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Parutions

 

Déstabilisation du génome de la bactérie pathogène Burkholderia cenocepacia


Burkholderia cenocepacia, bactérie pathogène des malades atteints de mucoviscidose, a trois chromosomes. Dave Lane et Franck Pasta au Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires, montrent par microscopie à fluorescence que lors de la division cellulaire, la transmission des chromosomes est séquentielle, du plus grand au plus petit. Chaque chromosome code un système mitotique dont l’inactivation perturbe la transmission, et entraîne des anomalies cellulaires. Ce travail publié dans la revue PLOS Genetics, permet d’envisager les systèmes mitotiques comme cibles pour un traitement anti B. cenocepacia.


Chez les bactéries, l’information génétique est en général portée par un seul chromosome, contrairement aux cellules eucaryotes ou elle se répartit sur plusieurs chromosomes. Le séquençage systématique des bactéries a cependant révélé que certaines espèces ont un génome constitué de deux à quatre chromosomes. Ces structures génomiques complexes soulèvent de nombreuses questions relatives à leur évolution, aux avantages qu’elles procurent à la bactérie, et à la façon dont la cellule hôte gère le maintien et la transmission de plusieurs chromosomes. L’étude des génomes complexes pourrait donc apporter un éclairage nouveau sur la partition des chromosomes bactériens, l’équivalent de la mitose chez les  eucaryotes. Les espèces bactériennes au génome pluri-chromosomique appartiennent en général à des familles riches en espèces pathogènes et versatiles du point de vue environnemental. Ces deux caractéristiques sont particulièrement marquées chez les bactéries du genre Burkholderia, responsables de diverses atteintes à la santé. Ainsi Burkholderia cenocepacia, bactérie du sol dont le génome comporte trois chromosomes, a émergé depuis une vingtaine d’années comme pathogène opportuniste des malades atteints de mucoviscidose. Chez ces derniers, l’infection à B. cenocepacia peut entraîner un déclin brusque des fonctions respiratoires aboutissant à une mort rapide (« cepacia syndrome »). La situation est d’autant plus grave que B. cenocepacia résiste naturellement à la quasi-totalité des antibiotiques. L'étude de ces bactéries est donc importante, tant sur le plan clinique que sur le plan de notre compréhension des génomes microbiens. Dave Lane et Franck Pasta ont centré leurs recherches sur B. cenocepacia J2315, souche de référence pour la mucoviscidose.

Les chercheurs avaient précédemment caractérisé les systèmes de partition chez cette souche, notamment les centromères de chaque chromosome, et ils avaient retracé l’évolution de ces systèmes de partition au sein des Burkholderiales. La nouvelle étude consiste en l'analyse du programme de ségrégation des trois chromosomes au cours du cycle cellulaire et en la définition du rôle de chaque système de partition dans la vie de cette bactérie. Grâce au marquage fluorescent des origines de réplication de chaque chromosome, Dave Lane et Franck Pasta mettent en évidence que la ségrégation des origines répliquées se fait de manière séquentielle : tout d’abord le chromosome 1 (le plus gros) puis le 2 (plus petit) et enfin le 3 (le plus petit). D’autre part, ils montrent que les origines sont transmises du milieu de la cellule vers les positions ¼ ¾, et que ce positionnement précis des origines dans la cellule est déterminé pour chaque chromosome par son propre système de partition. Pour établir cela, ils ont inactivé chaque système de partition de deux manières différentes : (i) mutagénèse directe des gènes de partition (ii) introduction dans les cellules d’un excès de séquences centromériques aboutissant à la titration des protéines produites par les gènes de partition. Au-delà du positionnement précis des origines, de forts ralentissements de croissance, des affaiblissements de la paroi cellulaire et d’autres anomalies spécifiques et délétères apparaissent lorsque les systèmes de partition sont affectés. Ceci permet de conclure que, bien que le chromosome 1 et son système de partition aient un rôle prépondérant chez B. cenocepacia, chaque chromosome avec son système de partition est devenu indispensable à la croissance normale de la cellule. De ce fait, l’introduction massive des molécules centromériques chez B. cenocepacia, qui mime l’effet des mutations des gènes de partition comme l’avaient montré Dave Lane et Franck Pasta, pourrait être la base d’un nouveau traitement spécifique contre l’infection à B. cenocepacia.


Figure : Le schéma du haut représente la ségrégation séquentielle des origines de chaque chromosome de Burkholderia cenocepacia. Les origines du chromosome 1 (oric1) sont transmises en premier vers les pôles, suivies des origines du chromosome 2 et du chromosome 3 (oric2 et oric3). Au-dessous sont illustrés les problèmes liés à l’inactivation des systèmes mitotiques. A gauche, il s’agit de colonies photographiées 6 jours après introduction par transformation de centromères du chromosome 1 (parS c1) ou d’ADN témoin (vector) ; à noter la petite taille des colonies lorsque les centromères parSc1 sont présents. A droite il s’agit des anomalies apparaissant lorsque le système mitotique du chromosome 1, 2 ou 3 (respectivement notés c1, c2 et c3) est inactivé. La coloration rouge reflète la masse d’ADN génomique ; à noter l’allongement cellulaire et la perte génomique chez le mutant c1, la petite taille des cellules chez le mutant c2 et la formation de chaînettes et la perte génomique chez le mutant c3, (comparativement  aux cellules normales indiquées wt).

© Wel-Li Du. Nelly Dubarry, David Lane. Fanny Passot. Franck Pasta

 


 

En savoir plus

  • Orderly replication and segregation of the four replicons of Burkholderia cenocepacia J2315
    Short title: Multipartite genome maintenance
    Wen-Li Du, Nelly Dubarry, Fanny M. Passot, Alain Kamgoué, Heath Murray,
    David Lane and Franck Pasta
    PLOS Genetics. July 18, 2016. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1006172

     


Contact chercheur

  • Frank Pasta
    Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM)
    CNRS UMR5100, Université Toulouse III – Paul Sabatier
    118 Route de Narbonne
    31062 Toulouse Cedex 9

    Tel: 05 61 33 59 71

     

  • David Lane
    Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM)
    CNRS UMR5100, Université Toulouse III – Paul Sabatier
    118 Route de Narbonne
    31062 Toulouse Cedex 9

    Tel: 05 61 33 59 68 

     

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