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Étude de cas : Microbes inhabituels - Biologie

Étude de cas : Microbes inhabituels - Biologie



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Chacun des organismes discutés ici remet en question nos vues simples du monde microbien. Cela devrait être un indice que plus de surprises sont probables.

Introduction

Cette page a été écrite en collaboration avec Borislav Dopudja, étudiant en troisième année de sciences à l'Université de Zagreb. Cela est né de discussions informelles mais approfondies que nous avons eues pour explorer certaines des bizarreries du monde microbien, des choses qui ne correspondent pas tout à fait à nos points de vue communs. Il semble intéressant de partager certains d'entre eux. Il n'y a aucune tentative ici d'être profond, mais plutôt de s'amuser en profitant de la diversité du monde microbien. Le site Web de Borislav est : www.pluff-sky.net/. Je l'ai également répertorié, avec plus d'informations, sur ma page de ressources Internet : Biologie Divers dans la Biologie : autre section.

Terminologie

Que sont les « microbes » ? Les microbes (ou micro-organismes) sont de petits organismes. Pour nos besoins, cela signifie des organismes unicellulaires. Les cellules individuelles peuvent être procaryotes ou eucaryotes. Les microbes procaryotes comprennent les bactéries et les archées (ou les eubactéries et archébactéries, selon une terminologie plus ancienne). Les microbes eucaryotes comprennent les protistes (protozoaires), les champignons et au moins les algues unicellulaires. Les termes ne sont pas toujours utilisés de manière cohérente, en particulier dans la littérature plus ancienne. Que les virus doivent être inclus est une question de goût, et je ne serai pas tout à fait cohérent là-dessus ; pour la plupart, nous discuterons des organismes cellulaires.

Sources

La plupart des liens ci-dessous renvoient à des sites Web adaptés au "grand public". Quelques liens vers des articles de la littérature scientifique régulière sont donnés en petits caractères. En particulier, dans certains cas, j'ai inclus des liens vers les premiers rapports de ces organismes ou de caractéristiques clés.

De nombreux liens renvoient au magazine Microbe - ou à son précurseur, ASM News. Microbe est le magazine d'actualités de l'American Society for Microbiology. Microbe est écrit pour les microbiologistes, mais écrit pour être apprécié par un large éventail de non-spécialistes. Les reportages et les articles de fond peuvent servir de matériel lisible avec un contenu scientifique sérieux, mais pas trop technique. Microbe est maintenant disponible gratuitement en ligne. Les liens vers les éléments individuels sont fournis au fur et à mesure qu'ils apparaissent. Si vous souhaitez parcourir le magazine Microbe -- recommandé ! -- allez sur http://www.microbemagazine.org/. La question actuelle viendra; pour en savoir plus, voir "Explore Microbe" à gauche.

Certains liens sont donnés vers des articles originaux ou des reportages dans le magazine Science. Certains d'entre eux sont disponibles gratuitement en ligne, mais vous devrez peut-être créer une inscription gratuite avant d'avoir accès au texte intégral. En général, Science publie des articles de recherche - mais pas des articles d'actualité - en accès libre 12 mois après la publication ; leur dossier remonte à environ 1997. (Ceux qui ont un accès par abonnement institutionnel, comme ceux qui utilisent des ordinateurs universitaires à l'UC Berkeley, ont un accès complet et ne seront pas invités à s'inscrire ou à se connecter.) La page d'accueil du magazine Science : http : //www.sciencemag.org.

Grosses bactéries

L'une des propriétés les plus caractéristiques des bactéries est qu'elles sont petites. Microscopique. À peine visible au microscope : on peut distinguer leur forme générale, mais on voit généralement très peu de structure. Les dimensions typiques sont de l'ordre de 1 micromètre (1 µm). Alors, jetez un œil à Epulopiscium et Thiomargarita -- bactéries assez grosses pour être vues à l'œil nu. Ces bactéries - du moins les plus gros spécimens - mesurent environ 1 millimètre (1 mm). L'un d'eux a été signalé pour la première fois en 1985 - mais n'a été considéré comme une bactérie qu'en 1993; l'autre a été signalée pour la première fois en 1999.

Epulopiscium

Epulopiscium se développe dans l'intestin de certains poissons. Il a un cycle de vie complexe, qui est coordonné avec le rythme quotidien de son hôte. Ce cycle de vie complexe - et inhabituel - qualifie Epulopiscium pour une autre section de cette page : les bactéries qui donnent naissance à des jeunes vivants.

  • http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Epulopiscium. Du Wiki Microbe.
  • www.microbelibrary.org/index....ium-fishelsoni. De la bibliothèque microbienne de l'ASM.
  • www.accessexcellence.org/LC/ST/st12bg.php. "Epulopiscium fishelsoni, Big bug baffles biologists!", un essai sur ce bug inhabituel, de Peggy E Pollak et W Linn Montgomery, tous deux des premiers chercheurs d'Epulos. (Une autre page Access Excellence est répertoriée sur cette page, dans la section Le plus gros microbe ?. Le site Access Excellence est répertorié comme ressource générale sur ma page de Divers Internet Resources, sous D'intérêt local... -- puisqu'il avait son origines près d'ici.)

Des chercheurs de Cornell étudient une bactérie assez grosse pour être vue - le Shaquille O'Neal des bactéries. Communiqué de presse (6 mai 2008) sur de nouveaux travaux montrant qu'une cellule d'Epulopiscium contient environ 100 000 copies de son génome, donc beaucoup plus d'ADN qu'une cellule humaine. Ce site vaut le coup rien que pour les photos. L'image du haut est un classique, montrant un Epulo, une paramécie et une bactérie E. coli ordinaire. http://www.news.cornell.edu/stories/...cteria.kr.html. L'article, du laboratoire d'Angert à Cornell et de ses collaborateurs en Australie et en Nouvelle-Zélande, est le suivant : J E Mendell et al, Extreme polyploidy in a large bacterium. PNAS 105 : 6730-6734, 5/6/08. En ligne : http://www.pnas.org/content/105/18/6730.abstract.

Le premier rapport d'Epulopiscium, le décrivant comme un organisme en forme de cigare grand et particulier, vraisemblablement un protiste: L Fishelson et al, A unique symbiosis in the gut of tropical herbivorous chirurgienfish (Acanthuridae: Teleostei) from the Red Sea. Sciences 229:49, 5/7/85. Le résumé est disponible gratuitement sur http://www.sciencemag.org/content/22...08/49.abstract. Vous pouvez ou non être en mesure d'obtenir l'article complet sur ce site. Si ce n'est pas le cas et que vous avez un abonnement institutionnel à JStor, comme chez UCB, essayez www.jstor.org/stable/1695432.

Le rapport définitif qu'Epulopiscium est vraiment une bactérie : E R Angert et al, La plus grande bactérie. Nature 362:239, 18/03/93. http://www.nature.com/nature/journal.../362239a0.html.

Thiomargarita

Thiomargarita peut être assez gros, mais il "triche". Il s'agit principalement de vacuole. Pourquoi? Eh bien, c'est un peu comme un plongeur sous-marin portant un réservoir d'oxygène. Thiomargarita utilise des ions nitrate dans sa respiration, plutôt que de l'oxygène gazeux; la vacuole est une réserve de nitrate qui permet à l'insecte de continuer à respirer à de grandes profondeurs.

La vie prospère-t-elle profondément sous le fond marin ? Un article du Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI). http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=2497. Pour vous concentrer sur Thiomargarita, faites défiler jusqu'à "La plus grande bactérie du monde". L'article est de l'océanographe de l'OMSI Carl Wirsen, avril 2004. Le microbiologiste de l'OMSI Andreas Teske faisait partie de l'équipe qui a découvert Thiomargarita ; il est co-auteur de l'article scientifique répertorié ci-dessous en tant que rapport original.

H N Schulz, Thiomargarita namibiensis : Microbe géant retenant son souffle. Nouvelles ASM 68:122, 3/02. Le magazine d'information ASM News -- maintenant appelé Microbe -- est gratuit en ligne ; cet élément se trouve sur newsarchive.asm.org/mar02/feature2.asp (HTML) ou newsarchive.asm.org/mar02/images/f2.pdf (PDF). La figure à droite est la "Figure 1" de cet article. Notez la barre d'échelle (qui correspond à la partie "A" de la figure) ; les cellules illustrées mesurent plus d'un demi-millimètre de diamètre.

Le rapport original sur Thiomargarita : H N Schulz et al, Populations denses d'une bactérie sulfureuse géante dans les sédiments du plateau namibien. Science 284:493, 16/04/2099. Il est accompagné d'un reportage : B Wuethrich, Microbiology: Giant sulfur-eating microbe found. Science 284:415, 16/04/2099. L'article est disponible gratuitement sur : http://www.sciencemag.org/content/28...3/493.abstract.

Petites bactéries

Des scientifiques de l'UC Berkeley, dirigés par le Dr Jill Banfield, ont découvert un archéon plus petit que n'importe quel organisme cellulaire connu auparavant. Son diamètre est d'environ 200 nm (0,2 m). Il est si petit qu'il est très proche de la « limite » de ce que les gens pensent être le plus petit organisme possible. En fait, certaines personnes pensent qu'il pourrait être inférieur à cette limite ! Le temps nous dira si la nouvelle demande est valide. Une question importante est de savoir s'il s'agit d'un organisme "complet" ou d'un parasite quelconque qui dépend absolument d'autres cellules pour assurer les fonctions de base. Cela fait partie de leur travail sur le drainage minier acide de la mine Richmond à Iron Mountain, en Californie.

Le séquençage au fusil de chasse trouve des nano-organismes. Un communiqué de presse de l'UC Berkeley, décembre 2006, sur cette découverte : http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2006/12/21_microbes.shtml. Le rapport original sur ce minuscule organisme : B J Baker et al, Lignées d'archées acidophiles révélées par l'analyse génomique de la communauté. Science 314:1933, 22/12/06. http://www.sciencemag.org/content/31.../1933.abstract.

Il y a une autre histoire de petites bactéries, une histoire qui existe depuis plusieurs années mais qui n'a pas vraiment été confirmée. L'idée de base est d'affirmer qu'il existe de minuscules bactéries impliquées dans des processus tels que la calcification de vos artères. Ces bactéries, appelées nanobactéries, seraient encore plus petits que ceux discutés ci-dessus - bien en deçà de toute limite raisonnable de ce qui est « possible » pour une cellule vivante. Étant donné que ces prétendus organismes ne correspondent vraiment à aucune compréhension moderne de ce que sont les cellules, des preuves solides sont nécessaires - et font défaut. Deux nouveaux articles sont apparus au début de 2008 avec des preuves assez solides que ces « choses » ne sont pas vivantes. Ils semblent être des minéraux de calcium, complexés avec des protéines. Ils peuvent très bien être intéressants, et ils peuvent toujours être impliqués dans des processus pathologiques, mais ce ne sont pas des bactéries. L'entrée Wikipedia est une bonne introduction à ces « nanobactéries » (ou « nanoparticules calcifiantes »), y compris les incertitudes qui les entourent. Il note ces articles de 2008, et a des liens vers eux, et vers une bonne nouvelle sur les nouvelles découvertes. http://en.Wikipedia.org/wiki/Nanobacterium.

Bactéries qui donnent naissance à des jeunes vivants

Les bactéries se divisent par fission binaire : elles grossissent, puis se divisent en deux. Mais il y a des exceptions. Un type d'exception intéressant se produit lorsque les bactéries semblent donner naissance à des jeunes vivants. C'est-à-dire qu'ils développent de nouvelles cellules à l'intérieur, puis libèrent ces cellules filles. L'un des premiers cas où ce type de reproduction bactérienne a été observé était avec Epulopiscium, discuté dans la section sur les grandes bactéries. Ensuite, il a été trouvé dans la bactérie Metabacterium, mais sous une forme plus facile à comprendre. On sait depuis longtemps que certaines bactéries fabriquent des spores. Concrètement, les bactéries des genres Bacillus et Clostridia fabriquent des « endospores » : chaque cellule fabrique une spore, une structure résistante capable de survivre à long terme. Une telle formation de spores n'augmente pas la population, car chaque cellule fabrique une spore. Il en résulte simplement un nouveau type de cellule, la spore résistante. Mais Metabacterium fabrique plusieurs spores par cellule - et subit rarement le processus plus "ordinaire" de fission binaire. Ainsi, une variation de la formation d'endospores ordinaires est devenue le principal moyen de reproduction. Avec Epulopiscium, il semblerait que ce processus ait été encore modifié, de sorte que ce ne sont pas des spores qui sont produites, mais plutôt des cellules ordinaires - des cellules de bébé.

Ainsi, à la fois Metabacterium et Epulopiscium "donnent naissance à des jeunes vivants" - un processus qui peut être considéré comme une variation de la formation d'endospores ordinaire.

Esther Angert, Au-delà de la fission binaire : Certaines bactéries se reproduisent par des moyens alternatifs. Microbe 1:127, 3/06 : forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=41230 (HTML) ou forms.asm.org/ASM/files/ccLib...0306000127.pdf (PDF). Angert, à Cornell, travaille à la fois avec Metabacterium et Epulopiscium. Elle fut la première à reconnaître qu'Epulopiscium était en fait une bactérie.

Métabactérie avec quatre spores filles. La figure de droite montre une seule cellule de Metabacterium polyspora contenant quatre spores, avec l'aspect brillant typique des endospores bactériennes. Les spores individuelles mesurent plusieurs m de long. La figure est une version réduite d'une figure à l'adresse : author.cals.cornell.edu/cals/...abacterium.cfm. Cette page traite du cycle de vie de la métabactérie et de son lien avec l'environnement naturel de cet organisme. Il fait partie du site Internet d'Esther Angert ; la page d'accueil est author.cals.cornell.edu/cals/...-lab/intro.cfm.

Plus de liens pour Epulopiscium sont dans la section sur les grandes bactéries.

Bactéries carrées

Quelle est la forme des bactéries ? Tour. Ou arrondies - telles que des tiges avec des extrémités arrondies. Certainement pas carré, avec des angles vifs. Imaginez alors la surprise du scientifique qui, en 1980, trouva des bactéries carrées aux angles vifs, dans des solutions salines concentrées. Ils ne sont pas seulement carrés, mais très fins -- environ 200 nm (0,2 m) d'épaisseur. Ils semblent se développer comme des objets bidimensionnels, augmentant la taille de leurs carrés, mais pas leur épaisseur. Les bactéries carrées capturées en train de se diviser ressemblent à une feuille de timbres-poste.

Leur finesse augmente leur rapport surface/volume ; cela peut être important pour les aider à maintenir un environnement intracellulaire approprié. Ils dépensent probablement beaucoup d'énergie à pomper des ions !

On ne sait pas pourquoi ils sont carrés ou comment ils atteignent leur équerrage. Les bactéries carrées sont des archées. (Cela a été reconnu dans le rapport original ; à cette époque, les archaebactéries étaient considérées comme un type de bactéries, alors que nous les considérons maintenant comme un groupe distinct des bactéries en soi.) Elles ont été nommées Haloquadratum walsbyi.

Les deux liens suivants incluent tous deux de bonnes images des bactéries carrées. La figure à droite est une variante de celle présentée sur le deuxième site, le site Web de Dyall-Smith.

  • Bactéries carrées cultivées en laboratoire. Communiqué de presse, de l'Université de Melbourne, annonçant la première croissance réussie de la bactérie carrée en laboratoire, octobre 2004. unenews.unimelb.edu.au/news/1855/.
  • Site Web du Dr Mike Dyall-Smith, chef de groupe pour ce travail : http://www.haloarchaea.com/. Le sujet général du site est Haloarchaea and Haloviruses.

Edwin Abbott les aurait adorés. http://www.ibiblio.org/eldritch/eaa/FL.HTM. Une bonne lecture !

Article sur le génome : H Bolhuis et al, Le génome de l'archéon carré Haloquadratum walsbyi : la vie aux limites de l'activité aquatique. BMC Genomics 7:169, 7/4/06. Gratuit en ligne : http://www.biomedcentral.com/1471-2164/7/169.

Le rapport original de ces organismes : A E Walsby, A square bacterium. Nature 283:69, 1/3/80. C'est un petit papier délicieux, un bref compte rendu d'une observation tout à fait inattendue. En ligne : http://www.nature.com/nature/journal.../283069a0.html. Même la lecture des premières lignes, qui y sont disponibles gratuitement, donne une bonne idée de la qualité littéraire de cet article. Cependant, il nécessite probablement un abonnement pour un accès complet.

Microbes avec trop d'ADN

L'organisme avec le plus grand génome connu ? Amoeba dubia, un protiste. 670 milliards de paires de bases d'ADN. C'est environ 200 fois plus que ce que nous avons. Quelle est la signification de ce constat ? Ce n'est pas clair du tout. En fait, il est même difficile de trouver la source du numéro. Est-ce vraiment une mesure de la taille du génome haploïde ? Ou est-ce simplement basé sur le contenu en ADN cellulaire, en supposant que la cellule est diploïde ? Non seulement la source originale est difficile à cerner, mais il semble qu'il n'y ait aucun travail moderne qui la suive. Mais le nombre est souvent cité, alors nous le citons aussi. Un jour, nous comprendrons peut-être ce que cela signifie.

Pour une discussion intéressante sur la taille des génomes, voir http://www.genomesize.com/statistics.php. Faites défiler jusqu'à la section "Un commentaire sur l'ensemble des animaux", et ce qui suit, y compris un joli graphique résumant les tailles des génomes de tous les types d'organismes. Ceci est de T Ryan Gregory, Univ Guelph. Quel que soit le verdict final sur le génome d'Amoeba dubia, de nombreux organismes ont des génomes beaucoup plus gros que le nôtre.

Dans la page Web mentionnée ci-dessus, Gregory donne la taille du génome en picogrammes (pg). Les biologistes donnent souvent la taille des génomes en paires de bases (pb). 1 picogramme d'ADN équivaut à environ 109 (un milliard) de paires de bases. Par exemple, le génome humain contient environ 3,5 milliards de pb et pèse environ 3,5 pg.

Le site de taille du génome de Gregory est également mentionné sur mes ressources Internet - page Biologie moléculaire, sous Génomes, et dans l'article de Musings Who is #1: the most DNA? (7 mars 2011).

Des microbes avec trop de gènes

Le projet du génome humain nous a apporté la révélation que nous n'avons qu'environ 22 000 gènes - pas beaucoup plus qu'un ver (Caenorhabditis elegans, 20 000 gènes) ou une mouche des fruits (Drosophila melanogaster, 14 000 gènes). Maintenant, Trichomonas vaginalis - un protiste commun sexuellement transmissible (protozoaire)... Sa séquence génomique a été rapportée en janvier 2007. Des analyses préliminaires suggèrent environ 60 000 gènes.

N'en faites pas trop. Le dénombrement des gènes est notoirement difficile, comme nous l'a appris le projet du génome humain. L'identification des gènes simplement en regardant les séquences d'ADN est quelque chose d'un art. En fait, le rapport propose plusieurs chiffres pour le nombre de gènes, en utilisant différents critères. Bien sûr, j'ai choisi la plus haute pour cette note. De plus, la signification du nombre de gènes n'est pas claire. Nous comprenons maintenant que de nombreuses protéines peuvent être fabriquées à partir d'un gène « unique » (par exemple, par épissage alternatif). Néanmoins, cela reste, du moins pour l'instant : le plus de gènes connus dans n'importe quel microbe, en fait, dans n'importe quel organisme. Entrée de glossaire : Épissage alternatif.

Reportage dans Microbe, 4/07 : Les parasites "particuliers" de T. vaginalis sont bourrés de gènes. form.asm.org/microbe/index.asp?bid=49481.

Les scientifiques craquent le génome du parasite causant la trichomonase. Le communiqué de presse de la New York Univ School of Medicine, l'une des principales institutions pour ce travail. 11 janvier 2007. http://communications.med.nyu.edu/ne...trichomonase.

Le rapport du génome de Trichomonas : J M Carlton et al, Séquence de génome provisoire du pathogène sexuellement transmissible Trichomonas vaginalis. Sciences 315:207, 1/12/07. En ligne : http://www.sciencemag.org/content/315/5809/207.short.

Bactéries à chromosomes "atypiques"

Au début, il était très difficile d'observer les chromosomes bactériens. Les bactéries sont petites et leurs chromosomes sont assez petits par rapport aux chromosomes eucaryotes. De plus, les chromosomes bactériens ne se condensent pas en corps plus compacts et plus facilement visibles, contrairement aux chromosomes eucaryotes. Ainsi, les informations sur les chromosomes bactériens ont émergé lentement, avec diverses techniques - et pour la plupart indirectes -.

Les premiers travaux suggèrent que les bactéries n'ont qu'un seul chromosome et qu'il est circulaire.Dans un cas, un chromosome E coli a même été observé - un cercle. D'autres travaux semblaient cohérents avec cela, de sorte que la généralité a émergé : les bactéries n'ont qu'un seul chromosome, et il est circulaire. Ces deux caractéristiques ont servi à distinguer les bactéries des eucaryotes. Et c'était bien : les bactéries sont censées être "plus simples", et n'avoir qu'un seul chromosome est certainement "plus simple". De plus, le fait d'avoir un chromosome circulaire évite les difficultés de réplication de l'ADN linéaire et peut également être considéré comme « plus simple ».

Hélas, il n'en est pas vraiment ainsi. Aucune de ces caractéristiques n'est universelle chez les bactéries. Ce site Web traite des chromosomes bactériens et contient un tableau indiquant le nombre et le type de chromosomes trouvés dans de nombreuses bactéries. http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/chroms-genes-prots/chromosomes.html. De Stanley Maloy, Université d'État de San Diego. Il fait partie d'un site plus vaste sur le sujet plus large de la génétique microbienne : http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/.

Le site suivant est tiré d'une discussion sur la génétique bactérienne dans un manuel de microbiologie en ligne. Je l'inclus ici en particulier parce qu'il contient une belle copie d'un personnage très célèbre, auquel j'ai fait référence ci-dessus. Allez sur http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7908/; faites défiler jusqu'à la figure 5.2. Cela montre un seul chromosome d'une cellule E coli, en train de se répliquer. C'est clairement circulaire.

Ce site provient du chapitre 5, Genetics, de R K Holmes & M G Jobling, du livre en ligne Medical Microbiology, 4e édition, édité par S Baron. Ce livre en ligne est répertorié dans la section Microbiologie : livres de ma page de ressources Internet : Biologie - Divers. La figure est tirée de John Cairns, Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 28:44, 1963.

Des bactéries qui peuvent compter -- et parler

Certaines bactéries peuvent émettre de la lumière, plus ou moins comme le font les lucioles. Le phénomène est appelé bioluminescence. Mais la lumière d'une seule cellule bactérienne serait trop faible pour être utile. Ainsi, les bactéries isolées n'émettent pas de lumière. Ils n'émettent de la lumière que lorsqu'ils sont nombreux ensemble, de sorte qu'ensemble, ils émettent une quantité substantielle de lumière. De toute évidence, les bactéries peuvent compter le nombre de voisins qu'elles ont.

Comment les bactéries comptent-elles la taille de leur population ? La logique de base de la façon dont ils le font est en fait assez simple. Pour produire de la lumière, ils ont besoin d'un "inducteur" - une substance qui active le système de production de lumière. Ils fabriquent un inducteur et le sécrètent dans l'environnement extérieur. Ils le prélèvent ensuite dans l'environnement. Qu'est-ce que cela accomplit? Eh bien, imaginez une situation simple où des bactéries se développent dans un tube à essai. S'il n'y a que quelques bactéries, il y aura peu d'inducteur dans le tube. Lorsque les bactéries essaient d'absorber l'inducteur de l'environnement, elles en trouvent très peu et n'émettent donc pas de lumière. Mais si les bactéries se développent, de sorte qu'il y a beaucoup de bactéries dans le tube, toutes produisant et sécrétant des inducteurs, alors les bactéries trouvent un niveau élevé d'inducteurs dans l'environnement ; ils le prennent et émettent de la lumière. Ainsi, les bactéries détectent la taille de leur population en répondant au niveau d'inducteur dans le milieu ; en conséquence, ils n'émettent de la lumière que lorsque la taille de la population est importante.

Cette situation artificielle d'un tube à essai de bactéries est-elle pertinente pour les bactéries dans la nature ? En effet, ça l'est. Certains poissons cultivent ces bactéries dans une poche spéciale, appelée organe lumineux. L'organe lumineux n'émet de la lumière que lorsqu'il contient suffisamment de bactéries pour le faire utilement.

Le phénomène évoqué ci-dessus est souvent appelé détection de quorum. C'est-à-dire que les bactéries vérifient si un quorum est présent avant d'émettre de la lumière. Les détails de ceci sont maintenant assez bien compris. Et au fur et à mesure que le système était à l'étude, il est devenu clair qu'il s'agissait simplement d'un exemple d'un phénomène beaucoup plus large : des bactéries communiquant entre elles, à diverses fins. Dans ce cas, les bactéries communiquent la taille de leur population à leur propre espèce. Mais plus généralement, les bactéries signalent leur présence - et leur nombre - à d'autres types de bactéries également.

Comment chaud?

Quelle est la température la plus élevée à laquelle la vie est possible ? Nous savons tous que de nombreuses molécules des systèmes vivants sont très sensibles à la chaleur ; la facilité de cuisson d'un œuf nous le rappelle régulièrement.

Quand j'étais à l'université, la température la plus élevée signalée à vie était d'environ 60 ° C (degrés Celsius), la température maximale (Tmax) pour la croissance de la bactérie Bacillus stearothermophilus. Depuis lors, le maximum connu a augmenté à au moins 113°C, et peut-être même à 121°C. Cette augmentation s'est accompagnée de la découverte d'une toute nouvelle classe de micro-organismes, les archées, et d'un nouveau phénomène géologique, la profondeur évent thermique marin; les deux découvertes datent de 1977. Ainsi, l'augmentation de la T connuemax car la vie n'est pas simplement une histoire abstraite d'une limite biologique, mais fait partie d'une vaste série d'avancées majeures à la fois en biologie et en géologie.

Thermus aquaticus a une température de croissance maximale d'environ 80° C. Il a été isolé de sources chaudes dans le parc national de Yellowstone et a été signalé en 1969. Thermus aquaticus est peut-être l'organisme qui a inauguré la nouvelle ère de la commercialisation d'enzymes à partir de thermopiles - - utiles précisément en raison de leur stabilité thermique ; l'ADN polymérase "Taq" a rendu la réaction en chaîne par polymérase - PCR - pratique.

Comme indiqué ci-dessus, 1977 a apporté des découvertes séparées d'archées et de cheminées thermiques en mer profonde. Au cours des années suivantes, ces histoires ont convergé et une succession d'archées hyperthermophiles ont été découvertes près des évents. 1997 a apporté Pyrolobus fumarii, qui pousse jusqu'à 113°C ; cet archéon a été largement accepté comme ayant le plus haut T connumax. 2003 a rapporté un archéon qui pouvait croître à 121°C -- la température de fonctionnement normale d'un autoclave couramment utilisé pour tuer même les formes de vie les plus résistantes, du moins c'est ce que nous pensions. Cet organisme a été surnommé simplement la souche 121 pour l'instant.

Ces découvertes continues d'organismes avec toujours plus de Tmax, peut-être même jusqu'à la température de fonctionnement habituelle d'un autoclave, soulèvent quelques questions : ... [plus]

Page Web de Derek Lovley (Univ Massachusetts) sur les travaux qui ont mené à la souche 121 : www.geobacter.org/Life-Extreme.

Le premier rapport de la souche 121. K Kashefi & D R Lovley, Extending the upper temperature limit for life. Science 301:934, 15/08/03. En ligne sur http://www.sciencemag.org/content/301/5635/934.full.

Pour en savoir plus sur le laboratoire de Lovley, voir « Bactéries électriques » dans la section Redox de la page pour les ressources Internet pour Intro Chem ou la section Glucides de la page pour les ressources Internet pour Intro Organic/Biochem.

Pour une mise à jour, voir un résumé de la neuvième conférence internationale sur les thermophiles (Bergen, Norvège, septembre 2007). T Satyanrayana, Rapport de réunion : Thermophiles 2007. Current Science 93(10):1340, 25/11/07. Current Science, publié par l'Académie indienne des sciences, est disponible gratuitement en ligne. Cet article se trouve à l'adresse : http://www.ias.ac.in/currsci/nov252007/1340.pdf . L'article contient un certain nombre de friandises intéressantes. Ils suggèrent que la découverte selon laquelle la souche S121 croît à 121°C a été remise en question ; ils suggèrent également qu'il a été démontré qu'un autre microbe se développe à 122°C à haute pression. Il est assez normal que de telles affirmations soient remises en question. Le temps nous le dira. Aucun de ces détails ne change la perspective générale sur les microbes à haute température présentée ici.

Des bactéries qui savent où se trouve le nord

Un microbiologiste examine un échantillon au microscope. Il remarque que les bactéries semblent se déplacer d'un côté de la lame du microscope. Pourquoi? Peut-être qu'ils réagissent à la lumière. Il ajuste donc l'éclairage, et cela n'a aucun effet. Après de nombreuses observations et tests de ce type, la conclusion est inéluctable : les bactéries se dirigent vers le nord. Ça, c'est du roman ! Il examine plus en détail les bactéries et découvre qu'elles contiennent de minuscules aimants - des aimants en oxyde de fer, tout comme de simples aimants jouets. Et c'est ainsi que les bactéries magnétiques ont été découvertes par Richard Blakemore en 1975.

Pourquoi ces bactéries utilisent-elles un aimant pour guider leur nage ? Une idée commune - pas entièrement acceptée - est que ces bactéries bénéficient de suivre les lignes de force magnétiques de la terre. Faire cela les mène « vers le bas » dans la boue, ce qui semble bon pour leur mode de vie. Conformément à cela, on a rapidement découvert que, pour certains types de bactéries magnétiques, celles de l'hémisphère nord nagent vers le nord, tandis que celles de l'hémisphère sud nagent vers le sud.

Microbes magnétiques, par Sandi Clément. commtechlab.msu.edu/Sites/dlc.../caOc96SC.html.

Magnétosomes. La figure à droite est tirée de la page de Richard Frankel : Galerie de photos des bactéries magnétotactiques. www.calpoly.edu/~rfrankel/mtbphoto.html. La figure montre une seule cellule de la bactérie Magnetospirillum magnetotacticum, avec une chaîne de magnétosomes. Chaque magnétosome individuel de la chaîne mesure environ 45 nm de diamètre et est entouré d'une membrane. La page Galerie répertoriée contient de nombreuses autres figures, montrant la diversité des bactéries magnétiques. Et pour en savoir plus, rendez-vous sur la page d'accueil de Frankel, à Cal Poly San Luis Obispo : www.calpoly.edu/~rfrankel/. Faites défiler jusqu'à Intérêts de recherche, puis Bactéries magnétotactiques.

R B Frankel & D A Bazylinski, Mystères des magnétosomes. Nouvelles ASM 70:176, 4/04. Le magazine d'information ASM News -- maintenant appelé Microbe -- est gratuit en ligne ; cet élément se trouve sur forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=26445.

C N Keim et al, Magnetoglobus, Agrégats magnétiques en milieu anaérobie. Microbe 2:437, 9/07. Microbe, le magazine d'actualités de l'American Society for Microbiology est gratuit en ligne ; cet élément se trouve sur forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=52638. Un article sur un type de bactérie magnétique qui se produit normalement dans des agrégats multicellulaires. Cela doit-il être considéré comme un organisme bactérien multicellulaire ? Considérer cette question donne un aperçu de ce qu'est la multicellularité. Cet article est également répertorié dans la section Bactéries multicellulaires.

W Hansen, This End Up -- Les organites magnétiques orientent les bactéries dans la bonne direction. Berkeley Science Review, numéro 14, printemps 2008, p 8. Une brève introduction aux travaux sur les bactéries magnétiques menés par Arash Komeili à UCB. Berkeley Science Review (BSR), publié par les étudiants diplômés d'UCB, est gratuit en ligne ; cet article est à sciencereview.berkeley.edu/ar...ticle=briefs_1.

Le premier rapport de bactéries magnétiques : R Blakemore, Bactéries magnétotactiques. Science 190 : 377-379, 24/10/75. Le résumé est disponible gratuitement sur http://www.sciencemag.org/content/190/4212/377.abstract. Si ce n'est pas le cas et que vous avez un abonnement institutionnel à JStor, comme chez UCB, essayez l'article Access to Blakemore via JStor.

Bactéries qui mangent d'autres bactéries

L'histoire des bactéries prédatrices commence avec Bdellovibrio, un type de bactérie qui vit obligatoirement dans d'autres cellules bactériennes. Puisqu'ils tuent les bactéries qu'ils infectent, les Bdellovibrios forment des régions claires sur une pelouse de croissance bactérienne dense, tout comme les virus bactériens forment des plaques. Mais ce ne sont pas des virus. Ils sont cellulaires, avec des cellules bactériennes assez ordinaires. C'est juste qu'ils poussent d'une manière que nous trouvons inhabituelle. Eh bien, ce n'est pas le " chemin " qui est inhabituel autant que le " où ". Ils s'enfouissent dans une cellule bactérienne et s'y développent.

E Jurkevitch, Comportements prédateurs chez les bactéries -- diversité et transitions. Microbe 2:67, 2/07. Microbe, le magazine d'actualités de l'American Society for Microbiology, est gratuit en ligne ; cet élément se trouve sur forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=48203.

A la fin de l'article listé ci-dessus, Jurkevitch soulève une spéculation intéressante sur le rôle possible des bactéries prédatrices dans l'origine de la cellule eucaryote. Les biologistes s'accordent à dire que la mitochondrie est issue d'une bactérie qui a pénétré dans une autre cellule. Mais comment en est-il arrivé là ? Les bactéries ne montrent pas de phagocytose - n'engloutissent pas d'autres cellules. Cependant, les bactéries prédatrices telles que Bdellovibrio offrent une alternative. Peut-être que les mitochondries sont nées d'un événement de prédation qui a conduit à une symbiose. Il n'y a aucune preuve sur ce point, il doit donc être considéré comme une spéculation pour l'instant. Au moins, c'est une vue plausible de la façon dont l'un des grands événements de l'histoire biologique a pu se produire.

Bactéries multicellulaires

Cellules individuelles. Grandir, puis diviser en deux. C'est notre image simple des bactéries. Cependant, à mesure que nous en apprenons davantage sur ce vaste groupe d'organismes, nous constatons que les bactéries peuvent être plus complexes. Les myxobactéries ont probablement le cycle de vie bactérien le plus complexe. Ils passent une partie de leur vie en tant que cellules bactériennes individuelles libres, puis s'agrègent pour former un corps fructifère, une structure multicellulaire organisée visible à l'œil nu. En fait, leur cycle de vie est assez similaire à celui des moisissures visqueuses cellulaires, telles que Dictyostelium - les myxomycètes.

Page Web sur les myxobactéries: http://myxobactéries.ahc.umn.edu/. En particulier, parcourez la section Que sont les myxobactéries ? pour une bonne introduction avec de magnifiques photos. Du Dr Martin Dworkin, avec l'aide de Tim Leonard, à l'Université du Minnesota.

La figure ci-dessus montre trois exemples de fructifications de Myxobactéries. Chacun mesure un peu moins d'un millimètre de haut. La figure est la figure 1 de l'article Microbe répertorié ci-dessous, et est également affichée sur la page Web Myxobacteria répertoriée ci-dessus (What Are Myxos? : Part 2). Les photos sont attribuées aux deux endroits au Dr Hans Reichenbach.

M Dworkin, Puzzles persistants sur les myxobactéries. Microbe 2:18, 1/07. Les « puzzles » de Dworkin incluent :

  • Comment les cellules construisent le corps de fructification multicellulaire et macroscopique
  • La base biochimique de la morphogenèse des myxospores
  • Le mécanisme et la fonction de la motilité cellulaire individuelle
  • La régulation de la directionnalité du mouvement social
  • Le mécanisme de la capacité des cellules à percevoir des objets physiques à distance
  • Le rôle des myxobactéries dans la nature.

Microbe, le magazine d'actualités de l'American Society for Microbiology, est gratuit en ligne ; cet élément se trouve sur forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=47794 (HTML) ou forms.asm.org/ASM/files/ccLib...0107000018.pdf (PDF).

C N Keim et al, Magnetoglobus, Agrégats magnétiques en milieu anaérobie. Cet article est également répertorié dans la section Les bactéries qui savent où se trouve le nord. D'autres sujets sur cette page présentent d'autres façons dont certaines bactéries sont plus complexes que nous aurions pu le penser. Ceux-ci inclus:

  • Bactéries qui donnent naissance à des jeunes vivants
  • Des bactéries qui peuvent compter -- et parler

Un énorme virus

Les organismes ordinaires sont basés sur des cellules. Les organismes se reproduisent par la croissance et la division des cellules. Les virus sont différents. Les virus sont petits et simples. Les virus ne se développent pas et ne se divisent pas. Ils se reproduisent en infectant une cellule, en la désassemblant, puis en dirigeant la production de nouvelles « parties », qui s'assemblent ensuite en de nouvelles particules virales.

Petit et simple ? Eh bien, habituellement. Les plus petits virus ont environ un millionième de la quantité de génome (ADN ou ARN) que nous avons. Certains n'ont qu'une poignée de gènes. Certains n'ont qu'un morceau d'ADN (ou d'ARN) et une simple enveloppe protéique - pas de machinerie pour fabriquer quoi que ce soit, et pas d'enzymes.

Certains virus ne sont ni si petits ni si simples. Les biologistes ont encore pu faire une distinction claire entre les virus et les cellules, principalement en examinant leur stratégie de base pour la reproduction. Les cellules se développent et se divisent ; les virus se désassemblent et se réassemblent.

Le défi le plus récent à la simplicité des virus est la mimivirus, qui pousse chez le protozoaire Acanthamoeba polyphaga. Il possède environ trois fois plus de matériel génétique (ADN) que n'importe quel virus connu auparavant - plus d'ADN que certaines bactéries. Il est plus gros que certaines bactéries - environ 400 nm (0,4 m) de diamètre. Et c'est assez complexe, avec une collection d'enzymes qui ne sont censées pas être trouvées dans les virus. Par exemple, le mimivirus code pour plusieurs enzymes utilisées dans la synthèse des protéines - des gènes jamais trouvés auparavant dans aucun virus. Pourtant, son style de vie (et sa structure) montrent clairement qu'il s'agit d'un virus. Il n'a été qualifié de virus qu'en 2003.

2008 apporte de nouveaux développements qui rendent l'histoire du mimivirus encore plus fascinante. D'abord, un nouveau mimivirus, encore plus gros que le premier. Ils l'appellent mamavirus. Mais peut-être plus important encore, un virus satellite : un virus qui ne peut se développer que dans des cellules infectées par un mimivirus. Un reportage sur ce virus satellite, surnommé Spoutnik : 'Sputnik' Virus Orbits, Hijacks Other Viruses, 13 août 2008. dsc.discovery.com/news/2008/0...s-sputnik.html.

Les discussions sur mimivirus et Spoutnik semblent inévitablement errer sur des sujets tels que « Qu'est-ce qu'un virus ? ou encore "Qu'est-ce que la vie ?" C'est amusant de discuter, mais une mise en garde : ils n'ont pas besoin d'avoir des réponses simples, ou même des réponses du tout au-delà de nos définitions communes. Utilisez de telles questions pour fournir un cadre pour vos connaissances et votre compréhension, mais forcer des réponses simples à des questions complexes n'est pas fructueux. Mimivirus a son propre site Web : http://www.giantvirus.org.

L'organisme maintenant connu sous le nom de mimvirus a été découvert en 1992. Le premier article qui l'a identifié comme un virus : B La Scola et al, A Giant virus in Amoebae. Science 299:2033, 28/03/03. En ligne : http://www.sciencemag.org/content/299/5615/2033.short.

Le rapport du virus satellite Spoutnik : B La Scola et al, Le virophage en tant que parasite unique du mimivirus géant. Nature 455:100, 9/4/08. Il y a une bonne nouvelle à propos de cette découverte : le plus gros virus connu produit le tout premier virophage. Microbe 3:505, 11/08. En ligne gratuit : microbemagazine.org/images/st...1108000502.pdf. Faites défiler jusqu'à l'histoire, à la page 4 du fichier.

Le plus gros microbe ?

Probablement l'algue verte unicellulaire acétabulaire, dont les alvéoles peuvent mesurer plusieurs centimètres de long. En raison de sa grande taille, Acetabularia était un organisme de prédilection pour étudier la relation entre le noyau et le cytoplasme. Les liens suivants présentent l'organisme et quelques travaux expérimentaux classiques.

  • en.Wikipedia.org/wiki/Acetabularia. Introduction de base à Acetabularia.
  • www.accessexcellence.org/RC/V...mmerling_s.php. Ouvrage classique sur le rôle du noyau et du cytoplasme dans la détermination du développement cellulaire, réalisé par J Hammerling dans les années 1930. Les grandes cellules d'Acetabularia ont permis une transplantation simple mais originale ; les résultats ont révélé le rôle clé du noyau. Cet élément est donné sous forme de lien à la fin du précédent. (Une autre page Access Excellence est répertoriée sur cette page, dans la section Grandes bactéries. Le site Access Excellence est répertorié en tant que ressource générale sur ma page de Divers Internet Resources, sous D'intérêt local... -- puisqu'il a ses origines près de ici.)

Bref noté

Cette section est en quelque sorte un « mélange » – un endroit pour noter brièvement certains autres aspects inhabituels de la vie microbienne.Dans certains cas, je peux ne faire qu'un seul petit point ou ne noter qu'un seul article.

G oblige ? Les humains ne s'en sortent pas bien avec des forces g plusieurs fois supérieures à la gravité normale. Les microbes font mieux, semble-t-il. Un article récent montre que plusieurs microbes étudiés, bactéries et levures, se sont développés dans un tube à ultracentrifugation avec des accélérations de plusieurs milliers de fois g. Deux des bactéries se sont développées aux accélérations les plus élevées testées, soit plus de 400 000 x g. Ils n'ont aucune information sur ce qui limite la croissance lorsque la force g augmente ; ils spéculent que cela a quelque chose à voir avec la sédimentation dans la cellule. Le fait que les organismes varient pourrait leur permettre de continuer à trouver ce qui est important. On ne sait pas non plus pourquoi cela présente un intérêt. Après tout, des forces g aussi élevées ne se trouvent dans la nature que dans des conditions extrêmes, telles que les ondes de choc des supernovae. Pour l'instant, cet article n'est fondamentalement qu'une jolie découverte. Il sera intéressant de voir où cela mène.

  • Article d'actualité... Les bactéries croissent sous 400 000 fois la gravité terrestre (National Geographic, 25 avril 2011) : http://news.nationalgeographic.com/news/2011/04/110425-gravity-extreme-bacteria-e-coli- alien-life-space-science/.
  • Le papier... S Deguchi et al, Croissance microbienne aux hyperaccélérations jusqu'à 403 627 x g. PNAS 108:7997, 10 mai 2011. En ligne sur : http://www.pnas.org/content/108/9/7997.

Où est l'intérieur ? Certaines bactéries, comme les Gram négatifs, ont un système à double membrane. C'est le intérieur membrane qui est énergisée et utilisée pour fabriquer de l'ATP. Nous avons maintenant la découverte du premier système à double membrane d'un archéon - et c'est le extérieur membrane qui est sous tension. L'archéon, Ignicocus hospitalis, est étroitement associé à Nanoarchaeum equitans -- qui dépend de l'Ignicoque pour son énergie ; ce parasitisme énergétique est-il dépendant du système énergétique inhabituel de l'Ignicoque ? Les auteurs se demandent même si Ignicoccus pourrait être un ancêtre de la cellule eucaryote. De toute évidence, il s'agit d'une découverte inhabituelle et intrigante - encore assez incomplète.

Pour une introduction fine à ce nouveau système, voir l'entrée de blog ASM par Moselio Schaechter... Of Archaeal Periplasm & Iconoclasm (11 février 2010) : http://schaechter.asmblog.org/schaechter/2010/02/of- archaeal-periplasm-iconoclasm.html.

L'article... U Küper et al, Membrane externe énergisée et séparation spatiale des processus métaboliques dans l'archéon hyperthermophile Ignicocus hospitalis. PNAS 107 : 3152, 16/02/10. En ligne sur : http://www.pnas.org/content/107/7/3152.

Arsenic. Il y a des bactéries qui peuvent oxyder les composés de l'arsenic, et il y a des bactéries qui peuvent réduire les composés de l'arsenic. Maintenant, il y a un rapport de bactéries qui peuvent utiliser l'arsénite -- AsO33-, contenant As(III) -- comme donneur d'électrons pour la photosynthèse. (Le donneur d'électrons le plus courant est l'eau - avec dégagement d'oxygène gazeux. Le donneur d'électrons le plus courant dans les systèmes anaérobies est le sulfure, souvent avec production de granules de soufre.) L'analyse de ce processus suggère que le métabolisme de l'arsenic est assez ancien et qu'il est une partie importante du cycle de l'arsenic dans la nature. Article d'actualité : Dans le lac, la photosynthèse repose sur l'arsenic, 18 août 2008. http://www.nytimes.com/2008/08/19/science/19obarsenic.html.

Le papier... T R Kulp et al, l'arsenic (III) alimente la photosynthèse anoxygénique dans les biofilms de sources chaudes de Mono Lake, en Californie. Science 321:967, 15/08/08. En ligne sur : http://www.sciencemag.org/content/321/5891/967.abstract.

Les microbes survivent au froid. Les scientifiques ont récupéré de l'ADN et même des bactéries viables à partir d'anciens échantillons de glace dans l'Antarctique (et d'autres endroits). L'idée est que les bactéries étaient piégées dans la glace, peut-être dans des poches d'eau liquide juste assez grandes pour une seule cellule. Les bactéries peuvent avoir effectué des réactions d'entretien, peut-être seulement quelques réactions chimiques par jour, pour survivre. Même en chicanant sur l'âge réel de chaque échantillon, cela reste un aperçu fascinant de la survie de la vie dans des conditions extrêmes. Article d'actualité : Un bogue vieux de huit millions d'années est vivant et grandit, 7 août 2007. http://www.newscientist.com/article/dn12433.

Voici quelques articles, qui devraient tous deux être disponibles gratuitement. La première correspond à l'actualité énumérée ci-dessus et concerne généralement l'isolement des anciennes bactéries et de leur ADN. Le second, de l'UC Berkeley, concerne la façon dont les bactéries peuvent se métaboliser et survivre dans la glace.

K D Bidle et al, Gènes fossiles et microbes dans la plus ancienne glace de la Terre. PNAS 104:13455, 14/08/07. Gratuit en ligne sur : http://www.pnas.org/content/104/33/13455.abstract.

R A Rohde & P B Price, Métabolisme contrôlé par la diffusion pour la survie à long terme de micro-organismes isolés isolés piégés dans des cristaux de glace. PNAS 104:16592, 16/10/07. Gratuit en ligne sur : http://www.pnas.org/content/104/42/16592.abstract.

Un bug solitaire. Les organismes vivent dans des communautés complexes. Cela semble assez basique dans notre compréhension moderne de la biologie. Certes, nous nous attendons à trouver des bactéries dans des communautés complexes. Ainsi, c'est frappant quand nous trouvons un rapport de la découverte d'une croissance bactérienne dans une mine d'or sud-africaine qui semble ne contenir qu'une seule espèce. Bien sûr, il est difficile d'exclure un niveau très faible d'autres organismes, mais l'analyse montre que la bactérie principale, appelée Candidatus Desulforudis audaxviator, représente au moins 99,9 % de la culture.

Qu'est-ce qui pousse là-bas ? Eh bien, il semble probable qu'il utilise l'énergie de la désintégration de l'uranium comme principale source d'énergie. Donc, ce solitaire est aussi un bug à propulsion nucléaire.

L'article est : D. Chivian et al, La génomique environnementale révèle un écosystème à une seule espèce au plus profond de la Terre . Sciences 322:275, 10/10/08. Gratuit en ligne sur : http://www.sciencemag.org/content/322/5899/275.abstract. Pour une bonne nouvelle sur ce travail, voir Voyage vers le centre de la Terre : un micro-organisme unique en son genre vit tout seul, 10/10/08 : http://http://www.sciencedaily.com/releases/2008/10/081009143708.htm.

Plus de "Microbes curieux"

En cherchant de bons sites Web à inclure dans les différentes sections ci-dessus, je suis tombé sur la page de Sandi Clement sur les microbes magnétiques répertoriés pour les bactéries qui savent où se trouve le nord. Il s'avère que cela fait partie d'un site plus vaste avec un thème assez similaire à celui-ci - et écrit par des étudiants d'un cours sur les microbes extrêmes et inhabituels enseigné par le Dr Rick Martin au Center for Microbial Ecology, Michigan State Univ. Le site s'appelle Le microbe curieux - Essais de l'extrême et de l'insolite: commtechlab.msu.edu/Sites/dlc...us/cindex.html.

Contributeurs

  • Robert Bruner (http://bbruner.org)

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Des scientifiques découvrent un microbe unique dans le plus grand lac de Californie

EUGENE, Oregon -- Des scientifiques de l'Université de l'Oregon ont découvert une forme d'algue bleu-vert qui vit indépendamment dans la mer de Salton en Californie, en utilisant la lumière proche infrarouge pour la photosynthèse, selon un article publié dans l'édition en ligne de cette semaine des Actes. de l'Académie nationale des sciences (PNAS).

"Cette nouvelle souche d'Acaryochloris est unique car elle est capable de vivre seule", déclare Michelle Wood, professeure de biologie à l'UO. Elle a obtenu des échantillons contenant l'organisme tout en étudiant la diversité des algues bleu-vert dans le lac hypersalin dans le cadre de l'étude approfondie de la mer de Salton coordonnée par le professeur Stuart Hurlbert, directeur du Center for Inland Waters de l'Université d'État de San Diego.

Scott Miller, l'auteur principal de l'article, a fait croître l'organisme à partir d'échantillons collectés par Wood et Hurlbert. Maintenant professeur adjoint de sciences biologiques à l'Université du Montana, il travaillait avec Wood en tant qu'associé de recherche diplômé lorsqu'il a remarqué pour la première fois la couleur vert citron inhabituelle de l'organisme.

"J'ai tout de suite su qu'il y avait quelque chose d'inhabituel dans sa photochimie", se souvient Miller.

"Nous avons purifié les pigments de la souche et avons constaté qu'ils étaient très similaires à ceux connus d'une espèce d'algues bleu-vert appelée Acaryochloris marina, mais différents de ceux trouvés dans d'autres plantes ou algues supérieures. Le pigment principal, appelé chlorophylle d, n'est fabriqué que par Acaryochloris et c'est ce qui permet à ces espèces d'utiliser la lumière infrarouge."

Le nouveau microbe est l'un des trois seuls organismes connus de la science qui utilisent une combinaison de lumière proche infrarouge et de lumière visible pour produire de l'oxygène par photosynthèse.

« Bien que certaines bactéries puissent utiliser la lumière infrarouge pour la photosynthèse, elles ne produisent pas d'oxygène », explique Wood. "Jusqu'à récemment, nous pensions qu'il était nécessaire d'utiliser la lumière visible pour produire de l'oxygène par photosynthèse, mais maintenant nous savons qu'au moins trois organismes peuvent également le faire en utilisant le rayonnement infrarouge.

« Ces trois organismes sont des espèces d'Acaryochloris étroitement apparentées, mais les deux autres vivent dans le Pacifique et doivent pousser sur ou dans un animal ou une plante pour survivre dans la nature », explique Wood. "Ce nouveau microbe ouvre une toute nouvelle gamme d'habitats possibles où l'oxygène pourrait être produit par photosynthèse en utilisant des longueurs d'onde de lumière qui existent au-delà du spectre visible."

L'article du PNAS est co-écrit par Miller et Wood avec Sunny Augustine et Jeanne Selker de l'Université de l'Oregon et Tien Le Olson et Robert E. Blankenship de l'Arizona State University. Augustine, un associé postdoctoral dans le laboratoire de Wood, a travaillé avec Selker, ancien directeur de l'installation de microscopie électronique UO, pour comparer la structure cellulaire du nouvel organisme avec celle de la forme symbiotique d'Acaryochloris. Blankenship et Olson ont comparé ses pigments avec ceux d'A. marina, l'une des espèces symbiotiques.

"La chlorophylle d est un pigment intermédiaire entre les chlorophylles trouvées dans les bactéries photosynthétiques les plus primitives sans oxygène et les chlorophylles trouvées dans les organismes photosynthétiques évoluant avec de l'oxygène. Elle peut avoir une place importante dans l'évolution de la photosynthèse", explique Blankenship, professeur et président du département de chimie et de biochimie de l'ASU.

Miller dit qu'une autre découverte surprenante s'est produite lorsque les scientifiques ont étudié l'ADN du nouvel organisme. En analysant les données de séquence pour la petite sous-unité du gène de l'ARN ribosomique, qui code une partie de la machinerie de synthèse des protéines de la cellule, ils ont démontré que les algues bleu-vert productrices de chlorophylle d (plus techniquement connues sous le nom de cyanobactéries) ont acquis un morceau d'ADN d'une protéobactérie, un parent éloigné qui partageait pour la dernière fois un ancêtre commun avec les cyanobactéries il y a plus de deux milliards d'années.

Le gène de l'ARN ribosomique de la petite sous-unité est largement utilisé par les scientifiques pour déduire les relations entre les organismes vivants, en partie parce qu'il est généralement supposé qu'il est fidèlement transmis du parent à la progéniture. Cependant, dans le cas de ce nouveau microbe, il semble que l'ADN codant pour une petite partie du gène ribosomique dans une protéobactérie a franchi la vaste distance évolutive qui sépare les protéobactéries et les cyanobactéries, et a changé de place avec la partie du gène qui avait à l'origine hérité du parent cyanobactérien.

"Cette découverte montre que même ce chronomètre évolutionnaire populaire peut être une mosaïque d'informations génétiques avec des origines radicalement différentes", a déclaré Miller.

À l'aide d'une horloge moléculaire, Miller a estimé que l'ADN protéobactérien avait été obtenu par un ancêtre des cyanobactéries modernes produisant de la chlorophylle-d il y a environ 10 à 100 millions d'années.

"Le maintien de ce gène hybride sur une si longue période suggère qu'il a été favorisé par la sélection naturelle", a déclaré Miller.

L'ADN étranger code une caractéristique structurelle du ribosome qui effectue des mouvements importants et précis pendant la synthèse des protéines, mais sa fonction exacte est encore inconnue. Le prochain défi, selon Miller, sera de déterminer si cet exemple d'innovation évolutive instantanée par échange génétique a en fait eu des conséquences sur la fonction des ribosomes dans ces bactéries.

La nouvelle espèce d'Acaryochloris est la dernière d'une série de nouveaux organismes de la mer de Salton qui ont été identifiés dans le cadre de l'étude de Wood sur les algues bleu-vert du lac. Avec Miller, le professeur émérite de l'UO Richard Castenholz et l'océanographe canadien William Li, elle a publié un article dans la revue Hydrobiologia en 2002 qui décrivait cinq espèces jusque-là inconnues.

La mer de Salton couvre une superficie de miles carrés 376 dans le sud-est de la Californie. Son élévation actuelle est d'environ 227 pieds au-dessous du niveau moyen de la mer, sa profondeur maximale atteint 51 pieds et son volume total est d'environ 7,5 millions d'acres-pieds. Il s'est formé au début des années 1900, lorsque le débit du fleuve Colorado a été dirigé par inadvertance vers le bassin de Salton. Une fois que l'Army Corps of Engineers a ramené la rivière à son lit normal, le lac a commencé à s'évaporer, devenant progressivement l'un des plus grands lacs hypersalés des États-Unis.

Parce qu'il reçoit également les eaux de ruissellement agricoles de la vallée impériale et les eaux de ruissellement municipales de Mexicali, au Mexique, une attention considérable s'est portée sur le sort de la masse d'eau désormais très polluée. Après la mort massive de poissons et la mortalité aviaire dans les années 1990, les agences fédérales ont ciblé le lac pour l'un des plus grands projets de restauration du pays.

Wood dit que la découverte montre également que la mer de Salton, avec sa forte charge de nutriments, peut fournir un environnement qui permet à ce nouvel organisme photosynthétique de vivre un mode de vie libre et indépendant. Elle note que les deux autres espèces d'Acaryochloris vivent dans l'eau de mer relativement pure, mais ne peuvent y survivre à moins qu'elles ne poussent dans ou sur un autre organisme.

"Je pense qu'il est probable que ce microbe descende de parents symbiotiques qui sont arrivés dans la mer de Salton en tant qu'auto-stoppeurs dans des eaux contenant des poissons de sport introduits de l'océan il y a de nombreuses années", explique Wood.

Elle dit que la mer de Salton a peut-être favorisé la capacité de cette espèce d'Acaryochloris à vivre de manière indépendante en imitant l'environnement créé par l'hôte d'origine. Dans l'océan ouvert, qui lui-même est pauvre en nutriments, l'animal ou la plante hôte a fourni un environnement riche en nutriments avec des quantités relativement élevées de lumière infrarouge dans la mer de Salton, les eaux elles-mêmes créent une niche comparable. Wood pense que la haute disponibilité des nutriments dans les eaux de la mer de Salton est ce qui a permis au microbe de survivre sans ses hôtes dans le lac salé.

À l'Université de l'Oregon depuis 1990, Wood est membre du Centre d'écologie et de biologie évolutive de l'UO. Elle a joué un rôle clé dans le changement de la compréhension du monde scientifique sur la façon dont les réseaux trophiques océaniques sont basés sur des organismes beaucoup plus petits qu'on ne le croyait auparavant.

Wood est scientifique adjoint au Bigelow Laboratory for Ocean Sciences et à la Harbour Branch Oceanographic Institution. En 2004, elle est devenue membre du Cooperative Institute of Oceanographic Satellite Studies (CIOSS) de l'Oregon State University.

La recherche de Wood est financée par l'Office of Naval Research, une subvention de l'Environmental Protection Agency (EPA) par l'intermédiaire de la Salton Sea Authority et de la National Oceanographic and Atmospheric Administration. Les recherches de Miller sont financées par la National Science Foundation, et les contributions de Blankenship au document ont été financées par la National Aeronautics and Space Administration (NASA).

REMARQUE : Acaryochloris se prononce Ay CARRY oh CHLOR ihs

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Université de l'Oregon. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Virus à ARN : une étude de cas sur la biologie des maladies infectieuses émergentes

Il existe actuellement 180 espèces reconnues de virus à ARN qui peuvent infecter les humains, et en moyenne, 2 nouvelles espèces sont ajoutées chaque année. Des virus à ARN sont régulièrement échangés entre les humains et d'autres hôtes (en particulier d'autres mammifères et parfois des oiseaux) au cours de la période épidémiologique et évolutive : 89 % des espèces infectieuses pour l'homme sont considérées comme zoonotiques et la plupart des autres ont des origines zoonotiques. Certains virus qui ont franchi la barrière des espèces chez l'homme ont persisté et sont devenus des virus adaptés à l'homme, comme en témoigne l'émergence du VIH-1. La plupart, cependant, sont restés sous forme de zoonoses, et un nombre substantiel a apparemment de nouveau disparu. Nous savons encore relativement peu de choses sur ce qui détermine si un virus est capable d'infecter, de transmettre et de provoquer une maladie chez l'homme, mais il existe des preuves que des facteurs tels que la gamme d'hôtes, l'utilisation des récepteurs cellulaires, les tropismes tissulaires et la voie de transmission jouent tous un rôle. . Bien que la surveillance systématique de nouveaux virus humains potentiels chez des hôtes non humains soit extrêmement difficile, nous pouvons raisonnablement aspirer à une bien meilleure connaissance de la diversité des virus à ARN mammifères et aviaires qu'il n'en existe actuellement.

Les figures

Une représentation du pathogène…

Une représentation de la pyramide des pathogènes. Chaque niveau de la pyramide représente un…

Tous les ARN infectieux pour l'homme actuellement reconnus…

Tous les virus à ARN infectieux pour l'homme actuellement reconnus, classés en fonction de leur capacité à…

Une représentation schématique de la…

Une représentation schématique de la relation entre les virus humains et les virus d'autres…


Étude de cas : Microbes inhabituels - Biologie

Après avoir terminé les activités, vous devriez être capable de :

  • Définir des événements d'échouage de masse inhabituels
  • Expliquer la différence entre les échouages ​​de masse et un événement d'échouage de masse inhabituel
  • Citez un symptôme du morbillivirus des cétacés et expliquez en général comment le virus se propage
  • Expliquer en général comment un virus peut se propager à travers une population d'organismes
  • Expliquer en général comment fonctionne un vaccin
  • Indiquez deux manières différentes de créer un vaccin

Introduction

En juillet 2013, des équipes d'échouage (telles que l'équipe d'intervention en cas d'échouage du Virginia Aquarium) de New York à la Caroline du Nord ont commencé à remarquer un grand nombre d'échouages ​​de dauphins.

Quelques données recueillies sur le nombre de dauphins retrouvés morts ou mourants sur les plages :

  • 430 de juillet à septembre
  • 553 au total de juillet à novembre
  • 6 en une journée à Virginia Beach

À l'aide de votre ordinateur et d'Internet, faites des recherches sur les échouages ​​de dauphins. Voici un site Web pour vous aider à démarrer : NOAA Strandings. Répondez aux questions ci-dessous en fonction de vos recherches. Veuillez mettre vos réponses dans vos propres mots. Copier directement à partir d'un site Web est considéré comme du plagiat.

  1. Donnez deux exemples de mammifères marins qui peuvent s'échouer.
  2. Donnez deux raisons précises pour lesquelles les mammifères marins s'échouent.

Remarque : Les données sont des échouages ​​de dauphins qui ont été confirmés et auxquels les membres du réseau d'échouage ont répondu. Les données de la Floride transitent par le comté de Brevard. Les données UME actuelles sont considérées comme préliminaires et peuvent être sujettes à modification à mesure que de plus amples informations deviennent disponibles. À partir des données NOAA.gov

  1. Selon vous, quels types de données seraient utiles pour déterminer la cause de cet événement UME sur la base de l'état des dauphins ? Nommez trois choses que vous pensez que les chercheurs devraient enregistrer sur ces dauphins.
  2. Certains scientifiques se sont souvenus qu'il y avait eu un cas similaire en 1987-1988, comme décrit dans Morbilliviral Disease in Atlantic Bottlenose Dolphins et dans Dophin Strandings .

Pensez à la façon dont un virus en général peut se propager à travers une population d'organismes. Regardez cette animation pour un exemple du virus de la grippe chez l'homme :

Données et informations de NOAA Fisheries et Susan Barco, Virginia Aquarium Stranding Response Team.


Aperçu du chapitre : L'importance des cellules

Comme vous l'apprendrez dans ce chapitre, les mitochondries sont des structures importantes au sein de nos cellules. Ce chapitre décrira les cellules, qui sont l'unité de base de la structure et de la fonction de tous les organismes vivants. Concrètement, vous apprendrez :

  • Comment les cellules ont été découvertes, leurs structures communes et les principes de la théorie cellulaire.
  • L'importance de la taille et de la forme pour les fonctions des cellules.
  • Les différences entre les cellules eucaryotes (telles que celles des humains et d'autres animaux) et les cellules procaryotes (telles que les bactéries).
  • Les structures et fonctions des parties cellulaires, y compris les mitochondries, la membrane plasmique, le cytoplasme, le cytosquelette, le noyau, les ribosomes, l'appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique, les vésicules et les vacuoles.
  • Les processus de transport passif et actif pour déplacer des substances dans et hors des cellules et aider à maintenir l'homéostasie.
  • Comment les organismes obtiennent l'énergie nécessaire à la vie, y compris comment le sucre glucose est décomposé pour produire de l'ATP par le biais des processus de respiration cellulaire anaérobie et aérobie.
  • Les phases du cycle cellulaire, la façon dont les cellules se divisent par mitose et comment le cancer peut résulter d'une division cellulaire non régulée.

En lisant ce chapitre, réfléchissez aux questions suivantes liées à la maladie de Jasmin :

  1. Que sont les mitochondries ? Quelle est leur structure et leur fonction, et d'où viennent-ils au cours de l'évolution ?
  2. Pourquoi la fatigue et « l'intolérance à l'exercice » (comme l'épuisement extrême de Jasmin après avoir couru) sont-elles des symptômes courants des maladies mitochondriales ?
  3. Pourquoi pensez-vous que Jasmin a des symptômes qui affectent tant de parties différentes de son corps, y compris ses jambes, ses yeux et son système digestif ?
  4. Pourquoi pensez-vous que les maladies mitochondriales peuvent exister dans des familles comme les Jasmins ?

Remerciements

Nous remercions J. Cate et S. Moore pour leur contribution à l'analyse des protéines ribosomiques, J. Doudna et E. Nawrocki pour leurs suggestions sur l'analyse de l'insertion de l'ARNr, et M. Markillie et R. Taylor pour l'aide au séquençage de l'ARN. La recherche a été soutenue par le Département américain de l'énergie (DOE), le Bureau des sciences, le Bureau de la recherche biologique et environnementale sous le numéro de récompense DE-AC02-05CH11231 (Sustainable Systems Scientific Focus Area et DOE-JGI) et le numéro de récompense DE-SC0004918 (Systems Domaine d'intérêt de la base de connaissances en biologie). L.A.H. a été financé en partie par une bourse postdoctorale du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie. Le séquençage de l'ADN a été réalisé au DOE Joint Genome Institute, une installation du DOE Office of Science User Facility, via le Community Science Program. Le séquençage de l'ARN a été effectué au Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement soutenu par le DOE au Pacific Northwest National Laboratory.


RÉSULTATS ET DISCUSSION

Pseudoblépharisme tenue est un phagotrophe avec deux endosymbiontes photosynthétiques

Nous avons trouvé des populations d'habitations ciliées violet-vert dans le Sphaigne étangs de la lande de Simmelried (Constance, Allemagne), un « hotspot » de diversité microbienne (Fig. 1, fig. S1 et film S1) (15). Ce cilié ressemblait le plus à P. tenue KAHL, qui a été brièvement décrit en 1926 comme un cilié très rare (10) et depuis n'a jamais étudié en détail (11, 16). La couleur pourpre-vert caractéristique de P. tenue est conféré par deux endosymbiotes différents : les bactéries violettes et les algues vertes (Fig. 1, A à C, et fig. S2, A à F). La présence de bactéries violettes et d'algues vertes se divisant dans le cytoplasme de P. tenue suggère que les deux endosymbiotes sont hérités de façon verticale (Fig. 1, C et D). De plus, les vacuoles alimentaires au contenu partiellement digéré, qui diffèrent nettement des endosymbiotes dégradés, suggèrent également que P. tenue est capable de phagocytose (Fig. 1B). Les principales caractéristiques morphologiques de ce cilié, telles que la forme et la longueur du corps cellulaire (182,5 m en moyenne, m = 6 tableau S1), vacuole contractile postérieure (Fig. 1A), macro et micronoyaux (Fig. 1E), péristome et structures associées (Fig. 1F) et granules corticaux (mucocystes putatifs Fig. 1G) - tous sont d'accord avec le description originale de P. tenue (10, 11) et suggèrent une affiliation à la classe Heterotrichea (Ciliophora). contrairement à Blépharisme espèce, P. tenue n'a pas de membrane ondulante en forme de rabat visible le long du péristome et ressemble donc plutôt Spirostomum espèces (Fig. 1F) cependant, Spirostomum les espèces sont souvent plus grandes et plus contractiles que P. tenue. De plus, nous avons également observé des cellules sphériques de P. tenue qui sont potentiellement des kystes au repos à paroi mince (Fig. 1H).

(UNE) Un individu mobile de P. tenue présentant un péristome (P) qui occupe le premier tiers de la cellule, une vacuole contractile postérieure (CV) et un macronoyau elliptique (MA) largement masqué par les endosymbiontes photosynthétiques. (B) Détail de P. tenue cytoplasme avec des bactéries violettes (B), des algues vertes (A) et des vacuoles alimentaires (FV) avec du matériel partiellement digéré. (C) Bactéries violettes et algues vertes dans un cilié écrasé. Notez les bactéries en division (pointes de flèches). () Cytoplasme cilié avec de petites cellules algales elliptiques provenant probablement de la formation d'autospores. (E) Macronoyau elliptique unique (MA) avec micronoyaux périphériques (pointes de flèche). (F) Péristome avec membranelles adorales (AM) et rangée opposée de dikinetides ciliés (tête de flèche). (g) Cortex de P. tenue avec des rangées légèrement hélicoïdales de granules réfractifs et incolores (mucocystes putatifs). (H) Cellule de type kyste de P. tenue avec des endosymbiotes et deux macronoyaux (MA). Barres d'échelle, 10 m. Voir aussi le film S1 et la fig. S2 pour ultrastructure.

P. tenue est un cilié hétérotrich habité par une espèce connue Chlorelle souche et une nouvelle bactérie de soufre pourpre

Pour déterminer l'affiliation phylogénétique de chaque partenaire symbiotique, nous nous sommes appuyés sur une approche de réaction en chaîne par polymérase (PCR) monocellulaire visant à établir des cultures de P. tenue et ses endosymbiotes ont échoué. Analyses phylogénétiques de l'opéron du gène de l'ARN ribosomique (ARNr) et de la mitochondrie COI gène a révélé que P. tenue est le plus étroitement lié aux ciliés du genre Spirostomum (Fig. 2A et Fig. S3A). Tous Spirostomum espèces sont des prédateurs purement hétérotrophes, à l'exception de Spirostomum semivirescens, qui abrite des zoochlorelles (1719) P. tenue, cependant, était phylogénétiquement éloigné de S. semivirescens dans nos arbres phylogénétiques (Fig. 2A et fig. S3A). Même si P. tenue a une nette affinité avec Spirostomum, il reste à déterminer s'il s'agit d'une soeur du genre Spirostomum ou représente une nouvelle lignée en son sein (Fig. 2A et fig. S3A).

(UNE) Arbre phylogénétique de vraisemblance maximale des Heterotrichea basé sur l'opéron du gène ARNr nucléaire concaténé (incluant les séquences de 18S ARNr, ITS1, 5,8S ARNr, ITS2 et D1D2-28S régions d'ARNr) et la mitochondrie COI gène. P. tenue est la soeur de Spirostomum espèces avec un soutien modéré. (B) Arbre phylogénétique du maximum de vraisemblance des Chlorellaceae basé sur le chloroplaste codé rbcL gène. Les endosymbiontes d'algues vertes P. tenue sont identiques dans leur rbcL séquence de gènes à Chlorelle sp. K10, un endosymbiote de H. viridissima. (C) Arbre de maximum de vraisemblance des Chromatiaceae basé sur les 16S gène d'ARNr. Les endosymbiontes bactériens violets sont les plus étroitement liés à Thiodictyon espèce. () Signal de fluorescence de la sonde Thio643-Cy3 dans des cellules bactériennes étalées de P. tenue cytoplasme. La fluorescence conférée par la sonde (affichée en pseudo-couleur) diminue avec l'augmentation de la concentration de formamide (FA) (comportement de liaison attendu). (E) Micrographies confocales en fluorescence (CLSM) et en lumière transmise [DIC (Contraste Interférentiel Différentiel)] d'un P. tenue cellule affichant le signal FISH pour la sonde Thio643-Cy3 (pseudocolor cyan) et l'autofluorescence de la chlorophylle d'algue verte (pseudocolor rouge). Voir aussi le film S2. (F) Micrographie électronique à transmission de "Californie. Thiodictyon intracellulare » et des granules d'amidon dans le cytoplasme de P. tenue. Le cytoplasme bactérien est rempli de chromatophores vésiculaires et entouré de trois membranes (voir aussi fig. S2, D à F). (g) Spectres d'absorbance des endosymbiotes violets et verts enregistrés par microscopie hyperspectrale. Notez les pics dans la gamme infrarouge (>700 nm) typiques de la bactériochlorophylle. Les valeurs d'absorbance négatives dans la région >900 nm sont des artefacts probablement basés sur un faible rapport signal/bruit. Des zones d'échantillons représentatives pour les cellules violettes (PC) et les cellules vertes (GC) sont indiquées dans l'encart (pour plus de détails, voir fig. S4). Barres d'échelle, 10 m (E) et 100 nm (F).

Les endosymbiontes d'algues sont les plus étroitement liés à Chlorelle (Trebouxiophyceae) selon l'analyse phylogénétique des 18S ARNr-ITS2 et rbcL gènes (Fig. 2B et Fig. S3B). Ceci est cohérent avec le fait que de nombreux eucaryotes hébergent Chlorelle-comme des endosymbiotes (c'est-à-dire des « zoochlorelles ») (2). contrairement à la plupart Chlorelle espèce (20), les endosymbiontes d'algues vertes n'avaient pas de pyrénoïdes visibles au microscope optique (Fig. 1C), mais une structure de type pyrénoïde était claire dans nos micrographies électroniques (fig. S2, B et C). Les rbcL gène des endosymbiontes verts est identique à celui de Chlorelle sp. K10, un endosymbiote du cnidaire d'eau douce Hydra viridissima souche K10 isolée en Suisse (Fig. 2B et fig. S3B) (21). Parce que H. viridissima a co-spécialisé avec son Chlorelle endosymbiotes (21), il est possible que l'ancêtre de P. tenue acquis Chlorelle sp. K10 après sa libération par un hôte cnidaire.

Les endosymbiontes bactériens sont les plus étroitement liés au genre Thiodictyon (Chromatiaceae, Gammaproteobacteria) selon les analyses phylogénétiques de leurs 16S gène d'ARNr (Fig. 2C et Fig. S3C). Nous avons confirmé la localisation du Thiodictyonbactéries apparentées dans le cytoplasme de P. tenue par hybridation in situ en fluorescence (FISH) (Fig. 2, D et E, et film S2 voir Matériels et méthodes pour plus de détails). La plupart des membres des Chromatiaceae, connus sous le nom de « bactéries du soufre violet », sont des photosynthétiseurs anaérobies et anoxygéniques qui utilisent souvent le sulfure d'hydrogène comme donneur d'électrons photosynthétique et accumulent des globules de soufre dans leur périplasme (22). La couleur violet-violet bien visible des endosymbiotes bactériens (Fig. 1, B et C) et les abondants « chromatophores » vésiculaires (Fig. 2F et fig. S2, E et F) concordent avec leur appartenance aux Chromatiaceae (22). Les spectres d'absorbance des endosymbiotes violets par microscopie hyperspectrale révèlent des pics clairs dans le spectre infrarouge (Fig. 2G et fig. S4B) qui sont typiques des organismes contenant de la bactériochlorophylle (12). Les ThiodictyonLes endosymbiotes apparentés ne semblent pas accumuler de globules de soufre hautement réfringents (Figs. 1, C et E et 2F), et nous n'avons pas non plus récupéré de signaux de soufre discrets par microscopie électronique à balayage – spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie. Ceci suggère que la physiologie photosynthétique du ThiodictyonL'endosymbiote apparenté pourrait avoir divergé de celui de ses plus proches parents vivant librement. De plus, le ThiodictyonLes endosymbiotes apparentés sont d'un grand intérêt car aucune autre bactérie de soufre pourpre photosynthétique n'est connue pour être endosymbiotique (22) il existe cependant plusieurs endosymbiotes non photosynthétiques oxydant le soufre (par exemple, "Candidatus Thiosymbion”) (23). Sur la base de son placement phylogénétique en tant que sœur connue Thiodictyon (Fig. 2C) et l'identité nucléotidique moyenne de 0,91 à son parent séquencé le plus proche du génome (voir Matériels et méthodes), nous proposons une nouvelle espèce candidate pour l'endosymbionte bactérien violet de P. tenue [conformément aux recommandations publiées (24)]:

Candidatus Thiodictyon intracellulare” [(Chromatiales, Gammaproteobacteria) NC NA R NAS (GenBank number MW203126), séquence oligonucléotidique complémentaire de la région unique de 16S L'ARNr est 5′-CTC TCA GAC TCT AGC GCG TCA-3′ (sonde Thio643) S (P. tenue, Ciliophora cytoplasme) probablement microaer., métabolisme réduit (probablement pas de dissimilation du soufre) M]. Muñoz-Gómez, Kreutz et Hess, Sci. Av., 7: eabg4102, 2021. Etymologie : intrā (latin) = à l'intérieur, cellula, -ae f (diminutif de cella) (latin) = petite pièce, cellule. L'épithète « intracellulaire » fait référence au mode de vie intracellulaire de l'espèce candidate. Informations complémentaires : Cellules violacées en forme de bâtonnet, parfois légèrement incurvées, colonisant le cytoplasme de P. tenue (Heterotrichea, Ciliophora) en grand nombre (environ 900 à 1300 cellules bactériennes par cellule hôte) cellules végétatives d'environ 6 × 2 m en moyenne, délimitées par deux membranes et une membrane vacuolaire supplémentaire, et garnies de chromatophores vésiculaires discernables en microscopie électronique à transmission ( TEM) micrographies pas d'autres étapes de l'histoire de la vie observées définies génétiquement par le 16S la séquence du gène d'ARNr MW203126 et le projet de génome JADNEJ000000000 (tous deux GenBank). Matériel de référence : Bloc de résine pour MET (NHMUK 2021.4.15.1 déposé dans la « Protists Collection » au Department of Life Sciences du National History Museum de Londres (Cromwell Road, UK) contenant une seule cellule hôte collectée dans l'étang II du « Lande de Simmelried, Constance, Allemagne 47.717767, 9.09375.

“Californie. Thiodictyon intracellulare » a un métabolisme réduit et spécialisé

Pour mieux comprendre les interactions métaboliques possibles entre P. tenue et ses endosymbiotes photosynthétiques, nous avons séquencé le métagénome de ce consortium symbiotique tripartite. Le métagénome a été assemblé à partir de trois bibliothèques de lecture courte séquencées en profondeur à partir de génomes amplifiés de trois cellules individuelles isolées séparément (voir Matériels et méthodes pour plus de détails). Les échafaudages métagénomiques se regroupent principalement en trois groupes principaux qui correspondent à des génomes presque complets pour chaque partenaire symbiotique (fig. S5). Le génome de "Californie. T. intracellulare » est moins de la moitié de la taille de celle de son plus proche parent connu, «Candidatus Thiodictyon syntrophicum » [2,9 contre 7,74 millions de paires de bases (Mbp) 3141 contre 6771 gènes tableau S2] (25). Une telle réduction du génome est compatible avec un mode de vie endosymbiotique (26) et s'est accompagnée d'une perte de gènes étendue et d'une pseudogénisation (fig. S6 et S7 et tableau S2).

Californie. T. intracellulare" a perdu des gènes pour les principales voies métaboliques telles que la capacité d'utiliser des composés soufrés réduits comme donneurs d'électrons pour la photosynthèse (dissimilation du soufre), une caractéristique des bactéries pourpres au soufre (27). Sur la base de l'absence ou de la pseudogénisation de plusieurs gènes importants, "Californie. T. intracellulare" a perdu la capacité d'oxyder le sulfure (par exemple, sqrD et sqrF gènes), le soufre élémentaire (par exemple, dsrA et dsrB gènes) et le thiosulfate (par exemple, soxY et soxZ) (données S1). Ces pertes prédites sont cohérentes avec l'absence de globules de soufre visibles dans les endosymbiotes violets (Figs. 1, C et E, et 2F). De plus, la capacité de fixer le diazote atmosphérique (ex. nifD et nifK) et hydrolyser l'urée (par exemple, urée, ureB, et ureC) ainsi que la capacité de stocker l'excès d'azote sous forme de cyanophycine (par exemple, cphA) ont également été perdus par «Californie. T. intracellulare » (données S1). Toutefois, "Californie. T. intracellulare » pourrait être capable d'acquérir de l'azote de son hôte car il conserve des transporteurs pour le glutamate et/ou l'aspartate et l'ammonium (Fig. 3 et données S1). De plus, "Californie. T. intracellulare" a retenu de nombreux gènes impliqués dans les voies du métabolisme du carbone et de l'énergie, tels que la photosynthèse (par exemple, le photosystème et les antennes de récolte de lumière), la fixation du carbone [RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygénase) et le cycle de Calvin ], respiration dans des conditions hypoxiques (p. ex., cytochrome cbb3), la fermentation (par exemple, pyruvate:ferredoxine oxydoréductase et Hox [NiFe] hydrogénase), et la capacité de stocker l'excès de carbone sous forme de granules de glycogène et de polyhydroxyalcanoate (PHA) (voir Fig. 3 et données S1). En outre, "Californie. T. intracellulare » possède des transporteurs pour les petits acides organiques (c'est-à-dire l'acétate et le succinate), le glucose, le maltose et le phosphate, qui pourraient être importés du cytoplasme de l'hôte (voir Fig. 3, données S1 et texte supplémentaire). Semblable à Allochromatium vinosum, vivre librement Thiodictyon Les espèces sont des généralistes métaboliques qui peuvent utiliser à la fois des composés inorganiques et organiques réduits comme donneurs d'électrons (22, 25, 28). Par conséquent, le métabolisme réduit et plus spécialisé de «Californie. T. intracellulare » est probablement le résultat d'un mode de vie endosymbiotique dans un environnement riche en nutriments.

Physiologie inférée et métabolisme énergétique de l'endosymbiote violet "Californie. T. intracellulaire ». Complexes protéiques qui font partie ou contribuent à la chaîne de transport d'électrons photosynthétique (violet), à la respiration micro-aérobie (orange) et à la fermentation (bleu). Les transporteurs de métabolites sont indiqués en vert. Les sources d'azote et de carbone/électrons et le photosynthate potentiel sont indiqués dans des rectangles arrondis.

L'hôte cilié et les génomes endosymbiotiques de l'algue verte abritent des gènes pour la fermentation

L'endosymbiotique Chlorelle sp. a très probablement la capacité de photosynthèse oxygénée et de respiration aérobie comme le font ses parents vivant en liberté. Cependant, cette algue verte endosymbiotique peut également être capable de fermenter aussi bien à la lumière qu'à l'obscurité (29, 30). Chlorelle sp. a conservé plusieurs voies de fermentation dans le cytosol, la mitochondrie et le chloroplaste qui pourraient entraîner l'excrétion de plusieurs produits finaux de fermentation, notamment le d-lactate, l'acétate, l'éthanol et l'hydrogène moléculaire (fig. S8A, texte supplémentaire et données S2). Les P. tenue l'hôte cilié a des mitochondries aérobies typiques, comme en témoignent ses crêtes mitochondriales bien visibles (fig. S2, G et H) et la rétention d'un génome mitochondrial cilié conventionnel (Figshare DOI : 10.6084/m9.figshare.13140560). Cependant, l'hôte cilié peut potentiellement effectuer une fermentation mitochondriale en utilisant le fumarate comme accepteur d'électrons via un complexe inversé II et la rhodoquinone.Ce type de fermentation conduit à l'excrétion d'acétate et de propionate en tant que produits finaux (fig. S8B, texte supplémentaire et données S3).

P. tenue vit comme un mixotrophe par phagotrophie et photosynthèse anoxygénique

P. tenue représente un consortium symbiotique physiologiquement complexe et potentiellement flexible. En effet, chaque partenaire symbiotique a plus d'un type de métabolisme énergétique ou mode de croissance (Fig. 4, A à C). Le mode physiologique préféré par chaque partenaire symbiotique peut être principalement déterminé par deux facteurs environnementaux majeurs : la lumière et l'oxygène (Fig. 4C et Fig. S9). Malgré la complexité métabolique mentionnée ci-dessus, qui suggère une flexibilité écologique, le P. tenue consortium symbiotique semble occuper une niche assez étroite dans son environnement. Ceci est suggéré par trois observations. D'abord, P. tenue habite préférentiellement dans les sédiments hypoxiques riches en matière organique, où il phagocyte et digère les bactéries comme nourriture (voir Fig. 1B pour des preuves de vacuoles digestives) ce mode de vie est similaire à celui de Spirostomum espèces qui sont des bactériivores voraces et s'aventurent souvent dans des microenvironnements hypoxiques pour trouver leurs proies (18, 31, 32). Seconde, P. tenue coexiste avec diverses bactéries soufrées violettes libres (fig. S1). Les sédiments végétaux et riches en matière organique où P. tenue se trouve probablement filtrer la lumière rouge lointain et proche infrarouge (13) et offrent de nombreux composés organiques et sulfures qui sélectionnent des bactéries violettes métaboliquement polyvalentes comme l'ancêtre putatif de "Californie. T. intracellulaire » (22, 25). Habiter dans des sédiments hypoxiques pourrait donc favoriser la photosynthèse anoxygénique des symbiotes violets par rapport à la photosynthèse oxygénée des symbiotes d'algues vertes. Troisièmement, la majeure partie du volume de la P. tenue consortium symbiotique est occupé par «Californie. T. intracellulare » (Fig. 1A). Les endosymbiotes violets représentent environ 26,4% du volume de l'ensemble du consortium symbiotique, tandis que les endosymbiotes verts ne représentent qu'environ 1,4% (tableau S1 et texte supplémentaire). Ensemble, ces observations suggèrent que la physiologie du consortium symbiotique suit en grande partie celle de ses endosymbiontes violets, qui peuvent principalement effectuer une photosynthèse anaérobie (par exemple, "Californie. T. intracellulare » synthétise la bactériochlorophylle de manière anaérobie par l'intermédiaire d'une enzyme BchE indépendante de l'oxygène). Nous concluons que P. tenue est un mixotrophe à double mode de vie qui associe photosynthèse anoxygénique à la lumière et phagotrophie micro-aérobie (Fig. 4, A à C, et fig. S9).

(UNE) Interactions métaboliques les plus plausibles, déduites des données du génome, dans des conditions de lumière et d'hypoxie/anoxie. (B) Interactions métaboliques les plus plausibles, déduites des données du génome, dans des conditions d'obscurité et micro-oxiques. (C) Principaux modes physiologiques du P. tenue consortium symbiotique à travers deux variables environnementales, l'intensité lumineuse et la concentration en oxygène, déduites des données du génome et du mode de vie des plus proches parents vivant en liberté. En plus de l'anoxie claire et de l'oxie sombre, deux autres modes physiologiques généraux sont possibles par ce consortium symbiotique. Dans la lumière-oxie, les trois partenaires respirent en aérobie, mais les algues vertes photosynthétisent également de manière oxygénée les chloroplastes des endosymbiontes d'algues vertes de P. tenue accumulent de l'amidon qui suggère qu'ils effectuent activement la photosynthèse (voir le texte supplémentaire). Dans l'anoxie noire, l'ensemble du consortium symbiotique se tourne vers la fermentation des aliments ingérés ou du carbone stocké (36). Néanmoins, des états métaboliques intermédiaires entre ces quatre modes majeurs peuvent survenir. Voir aussi fig. S8.

Quelles interactions métaboliques pourraient sous-tendre le P. tenue symbiose

Sur la base de nos observations microscopiques et inférences à partir de données métagénomiques, les interactions métaboliques suivantes entre les partenaires symbiotiques dans P. tenue sont les plus plausibles. À la lumière et en l'absence d'oxygène, les endosymbiotes violets effectuent très probablement une photosynthèse anoxygénique, tandis que l'hôte cilié et les endosymbiotes verts fermentent des composés organiques réduits (Fig. 4, A et C) des algues vertes telles que Chlamydomonas reinhardtii ou la salamandre-symbiote Oophila amblystomatis passer à une fermentation productrice d'hydrogène en hypoxie et lumière [(33) et les références qui y figurent] (il est également possible, en principe, que les algues vertes effectuent la photosynthèse sous hypoxie, et l'oxygène libéré est rapidement consommé par les mitochondries de l'hôte). Les symbiotes violets peuvent utiliser de l'hydrogène ou des substances organiques comme donneurs d'électrons. L'hydrogène peut être libéré par fermentation à partir de l'algue verte (au moyen de son hydrogénase [FeFe]) ou par photo-fermentation à partir du symbiote violet lui-même (à travers une hydrogénase [NiFe]) (Figs. 3 et 4A). Les composés organiques sont produits à la fois par la fermentation des algues (par exemple, l'acétate et le lactate) et la fermentation mitochondriale de l'hôte (acétate et propionate) (Fig. 4A et Fig. S8). Les symbiotes violets ont, en effet, retenu des transporteurs pour ces petits acides organiques (c'est-à-dire l'acétate ou le succinate) et pour le glucose (voir ci-dessus Fig. 3). L'énergie dérivée de la chaîne photosynthétique anoxygénique des symbiotes violets est probablement utilisée pour fixer le carbone inorganique (CO2) dérivé du métabolisme de l'hôte et de l'environnement. Le carbone fixé peut ensuite être stocké sous forme de granules de glycogène ou de PHA (rarement observé sur les micrographies électroniques) ou, plus probablement, libéré et stocké dans l'hôte sous forme d'amidon (Fig. 4A). Ce dernier est suggéré par la présence de nombreux granules translucides aux électrons dans le cytoplasme de P. tenue [probablement l'amylopectine (34) figure. S2, E et F]. Nous nous attendons à ce que "Californie. T. intracellulare » fournit du photosynthate sous forme de petits composés organiques à son hôte, comme le savent de nombreux autres endosymbiotes photosynthétiques (7, 3538). En tant que source d'azote, les symbiontes violets (ainsi que les symbiotes d'algues vertes) pourraient importer de l'ammonium et du glutamate/aspartate de l'hôte cilié (Fig. 3 voir ci-dessus) comme on le voit également dans de nombreuses autres photosymbioses (36, 3942). Cela rejoint l'observation selon laquelle «Californie. T. intracellulare » a perdu la capacité de stocker l'azote fixé mais a conservé les transporteurs d'ammonium et de glutamate/aspartate (Fig. 3).

Dans l'obscurité, tous les partenaires symbiotiques respirent probablement de manière aérobie pour oxyder complètement les composés organiques réduits, qui dérivent du carbone stocké (par exemple, l'amidon pour l'hôte et l'algue verte et le glycogène ou le PHA pour le symbiote violet Fig. 4B) ou la nourriture phagocytée (Figs. 1B et 4B). Ceci est attendu car chaque partenaire symbiotique possède des chaînes respiratoires micro-aérobies (Fig. 3 et fig. S8), et la respiration est beaucoup plus efficace que la fermentation. Ensuite, il se pourrait bien que le P. tenue Le consortium symbiotique se déplace dans des microenvironnements légèrement plus oxygénés pour respirer de manière micro-aérobie dans l'obscurité. La migration verticale en réponse à la concentration d'oxygène est en effet connue de divers ciliés, y compris Spirostomum espèce (43, 44). Les endosymbiontes violets peuvent vraisemblablement survivre à de faibles concentrations d'oxygène car ils ont conservé des superoxydes dismutases pour la détoxification des radicaux libres d'oxygène (données S1) et ont des chaînes respiratoires micro-aérobies avec un cytochrome cbb3 (Fig. 3) qui peuvent piéger l'oxygène (45). Cela concorde avec le fait que P. tenue se trouve dans les zones de transition hypoxique-oxique des étangs boueux.

Au moins deux autres modes physiologiques sont autorisés par la complexité métabolique de la P. tenue consortium symbiotique (voir Fig. 4C). De plus, des états métaboliques intermédiaires entre ces quatre modes majeurs pourraient également se produire dans des environnements transitionnels. Par exemple, le symbiote de l'algue verte pourrait effectuer une certaine photosynthèse oxygénée (46) ou une forme de photosynthèse anoxygénique par flux d'électrons cyclique dans des conditions de faible luminosité et anaérobies (47), et les symbiotes violets pourraient exprimer leur chaîne photosynthétique aux côtés de sa chaîne respiratoire micro-aérobie (48). L'accumulation de granules d'amidon autour des pyrénoïdes dans les chloroplastes soutient l'idée que les algues vertes peuvent effectuer une photosynthèse oxygénée dans certaines conditions (voir fig. S2C et texte supplémentaire). Les P. tenue consortium est ainsi doté d'une grande flexibilité physiologique, et potentiellement aussi écologique. Cette flexibilité pourrait permettre P. tenue survivre temporairement dans des conditions sous-optimales (fig. S9) telles que les eaux oxygénées P. tenue survit quelques jours mais ne se divise pas et finit par disparaître dans les échantillons de laboratoire exposés à l'oxygène atmosphérique. Compte tenu de la physiologie complexe de chaque partenaire symbiotique, le séquençage des métatranscriptomes unicellulaires de ce consortium symbiotique inhabituel dans différentes conditions environnementales (par exemple, light-anoxie versus dark-oxia) est nécessaire. Ces futurs efforts testeront les hypothèses physiologiques présentées ici et fourniront plus de certitude sur les interactions métaboliques entre P. tenue et ses symbiotes.

La fusion symbiotique de physiologies disparates a créé une niche écologique inhabituelle

En étudiant un cilié violet-vert unique, nous avons trouvé le premier exemple d'une bactérie pourpre photosynthétique "soufre" (Chromatiaceae, Gammaproteobacteria) avec un mode de vie endosymbiotique. Cette bactérie violette anaérobie partage sa cellule hôte avec une algue verte oxygénée (Chlorelle sp.). Cette coexistence déroutante semble possible en raison de la polyvalence physiologique offerte par chaque partenaire symbiotique et de la spécialisation réductrice de l'endosymbionte bactérien violet. Par exemple, la bactérie pourpre a perdu les gènes de dissimilation du soufre, et les symbiotes et l'hôte ont les gènes pour respirer en micro-aérobie et fermenter en anaérobie. De plus, la fusion évolutive de deux photosymbiontes distincts et d'un prédateur anaérobie facultatif a créé un consortium symbiotique avec un ensemble complexe de propriétés physiologiques qui ne sont partagées par aucune autre espèce connue. La niche de ce consortium symbiotique, cependant, n'est pas simplement l'union des niches de chaque symbionte, mais englobe vraisemblablement la plupart des niches de l'hôte cilié et du symbiote violet et chevauche partiellement celle du symbiote vert (Fig. 4C et fig. S9) . Le résultat est un eucaryote qui nage activement dans les sédiments hypoxiques et combine la phagotrophie avec la photosynthèse anoxygénique. P. tenue représente ainsi un exemple extraordinaire de la façon dont la symbiose fusionne des physiologies disparates et permet aux consortiums émergents de créer de nouvelles niches écologiques.


Étude de cas en microbiologie : une personne de 24 ans souffrant de maux de gorge et de difficultés respiratoires

Un homme de 24 ans ayant des antécédents médicaux de pharyngite streptococcique récurrente se présente aux urgences avec un mal de gorge et une dyspnée. Ses symptômes ont commencé trois jours auparavant et comprenaient des douleurs dans la partie supérieure gauche du cou et de la mâchoire inférieure et une odynophagie. L'évaluation du patient a démontré une tachycardie, une lymphadénopathie cervicale et un petit abcès amygdalien gauche. Les analyses de laboratoire étaient significatives pour un nombre élevé de globules blancs, mais les hémocultures, les dépistages des streptocoques du groupe A et de la mononucléose étaient négatifs. Le patient a été admis pour la gestion de la douleur et traité avec une combinaison d'ampicilline/sulbactam IV (amp/sulb) et de stéroïdes. Il s'est amélioré avec le traitement et a obtenu son congé le lendemain sous amoxicilline/acide clavulanique par voie orale (amox/clav). Neuf jours plus tard, le patient s'est présenté à nouveau avec des plaintes similaires. L'abcès amygdalien avait augmenté de taille à 2 cm. Les laboratoires étaient significatifs pour la leucocytose et un dépistage des streptocoques du groupe A désormais positif. 2 ml de pus ont été aspirés de la lésion mais aucune culture n'a été demandée. L'état du patient s'est à nouveau amélioré et il a de nouveau été renvoyé chez lui sous amox/clav oral. Le patient est revenu le jour suivant et a été placé sous amp/sulb IV et admis pour imagerie et gestion des symptômes. Une tomodensitométrie cervicale avec produit de contraste a révélé un abcès amygdalien maintenant de 3 cm avec une lymphadénopathie cervicale réactive (Image 1). Une culture de gorge a été recueillie cependant, aucun streptocoque bêta-hémolytique n'a été récupéré après 48 heures d'incubation. L'incision et le drainage de l'abcès ont été effectués au chevet du patient, récupérant 10 ml supplémentaires de purulence qui ont été envoyés au laboratoire de microbiologie pour culture aérobie et anaérobie. Le patient s'est amélioré sous amp/sulb IV et est passé à une dose élevée d'amox/clav au jour 15.

Identification du laboratoire

La coloration de Gram de la purulence aspirée a révélé de nombreux globules blancs et un mélange de bâtonnets à Gram positif et de cocci (Image 2). La culture aérobie a fait croître une grande quantité de minuscules colonies faiblement bêta-hémolytiques sur gélose au sang. Les frottis de ces colonies ont révélé des bâtonnets corynéformes à Gram positif. Les tests biochimiques ont déterminé que la croissance était catalase négative et MALDI-TOF MS a définitivement identifié l'organisme comme étant Arcanobacterium haemolyticum. La culture anaérobie a fait croître la flore buccale.

Image 1. Tomodensitométrie du cou chez un homme de 24 ans qui présente des difficultés respiratoires. Zone de gros abcès amygdalien (cercle jaune). Image 2. Coloration de Gram montrant de petits bâtonnets Gram positif pléomorphes dans un fond de neutrophiles et de cocci Gram positif en paires ou en chaînes courtes. (grossissement 1000x, immersion dans l'huile) Image 3. Isolat d'A. haemolyticum après 48 heures d'incubation. La faible bêta-hémolyse n'était pas facilement apparente en utilisant la lumière ambiante (réfléchie). Placer la plaque sur une lightbox a révélé une bêta-hémolyse. Image 4. Streptococcus agalactiae présentant une hémolyse synergique avec une souche productrice de bêta-lysine de S. aureus (réaction CAMP, en haut). A. haemolyticum inhibe l'hémolyse par S. aureus dans une configuration de test CAMP (inhibition de CAMP, milieu). A. haemolyticum présente une hémolyse synergique avec S. agalactiae. (CAMP inversé, en bas).

A. haemolyticum est un bâtonnet à Gram positif rarement isolé qui est un agent étiologique de la pharyngite non streptococcique diagnostiquée principalement chez les adolescents ou les jeunes adultes. Le diagnostic de A. haemolyticum peut être difficile car il est souvent impossible de distinguer cliniquement les cas causés par les streptocoques bêta-hémolytiques. La plupart des patients présentent un certain degré d'adénopathie cervicale et une éruption scarlatiniforme peut être présente dans jusqu'à 50 % des cas. Du point de vue du laboratoire, A. haemolyticum se développe lentement et est faiblement bêta-hémolytique après 24 à 48 heures sur des milieux contenant du sang de mouton (y compris les géloses SBA et Strep Selective couramment utilisées pour le dépistage des cultures de gorge). L'activité bêta-hémolytique de A. haemoltyicum est attribuée à l'expression de l'arcanolysine, une cytolysine dépendante du cholestérol. Fait intéressant, l'arcanolysine se lie plus fortement aux érythrocytes de lapin et humains que ceux de mouton, 1 ce qui peut expliquer la faible hémolyse bêta de l'organisme sur les milieux de routine. Dans ce contexte, l'organisme peut être manqué ou rejeté comme flore commensale sans observation attentive. Inversement, si une bêta-hémolyse est observée, la morphologie de la colonie et la non-réactivité de la catalase peuvent conduire à une identification erronée en tant que streptocoques bêta-hémolytiques en l'absence d'une coloration de Gram ou d'autres méthodes déterminantes (c'est-à-dire MALDI-TOF MS).

La bêta-hémolyse de ce patient A. haemolyticum L'isolat est difficile à apprécier dans la lumière réfléchie (de la pièce) et a été mieux observé après 48 heures en utilisant la lumière transduite d'une boîte à lumière (Image 3). A. haemolyticum affiche une inhibition de CAMP due à la production de phospholipase D qui inhibe l'activité hémolytique de la bêta-lysine produite par S. aureus (Image 4) et est inverse-CAMP positif lorsqu'il est perpendiculaire aux streptocoques du groupe B, ce qui peut aider à l'identification. 2

L'érythromycine est le médicament de choix pour le traitement de A. haemolyticum, soulignant en outre la nécessité d'une identification définitive de cet organisme dans les cas de pharyngite. L'utilisation de la pénicilline pour le traitement de A. haemolyticum la pharyngite peut entraîner un échec du traitement, probablement en raison d'une invasion de cellules hôtes, établissant ainsi un réservoir, 3 ou en raison d'un phénotype tolérant à la pénicilline. 4 Il n'est pas clair dans ce cas si le contrôle de la source ou la diminution de la sensibilité ont nécessité les multiples cures d'antibiotiques utilisées. Heureusement, les symptômes du patient se sont résolus avec une dose élevée d'amoxicilline/acide clavulanique après une incision et un drainage complets. Il est ensuite revenu pour une amygdalectomie ambulatoire.

  1. Jost BH, Lucas EA, Billington SJ, Ratner AJ, McGee DJ. 2011. L'arcanolysine est une cytolysine dépendante du cholestérol du pathogène humain Arcanobacterium haemolyticum. BMC Microbiologie 11:239.
  2. Kang H, Park G, Kim H, Chang K. 2016. Identification différentielle hémolytique d'Arcanobacterium haemolyticum isolé d'un patient souffrant d'ulcères du pied diabétique. Rapports de cas JMM.
  3. Österlund A. 1995. Les échecs de traitement à la pénicilline dans la pharyngo-amygdalite à Arcanobacterium haemolyticum sont-ils causés par des bactéries résidant dans l'intracellulaire ? Journal scandinave des maladies infectieuses 27:131-134.
  4. Nyman M, Danek G, Thore M. 1990. Tolérance à la pénicilline chez Arcanobacterium haemolyticum. Le Journal des maladies infectieuses 161:261-265.

-Andrew Clark, PhD, D (ABMM) est professeur adjoint à l'UT Southwestern dans le département de pathologie et directeur associé du laboratoire de microbiologie de l'hôpital universitaire Clements. Il a obtenu une bourse postdoctorale accréditée par le CPEP en microbiologie médicale et de santé publique aux National Institutes of Health et s'intéresse à la sensibilité aux antimicrobiens et à la physiopathologie des anaérobies.

-Clare McCormick-Baw, MD, PhD est professeure adjointe de microbiologie clinique à l'UT Southwestern à Dallas, au Texas. Elle a une passion pour l'enseignement de la médecine de laboratoire en général et des meilleures utilisations du laboratoire de microbiologie en particulier.


Génétique et biologie moléculaire des gènes codant pour la biosynthèse des céphalosporines chez les microbes

Résumé

Les microbes produisent des antibiotiques pour montrer la dominance aux autres et ces métabolites secondaires des micro-organismes deviennent la source de nouveaux antibiotiques. La céphalosporine a été le premier antibiotique β-lactame stable et a été introduite à la fin des années 1940. Cependant, bien que les céphalosporines soient produites par de nombreux micro-organismes, elles sont produites industriellement par Acremonium chrysogenum. La céphalosporine est censée être le produit final de réactions complexes médiées par différentes enzymes. La génétique de la synthèse des céphalosporines révèle qu'il existe six gènes qui contrôlent la biosynthèse des céphalosporines. Ce chapitre se concentre sur la génétique de la biosynthèse des céphalosporines et son mode d'expression ainsi que sur la biologie moléculaire de A. chrysogénum.


Mécanismes de tolérance extrême chez les organismes de la méiofaune : une étude de cas avec des tardigrades, des rotifères et des nématodes

Pour persister dans des environnements extrêmes, certains taxons de la méiofaune ont adopté des stratégies de résistance exceptionnelles. Ces dernières années ont vu un enthousiasme accru pour la compréhension des mécanismes de résistance extrême développés par les tardigrades, les nématodes et les rotifères, tels que la capacité de tolérer une dessiccation complète et une congélation en entrant dans un état de suspension réversible du métabolisme appelé respectivement anhydrobiose et cryobiose. En revanche, le phénomène moins courant de diapause, qui comprend l'enkystement et la cyclomorphose, est défini par une suspension de la croissance et du développement avec une réduction de l'activité métabolique induite par des conditions environnementales stressantes.En raison de leur résistance unique, les tardigrades et les rotifères ont été proposés comme organismes modèles dans les domaines de l'exobiologie et de la recherche spatiale. Ils sont également de plus en plus pris en compte dans la recherche médicale avec l'espoir que leurs mécanismes de résistance puissent être utilisés pour améliorer la tolérance des cellules humaines à un stress extrême. Cette revue analysera les stratégies de dormance chez les tardigrades, les rotifères et les nématodes en mettant l'accent sur les mécanismes de tolérance au stress extrême pour identifier des stratégies convergentes et uniques se produisant dans ces groupes distincts. Nous examinons également les conséquences écologiques et évolutives de la tolérance extrême en résumant les avancées récentes dans ce domaine.

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