger. Cela est dû au fait que de telles formes ne peuvent pas générer d’élan. Un ventilateur rotatif semblable à un interrupteur est nécessaire pour faire avancer les bactéries. Les scientifiques appellent le développement de cette forme « super-torsion », et ils savent maintenant comment les bactéries le font après plus de 50 ans de recherche.

Eagleman et ses collègues ont découvert que la protéine qui compose le flagelle peut exister dans 11 états différents en utilisant la cryo-EM. La forme de la clé est façonnée par une combinaison précise de ces états.

L’éventail des bactéries est connu pour être assez différent des éventails similaires utilisés par les organismes cardiaques unicellulaires appelés archées. Les archées se trouvent dans certains des environnements les plus extrêmes de la planète, comme dans des étangs presque bouillants.[{ » attribute= » »>acid, the very bottom of the ocean and in petroleum deposits deep in the ground.

Egelman and colleagues used cryo-EM to examine the flagella of one form of archaea, Saccharolobus islandicus, and found that the protein forming its flagellum exists in 10 different states. While the details were quite different than what the researchers saw in bacteria, the result was the same, with the filaments forming regular corkscrews. They conclude that this is an example of “convergent evolution” – when nature arrives at similar solutions via very different means. This shows that even though bacteria and archaea’s propellers are similar in form and function, the organisms evolved those traits independently.

“As with birds, bats, and bees, which have all independently evolved wings for flying, the evolution of bacteria and archaea has converged on a similar solution for swimming in both,” said Egelman, whose prior imaging work saw him inducted into the National Academy of Sciences, one of the highest honors a scientist can receive. “Since these biological structures emerged on Earth billions of years ago, the 50 years that it has taken to understand them may not seem that long.”

Reference: “Convergent evolution in the supercoiling of prokaryotic flagellar filaments” by Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, B.F. Luisi, Chris R. Calladine, Mart Krupovic, Birgit E. Scharf and Edward H. Egelman, 2 September 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.009

The study was funded by the National Institutes of Health, the U.S. Navy, and Robert R. Wagner.