Communication Bactérienne En Milieu Marin

Le premier mécanisme de régulation de l’expression génique en fonction de la densité cellulaire a été identifié dans les années 1970 chez le vibrion marin Vibrio fischeri au large des côtes somaliennes. Cette γ-protéobactérie1 marine symbiotique est connue pour sa capacité à produire de la lumière bleue-verte à l’intérieur de certains organes spécifiques de ses hôtes, l’exemple le plus connu étant le calmar Euprymna scolopes. Ce phénomène de bioluminescence est lié à l’oxydation de la luciférine par l’enzyme luciférase, aboutissant à l’émission d’un photon. In vitro, cette activité n’est pas observée dans une culture à faible densité cellulaire de V.fischeri. Cependant, la production de lumière est induite lorsque la croissance de l’espèce atteint la phase exponentielle. L’addition de surnageants de culture de V.fischeri à forte densité cellulaire à une autre culture à faible densité permet aussi l’induction de la bioluminescence. La bioluminescence est donc une fonction activée uniquement à forte concentration par un composé présent dans le surnageant de ces cultures. L’émission de lumière permettrait aux hôtes l’attraction des proies ou des partenaires sexuels mais aussi une protection contre les prédateurs. La symbiose conférerait également un avantage nutritif. Une hypothèse est alors émise, selon laquelle un composé extracellulaire s’accumulant au cours de la croissance pourrait induire le phénomène de bioluminescence dans une culture de forte concentration. Chez V.fisheri, ce composé a été purifié et sa structure élucidée pour la première fois par des approches de la chimie (chromatographie) : il s’agit de la N-(3-oxohexanoyl) homosérine lactone (3-oxo-C6-HSL).

Ce n’est qu’en 1992 que la production de ce médiateur chimique a été mise en évidence chez d’autres espèces bactériennes. C’est alors que la notion de détection du quorum ou « quorum sensing » (QS) apparaît, afin de décrire le phénomène permettant aux bactéries d’évaluer leur densité de population via la production de petites molécules senseurs (« sensing ») et d’initier une réponse concertée lorsqu’une certaine densité cellulaire est atteinte (« quorum »). La détection du quorum est basée sur la capacité des bactéries à communiquer entre elles en utilisant des signaux moléculaires secrétées dans le milieu extérieur. Cette communication bactérienne densité-dépendante est un mécanisme de perception du quota. Une fois que les signaux atteignent la valeur seuil (valeur critique) du "quorum state", des régulateurs transcriptionnels sont activés et exercent un contrôle sur des gènes spécifiques. Le terme d’auto-inducteurs est alors introduit pour définir ces molécules signal dont la concentration est directement corrélée à la densité bactérienne. Plus récemment, quatre critères ont été proposés pour définir une molécule d’auto-inducteur : i) la molécule est produite dans certaines conditions, en réponse à un stimulus environnemental ou à un moment particulier de la croissance ; ii) la molécule s’accumule dans le milieu extracellulaire et est reconnue par un récepteur spécifique ; iii) au-delà d’un seuil de concentration, les bactéries entament une réponse collective; iv) cette réponse doit dépasser les mécanismes liés au catabolisme de la molécule.

Les N-acyl-homosérines lactones (N-AHLs) sont des composés chimiques de communication microbienne, mais ne constituent pas l’unique classe de molécules signal utilisées chez les procaryotes impliqués dans les mécanismes de QS. Chez les bactéries à Gram négatif, des acides gras, des esters d’acides gras, des quinolones ou encore des peptides ont également un rôle de molécule signal. Les AHLs sont composées d’un cycle lactone, d’une homosérine ainsi que d’une chaine acyle de longueur variable. La spécificité de leur signal est conférée par cette même longueur ainsi que par la nature de la substitution portée par le troisième carbone de la chaine latérale. Cette dernière peut être complètement saturée, elle peut porter des hydroxydes ou des carbonyles et sa longueur

varie de 4 à 18 carbones. Ces AHLs sont synthétisées à partir de molécules issues du métabolisme primaire. Cette synthèse repose sur la présence chez les bactéries d’un ou plusieurs gènes codant des enzymes appelées AHLs synthases. La spécificité de ces AHL-synthases est liée à des différences de résidus dans leurs séquences protéiques, leur conférant alors la capacité de

synthétiser des AHLs. Parmi les trois familles d’enzymes, la plus répandue regroupe les protéines de type LuxI, le premier membre de cette famille ayant été identifié chez V.fischeri. Ces protéines LuxI synthétisent des AHLs en catalysant la liaison amide entre la chaine d’acide gras portée par une protéine porteuse d’un groupement acyle et le groupe aminé d’une S-adénosyl méthionine (SAM). Une fois l’acylation terminée, la lactonisation de la molécule entraine le détachement de la 5’-methylthioadénosine, ce qui génère l’anneau

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