Perception microbiénne pendant les comportements sociaux – Bacterial sensing

Pendant de nombreuses années, les bactéries ont été considérées comme des organismes très simples, et donc étudiées essentiellement en cellules individuelles. Toutefois, des découvertes récentes ont révélé la capacité des bactéries à développer des communautés complexes telles que les biofilms. Ces derniers sont des structures multicellulaires complexes permettant de protéger les microorganismes afin qu’ils persistent, se différencient sous des formes dormantes ou encore se multiplient. Les biofilms permettent aux pathogènes de résister aux défenses immunitaires de l’hôte et sont ainsi associés à la persistance. La capacité des cellules bactériennes à percevoir leur environnement et à y répondre est essentielle pour la formation des biofilms. Les bactéries détectent les signaux externes et les traduisent en différents comportements cellulaires à travers des voies de régulation complexes appelées systèmes chimiosensoriels (CSS).
Dans l'organisme modèle Myxococcus xanthus, la chimio-perception permet aux groupes de cellules de s’orienter et d’agréger pour former des biofilms spécialisés appelés corps fructifères. Nous avons récemment montré que M. xanthus contient huit CSS et 21 chimiorécepteurs importants pour la motilité sociale et la formation des biofilms. La combinaison de différentes études de génétiques, phylogénétiques, biologie cellulaire et d'interaction de protéines, nous a également permis de montrer que ces CSS et chimiorécepteurs sont organisés en trois petits modules contenant chacun un CSS et quelques récepteurs mais aussi un grand module chimiosensoriel formé par trois CSS et de multiples chimiorécepteurs interconnectés. Nous avons ainsi démontré que les comportements complexes tels que la motilité cellulaire de groupe et la formation de biofilms exigent des appareils régulateurs plus complexes que le CSS unique étudié jusqu’à présent chez les entérobactéries (Moine et al., Mauriello, PLoS Genetics , 2014).

L'objectif de ce projet de recherche est de déterminer, avec une approche multidisciplinaire, comment le réseau chimiosensoriel récemment identifié chez M. xanthus intègre différents stimuli pour moduler la motilité, la communication cellulaire et, finalement, la formation de biofilms. Le projet s'articulera en trois objectifs principaux.
i) Le premier objectif consistera à identifier les signaux perçus par le réseau chimiosensoriel de M. xanthus pour comprendre quels composants de l'environnement stimulent les bactéries à avoir un certain comportement. Cet objectif sera réalisé à l’aide d'un système à haut débit développé récemment pour les analyses phénotypiques ainsi que des dispositifs microfluidiques pour tester les réponses des cellules individuelles.
ii) Dans le deuxième objectif, nous utiliserons des techniques de biologie cellulaire afin de découvrir le lien entre la localisation subcellulaire du réseau chimiosensoriel et ses fonctions.
iii) Le troisième objectif sera focalisé sur la caractérisation des « output » du réseau sensoriel de M. xanthus afin de comprendre comment il module les comportements cellulaires.

Ce réseau de régulation qu’on a caractérisé chez M. xanthus pourrait être conservé dans d'autres espèces bactériennes avec des cycles de vie complexes. Sa compréhension apportera de nouvelles perspectives dans l'étude des biofilms et du chimiotactisme.