Une symbiose brillante
Après avoir franchi de nombreux obstacles....
Après avoir franchi de nombreux obstacles, les bactéries entrent dans les cryptes. Il est ensuite nécessaire que la bactérie résiste aux différentes attaques du calamar qui se défend contre les infections d'autres bactéries pouvant être pathogènes.
Le calamar produit du péroxydase d'halogénure (HPO). Le péroxydase d'halogénure a une fonction bactéricide. Ces enzymes convertissent le peroxyde d'hydrogène (le substrat de HPO) en acide hypohalogique, une espèce d'oxygène réactif toxique pour de nombreuses bactéries.
Il n'existe aucun mécanisme connu pour détoxifier l'acide hypohalogique, donc une stratégie que V. fischeri peut utiliser pour survivre dans cet environnement défavorable est d'éliminer , le peroxyde d'hydrogène, en utilisant une enzyme catalase.
L'activité catalase de la bactérie est localisée dans le périplasme, approprié pour traiter les sources externes de peroxyde d'hydrogène.
De plus, elles interagissent avec des cellules sanguines qui agissent comme des macrophages et donc doivent résister à une activité phagocytaire. Ces cellules sont produites par le corps blanc (un analogue de la glande thymique des mammifères, qui est une glande assurant la maturation des cellules immunitaire). Les cellules semblables à des macrophages semblent pénétrer dans les cryptes d'organes légers en pressant entre les cellules épithéliales, tout comme les globules blancs vertébrés traversent les couches de cellules endothéliales
Les bactéries qui semblent être phagocytées sont représentées dans cette TEM (image faite à partir de microscopie à transcription électronique) d'un macrophage provenant d'un hôte juvénile
Les symbiotes bactériens rencontrent des macrophages (indiqués par la flèche m et la flèche noire) dans l'espace de la crypte. Souvent, des perturbations de l'épithélium peuvent être observées (flèche blanche), des vestiges possibles laissés par des cellules qui sont entrées récemment dans l'espace de crypte
Il faut une dose minimale infectieuse de 500 cellules afin d'initier la colonisation, ce qui suggère que la bactérie doit surmonter une activité antimicrobienne. Cette information nous informe de plus que les bactéries ne résistent pas totalement à cette activité phagocytaire. Une question se pose ensuite, pour permettre l’adhérence de la bactérie, il faudrait que la biologie du développement de l’hôte implique une adaptation immunitaire de sorte qu'il considère cette bactérie comme un "soi".
.... se poursuivant par la reconnaissance de la bactérie
V. fisheri est une bactérie Gram négatif donc elle possède sur sa paroi des lipopolysaccharides ( LPS ) et des peptidoglycanes (PG) Les LPS sont des lipides complexes auxquels sont attachés un polysaccharide. Ces LPS présentent comme particularité d'être toxiques. De plus le peptidoglycane possède un monomère qui est la cytotoxine trachéale (TCT) : il déclenche la mort de cellules de voies aériennes.
Schema de la paroi d'une bactérie à gram négatif
Les changements de développement semblent exiger l'effet combiné des signaux TCT et LPS.
TCT pourrait stimuler le trafic d'hémocytes dans les appendices ciliaires ainsi que leur régression, mais, curieusement, ils n'ont pas provoqué d'apoptose dans ces cellules.
De ce fait, le TCT couplé aux LPS permet la baisse de l'activité de l'enzyme responsable de la production du NO et la diminution de cette activité est un signal clé dans la reconnaissance de la bactérie. En effet, le NO est produit par les macrophages pour aider l'élimination des micro-organisme. Ainsi le fait de diminuer cette activité nous montre que les macrophages sont moins efficaces. Cela nous montre aussi que seul V. Fisheri est capable de s'installer.
Les LPS et le peptidoglycane vont jouer ensuite un rôle dans l'adhérence de la bactérie. Les LPS étant toxiques permettent l'apoptose du champ ciliaire et le peptidoglycane stimule l’excrétion du mucus par champ épithéliaux ciliaire et affecte la morphogenèse (ce qui détermine la forme et la structure des tissus).
Les symbiotes qui colonisent d'abord l'organe lumineux semblent s'attacher aux ciles des cellules épithéliales de l'hôte qui bordent les cryptes.
De plus la bactérie perd son flagelle et on observe une modification de la chaine latéral des LPS.
De son coté le calamar serait capable de percevoir la bioluminescence grâce aux photorecepteurs qu'il possède.
....se finissant par l'adherence aux cellules epitheliales.
Le deuxième type de cellule avec lesquelles les bactéries interagissent sont les cellules épithéliales.
Alors que certaines cellules de V. fischeri peuvent avoir un contact avec des cellules de macrophages hôtes, la majorité des symbiotes de la population se retrouvent finalement dans une association intime avec des microvillosités des cellules épithéliales de la crypte. Ces derniers forment une interface continue entre cellule hôte et bactérie. Dès le début de la colonisation, les cellules bactériennes fondatrices encerclent les espaces cryptés et se positionnent sur les cellules épithéliales hôtes. Ceci peut être favorisé par des interactions adhésine/glycane exprimés respectivement par la bactérie et le calamar.
Il existe plusieurs type de glycane mais concernant ce calamar, il s'agit d'un glycane hautement mannolysé.
A la surface de nombreuses bactérie à GRAM négatif se trouve une excroissance de la membrane externe de la bactérie appelée pili. L’extrémité de ce dernier est constitué par la polymérisation d'une protéine (polypeptide) : la piline, qui peut jouer un rôle de protéine adhésive telles que les adhésines qui sont des récepteurs protéiques membranaires, capables de reconnaître certaines molécules
dont les oligosaccharides comme le mannose. Les recherches faites sur notre calamar ne sont pas encore assez poussées pour affirmer à 100% que les pilus sont les acteurs principaux du processus d’adhérence mais pour le moment, c’est l’hypothèse principale (V. Fischeri a 10 endroits pouvant potentiellement coder la piline).
Donc l’interraction menant à l’adhésion est celle entre adhésine et glycane. Pour l’adhésine, il s'agit de l’adhésine FimH fimbriale de type 1, elle est reponsable de l’adhésion au D-mannose (glycane spécifique). La bactérie synthétise une protéine précurseur constituée de 300 acides aminés puis traite la protéine en supprimant plusieurs peptides de signal pour finalement obtenir une protéine de 279 acides aminés. FimH, une fois arrivée à maturation est exposée à la surface bactérienne.
FimH est « séparés » en deux domaines. Le domaine adhésif N terminal joue le rôle principal dans la reconnaissance de la surface alors que le domaine C-terminal est responsable de l'intégration des organelles. (Les deux domaines sont liés entre eux par une boucle tétrapeptidique).
Après avoir pu s'installer les bactéries vont former un biofilm. Le biofilm est formé par les micro-organismes.C'est une matrice protectrice qui lie fortement les bactéries à la surface où elles vont s'accrocher. La mise en place du biofilm est un processus complexe et qui ne se limite pas à un seul régulateur.
Processus de mis en place du biofilm chez P.Aeruginosa
Tout commence par le gène RscS (reglementation de la colonisation symbiotique) qui code pour une protéine kinase du même nom, servant de capteur. Il s'active en détectant un signal environnemental (condition favorables) et va ainsi autophosporyler un résidu d'histine.
L'histidine est un acide aminé qui intervient dans les réactions de transfert de proton. Et puis sert de phospho donneur à un régulateur de réponse qui est un facteur de transcription des gènes codant pour les composants du biofilm (afin de l'augmenter ou de la diminuer).
Représentation de Lewis de l'histidine
Fonctionnement d'une kinase.
Le régulateur de réponse est un locus de polysaccharide et se nomme le "syp locus" et est composé de 18 gènes répartis lancé par 4 promoteurs.
Schéma récapulatif activation du biofilm.