Persistance des bactéries contre les antibiotiques et la vitrosité de leur cytoplasme

 

Stephen Michnick

Université de Montréal

 

Domaine : organismes vivants

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Lorsque les scientifiques ont d'abord regardé les cellules sous le microscope il y a plus d'un siècle, ils ont observé la formation de régions transitoires et distinctes dans le cytoplasme où le mouvement des particules ressemblait à celui des fluides complexes, des gels, des colloïdes, des mousses et cristaux que les physiciens et les chimistes ont observés. Au cours des 10 dernières années, en raison du développement de microscopes sophistiqués et à haute résolution, des études ont établi que l'intérieur des cellules eucaryotes se comporte comme un gel polymère ou un verre colloïdal doux plutôt qu'un liquide. Néanmoins, ce comportement vitreux était considéré comme la propriété uniquement d'organismes et de plantes d'ordre supérieur, le cytoplasme bactérien ressemble plus à un liquide, dépourvu des transitions complexes gel-sol-liquide observées dans les eucaryotes. Cependant, on a récemment démontré que le cytoplasme bactérien présente des propriétés semblables à des cristaux lorsqu'ils sont métaboliquement inactifs. Il est intéressant de noter qu'un mécanisme bien connu pour que les populations bactériennes survivent à un traitement antibiotique est l'existence de sous-populations persistantes, qui sont des variantes inactives de cellules régulières très tolérantes aux antibiotiques. Ces sous-populations persistantes conservent leurs ressources métaboliques mais peuvent réinitialiser la croissance rapide de la population lorsque les conditions deviennent favorables et la récurrence de l'infection une fois que le traitement antibiotique est terminé.

L'objectif central de notre équipe est de déterminer quelle est la conséquence évolutive du comportement vitreux du cytoplasme bactérien et comment il détermine leur réponse aux antibiotiques. Dans cette proposition spécifique, nous émettons l'hypothèse d'une forte relation entre l'état rhéologique d'une bactérie et sa capacité à maintenir des sous-populations persistantes pendant le traitement antibiotique.

Pour aborder cette question, nous déterminons d'abord comment l'état rhéologique du cytoplasme de la bactérie répond aux changements génétiques aléatoires, tels que les mutations et le transfert latéral des gènes (LGT) (Objectif 1). Ces changements génétiques sont généralement utilisés par les bactéries pour trouver un moyen de résister à l'antibiotique. Ensuite, nous déterminerons l'évolutivité de la cristallisation du cytoplasme lors de l'apparition de résistance contre les antibiotiques anti-métabolites (Objectif 2). Enfin, en utilisant la collection de knockouts à un seul gène de E. coli, nous déterminerons les gènes qui définissent la corrélation entre la capacité des bactéries à développer des sous-population persistantes et la cristallisation de leur cytoplasme (Objectif 3). Si nos preuves appuient notre hypothèse centrale, elle ouvrira une avenue complètement nouvelle au développement de stratégies antibiotiques en ciblant les produits des gènes que nous découvrons essentiels au phénotype de la persistance en établissant la cristallisation des cellules.