Avec son mode de vie social fascinant, Myxococcus xanthus est l’un des exemples les plus célèbres de bactéries prédatrices. Ces bactéries forment des essaims multicellulaires qui, à la manière de meutes de loups microscopiques, chassent collectivement d’autres microbes, génèrent des motifs ondulatoires complexes lors de leur alimentation et se transforment en corps fructifères élaborés lorsqu’elles sont privées de nutriments. Au sein de ces corps fructifères, les cellules végétatives en forme de bâtonnets se différencient en spores sphériques résistantes aux stress environnementaux. Lorsque les conditions redeviennent favorables, un seul corps fructifère peut régénérer une colonie entière de M. xanthus et relancer ainsi le cycle de vie. Pour la survie d’un essaim, il est essentiel que la germination ne se déclenche que si les nutriments sont disponibles en quantité suffisante. Pourtant, les corps fructifères sont immobiles et composés en grande majorité de spores dormantes. Cela soulève la question de savoir comment les variations des conditions environnementales sont perçues pour permettre aux corps fructifères de germer au moment opportun. Nous combinons différentes techniques d’imagerie et d’analyses transcriptomiques afin d’étudier le comportement de germination de corps fructifères de M. xanthus transplantés, à la fois à l’échelle collective et à l’échelle de la cellule unique. Nos données préliminaires issues d’expériences de transplantation à l’échelle collective suggèrent que la germination peut être induite par la présence de proies au voisinage des corps fructifères, sans qu’un contact direct ne soit nécessaire. Au contraire, des colonies proies d’Escherichia coli peuvent déclencher la germination à distance, suivie d’une expansion apparemment dirigée du nouvel essaim vers la colonie de proies.

Comment les micro-organismes ajustent-ils leur métabolisme énergétique face à un environnement en mutation ? Ce séminaire explore la manière dont la composition lipidique membranaire participe à cette adaptation. À travers le modèle Escherichia coli, nous montrons que le besoin en cardiolipine dépend du régime métabolique, avec un rôle spécifique dans l’efficacité de la croissance lors de la respiration sur nitrate. En associant génétique, analyses fonctionnelles, lipidomique et protéomique, nous étudions les bases moléculaires de cette dépendance ainsi que les réponses cellulaires globales à la perte de cardiolipine. Nous relions le défaut de croissance à une altération de l’activité nitrate réductase dépendante des quinols et révélons un remodelage étendu du lipidome et du protéome. Ces résultats mettent en lumière une dimension supplémentaire de l’adaptation microbienne : la coordination entre les enzymes respiratoires déployées par les cellules et l’environnement lipidique au sein duquel elles fonctionnent.

Les communautés microbiennes des habitats glaciaires endurent des conditions extrêmes telles que de basses températures, des cycles de gel-dégel et une faible disponibilité en eau. Les micro-organismes de ces environnements possèdent toute une gamme d’adaptations pour tolérer de tels stress. Parmi celles-ci, la capacité de certaines bactéries à induire la nucléation de la glace grâce à des protéines de nucléation de la glace (INpro) exposées à leur surface pourrait améliorer leur survie lors des épisodes de gel en empêchant le gel intracellulaire. Cependant, la signification écologique de la nucléation bactérienne de la glace dans les environnements glaciaires reste mal comprise.

Mon projet de doctorat étudie la prévalence et la fonction des INpro bactériennes sur les glaciers, en se concentrant particulièrement sur leur rôle dans la survie, l’établissement et la persistance à long terme des microbes. Nous utilisons une approche en trois volets combinant des recherches cellulaires et moléculaires à l’aide de l’organisme modèle Pseudomonas syringae, des analyses métagénomiques de l’abondance des gènes à travers les habitats glaciaires, et une validation environnementale au sein des communautés des glaciers de l’Arctique. Ensemble, ces approches complémentaires visent à déterminer si la nucléation bactérienne de la glace représente une adaptation clé favorisant la survie et la persistance microbienne dans les écosystèmes polaires.

Pour survivre à la carence en nutriments, la sporulation est l’une des stratégies employées par certaines bactéries Gram-positives. Cette différenciation cellulaire conduit à la formation d’une endospore résistante à toute une série de conditions extrêmes, telles que la chaleur, les rayonnements UV, la dessiccation et les agents chimiques. Cela confère une grande résilience aux bactéries sporulantes, dont certaines sont pathogènes et représentent toujours un problème de santé publique. Des décennies de recherche sur son développement chez l’organisme modèle non pathogène Bacillus subtilis ont révélé de nombreux mécanismes de régulation transcriptionnelle et post-traductionnelle. Cependant, plusieurs études suggèrent que la régulation post-transcriptionnelle joue également un rôle important dans ce processus.

Bien que certaines protéines de liaison à l’ARN (RBP) et certains ARN non codants aient été étudiés, leur contribution globale reste mal comprise. Pour y remédier, nous avons adapté pour la première fois chez B. subtilis l’approche à haut débit OOPS (Orthogonal Organic Phase Separation) afin de purifier spécifiquement le protéome de liaison à l’ARN (RBPome). Cette stratégie nous a permis de suivre la dynamique du RBPome pendant la sporulation et de révéler des réarrangements majeurs. Par conséquent, nous avons identifié de nouveaux candidats régulateurs post-transcriptionnels de la sporulation médiés par l’ARN. Les protéines sélectionnées sont actuellement en cours de caractérisation plus approfondie afin d’élucider leurs fonctions et leurs cibles ARN.

Les clusters fer-soufre (Fe-S) sont des cofacteurs essentiels nécessaires à l’activité de nombreuses protéines, notamment des composants de la chaîne de phosphorylation oxydative, des enzymes métaboliques, des facteurs de transcription, ainsi que des protéines impliquées dans la biogenèse des ribosomes et la réplication/réparation de l’ADN. La voie de biogenèse des clusters Fe-S, appelée ISC, qui fonctionne chez les bactéries et dans les mitochondries, est complexe et fait intervenir de nombreuses protéines spécialisées.

Parmi celles-ci figure un système de chaperons spécialisé composé d’une protéine à domaine J (JDP) jouant le rôle de co-chaperon, et de son partenaire Hsp70 (appelés respectivement HscB et HscA chez Escherichia coli). Au fil des années, des études biochimiques approfondies ont montré que les chaperons HscB/HscA interagissent avec une protéine échafaudage, IscU, sur laquelle les clusters Fe-S sont synthétisés, en utilisant un cycle de liaison caractéristique de tous les systèmes JDP/Hsp70.

Cependant, malgré cette analyse détaillée, on sait encore peu de choses sur la manière dont la liaison à IscU se traduit concrètement par la biogenèse des clusters Fe-S in vivo. Dans ce séminaire, je présenterai notre stratégie pour étudier cette question et exposerai les premiers résultats de mes travaux.