Gènes de contrôle des bactéries lumineuses dans le corps de l'hôte

Une autre nouvelle étude fait un pas de plus vers la révélation de l'influence omniprésente des communautés microbiennes qui habitent les plantes et les animaux sur leur biologie. Les scientifiques américains ont découvert que la bactérie lumineuse Vibrio fischeri régule le rythme quotidien de son hôte, le calmar hawaïen, en interagissant avec ses gènes d'horloge.
Margaret McFall-Ngai, de l’Université du Wisconsin-Madison (UW-Madison), et ses collègues, rapportent comment ils ont découvert la bactérie symbiotique fixant l’horloge biologique de son hôte, dans le numéro en ligne du 2 avril de la revue. mbio.

Nouvelles perspectives sur le microbiome

L'étude est la première à montrer un microbe régulant le rythme circadien de son hôte. C'est important parce que cela laisse à penser qu'il y a beaucoup plus de choses entre les hôtes vivants et les microbes qui les habitent que nous pourrions le penser: bien que d'autres études récentes révèlent également de nouvelles découvertes intéressantes.
Prenons par exemple le "microbiome" qui habite les intestins humains. Cette vaste collection de communautés microbiennes comprend des milliers de bactéries, champignons et autres organismes qui effectuent des tâches essentielles à la digestion, comme la fabrication de vitamines et d’acides aminés essentiels, la décomposition des toxines et la création de barrières contre les envahisseurs hostiles.
Récemment, une équipe internationale de scientifiques a établi à 3,3 millions le nombre de gènes présents dans le microbiome de l'intestin humain qui dépassent largement les quelque 23 000 gènes du génome humain.
Une autre équipe de chercheurs américains a rapporté avoir découvert que les bactéries intestinales faisaient partie d'un système complexe qui maintient la tension artérielle, tandis qu'un groupe chinois et européen a déclaré que les bactéries intestinales des personnes atteintes de diabète de type 2 avaient quelque chose de très particulier.

Horloge biologique

Les humains et les autres animaux ont une "horloge biologique" qui régule notre rythme circadien en un cycle de 24 heures.

Notre horloge biologique semble être largement contrôlée par l'exposition à la lumière et à l'obscurité, et est responsable des modes de sommeil et d'éveil, ainsi que de certaines fonctions métaboliques et physiologiques.
Nous ne sommes généralement pas au courant de ce rythme jusqu'à ce qu'il soit perturbé, par exemple par décalage horaire, ou lorsque nous travaillons de nuit.
Il existe des preuves que la perturbation de ce cycle quotidien peut sérieusement affecter notre santé, entraînant, par exemple, des troubles du sommeil et du système immunitaire, ainsi que des conditions telles que le trouble affectif saisonnier.
Les scientifiques suggèrent qu'au niveau moléculaire, le rythme circadien est régi par un ensemble de «gènes de l'horloge» et leurs parents.
"Chez l'homme, les gènes exprimés dans l'intestin suivent un rythme circadien profond régi par les gènes de l'horloge", déclare McFall-Ngai dans un communiqué.

Le calmar hawaïen

Le calmar hawaïen, Euprymna scolopesest un petit invertébré marin qui passe ses nuits à chercher de la nourriture près de la surface de l'océan.
Il a de nombreuses astuces pour se distraire ou se cacher des prédateurs potentiels: il peut libérer de l'encre en tant que leurre, il peut s'enfoncer dans le sable et changer de couleur.
Mais l’outil le plus sophistiqué de son arsenal est peut-être celui qui contient une colonie de bioluminescence. V. fischeri transporté dans un "organe léger" spécial dans la cavité du manteau.
Le calmar utilise l'organe lumineux comme une sorte de dispositif de dissimulation. Il peut diriger et changer la qualité de la lumière et il peut également manipuler l'intensité de la lumière pour correspondre à la lune et à la lumière des étoiles, de manière à masquer sa silhouette et à échapper aux prédateurs.
Au lever du jour, le calmar dégage 90% de la bactérie rougeoyante, se creuse dans le sable et dort jusqu'à la tombée de la nuit où, armé d'une nouvelle récolte de bactéries, il reprend son butinage nocturne.

La lumière des bactéries déclenche une cascade génétique dans l'organe léger du calmar

Dans leur étude, McFall-Ngai et ses collègues ont constaté que la lumière générée par la bactérie colonisatrice Vibrio fischeri déclenche une cascade génétique dans les cellules de l'organe lumineux du calmar.
Cette cascade contrôle le cycle quotidien d'activité normalement synchronisé par des indices environnementaux tels que la lumière du soleil.
"Au lieu de la lumière ambiante, cet animal réagit en réponse à la luminescence de son propre organe de lumière" dit McFall-Ngai, un professeur de microbiologie médicale et une autorité sur le calmar bobtail et sa bactérie symbiotique luminescente.
"Cet animal possède un système de production de lumière dans un organe au centre du corps", explique-t-elle. "Les bactéries de l'organe lumineux sont lumineuses et leur luminescence affecte l'expression d'un gène d'horloge appelé" cri "dans le corps. des cellules de l'organe de lumière qui interagissent avec ces bactéries lumineuses. "
L'équipe a également examiné ce qui est arrivé au gène cry avec et sans les bactéries présentes, ainsi que ce qui s'est passé en présence de bactéries mutantes incapables de produire de la lumière.
Ils ont découvert que pour que les gènes de l'horloge du calmar soient exprimés dans un rythme, ils avaient besoin de la lumière de la bactérie.

Modèle utile pour l'étude des interactions entre les bactéries Symbiont et la biologie de l'hôte

Les chercheurs suggèrent que l'organe lumineux du calmar offre un modèle utile pour comprendre l'interaction d'une bactérie symbiote et les fonctions biologiques de son hôte.
McFall-Ngai dit que l'intestin humain est aussi un système caractérisé par le rythme:
"Tout dans l'intestin humain est rythmé. Peut-être que les milliers de bactéries y régissent également les rythmes de l'intestin, tout comme les bactéries lumineuses partenaires du calmar fixent les rythmes de l'organe lumineux."
Elle dit que l'organe de lumière du calmar offre un modèle simple où l'on peut manipuler génétiquement un seul microbe et voir comment cela affecte l'ensemble du système.
Cela donne "beaucoup plus de résolution que ce qui peut être fait dans les études sur l'intestin humain", dit McFall-Ngai.
Mais peut-être la partie la plus étonnante de cette découverte est, comme elle le dit:
"Nous commençons à réaliser que les rythmes circadiens sont vraiment importants pour la santé et que les microbes sont importants pour tout."
Les fonds des National Institutes of Health et de la National Science Foundation ont permis de financer la recherche.

Écrit par Catharine Paddock PhD