Découverte de bactéries architectes qui construisent des structures complexes pour mieux se nourrir

Le charançon des céréales, un des principaux ravageurs de cultures, possède des bactéries symbiotiques qui vivent à l’intérieur de ses cellules. Des scientifiques d’INRAE et de l’INSA-Lyon, en collaboration avec des experts du Synchrotron Soleil et de l’Université Claude Bernard en France, ainsi que du Max Planck Institute et de l’EMBL en Allemagne, ont découvert que ces bactéries construisent une structure membranaire complexe. Cette structure leur permet d’augmenter la surface d’échange avec la cellule-hôte pour récupérer un élément nutritif essentiel : le sucre. C’est la première fois que ce type de structure est découverte chez une bactérie. Ces résultats, publiés dans Cell, ouvrent de nouvelles approches de recherche pour mieux comprendre les micro-organismes, notamment ceux vivant à l’intérieur des cellules, et au-delà, de nouvelles pistes de recherche dans la lutte contre les insectes ravageurs. 

Le charançon des céréales est l’un des principaux ravageurs des céréales (blé, riz, maïs) en champ et en silo. Il se nourrit directement des céréales mais n’est pas tout seul : il possède des bactéries qui vivent en symbiose dans ses cellules. Nommées Sodalis pierantonius, ces bactéries lui fournissent des nutriments essentiels que le charançon ne trouve pas dans les céréales. Il s’agit d’un échange de bons procédés : les bactéries utilisent le sucre produit lors de la digestion des céréales et fournissent en échange des nutriments essentiels à ce nuisible, comme des vitamines ou certains acides aminés.

Si l’importance de ces échanges est bien connue des scientifiques, la façon dont ils se produisent restait énigmatique. Pour étudier ces échanges, les scientifiques ont réalisé des observations au microscope électronique. En utilisant une méthode de préparation des échantillons qui préserve mieux les membranes, l’équipe de recherche a observé des motifs tubulaires, jamais observés auparavant. Pour la première fois, les scientifiques observaient des structures membranaires complexes construites par les bactéries. Pour étudier l’architecture de ces structures et leur composition, les scientifiques ont mis au point une méthode d’observation et d’analyse utilisant la microscopie 3D et l’accélérateur de particules du Synchrotron Soleil.

Les bactéries construisent un véritable réseau d’échange baptisé « Tubenet »
Les analyses révèlent que les structures forment un réseau complexe de tubes, de 0,02 µm de diamètre et de plusieurs µm de long, qui relie les bactéries entre elles avec de nombreuses interconnections. Comme la structure des microvillosités  de l’intestin chez les humains permet d’augmenter la surface d’échange pour mieux absorber les nutriments au cours de la digestion, ces structures tubulaires permettent aux bactéries d’augmenter leur surface d’échange avec la cellule-hôte pour mieux assimiler le sucre. En échange, les bactéries produisent des nutriments essentiels pour la cellule. L’équipe de recherche a baptisé ces structures « Tubenets », contraction de tube et network (réseau en anglais) en référence à leur forme.

Si les structures permettant d’augmenter les surfaces d’échange pour mieux absorber les nutriments sont connues des scientifiques chez les organismes pluricellulaires (intestin, racines des plantes), c’est la première fois que ce type de structure est mis en évidence chez les bactéries. Il est possible qu’elles existent chez d’autres types de bactéries ou de micro-organismes comme Listeria ou Escherichia coli voire des parasites unicellulaires.