La localisation subcellulaire de complexes respiratoires dans la membrane apparait comme un facteur essentiel pour le contrôle de la respiration bactérienne. Ce travail conduit par l’équipe d’Axel Magalon au sein du Laboratoire de Chimie Bactérienne (LCB, CNRS/Aix-Marseille Université) a été publié dans la revue eLIFE.
La respiration désigne un processus qui peut s’effectuer à différentes échelles, de l’organisme entier jusqu’à la cellule. A l’échelle cellulaire, la respiration est un processus responsable de la production d’une molécule à haute valeur énergétique, l’adénosine triphosphate (ATP) en utilisant l’énergie stockée dans des molécules organiques comme les sucres ou les acides gras. En plus de l’ATP, la respiration cellulaire permet la production d’un gradient électrochimique à travers la membrane qui sert de source d’énergie pour le transport de molécules (protéines, ions, antibiotiques) ou bien encore pour la motilité cellulaire. A l’échelle moléculaire, la respiration cellulaire repose sur l’activité de complexes protéiques (les complexes respiratoires) ancrés dans la membrane et connectés les uns aux autres par des transporteurs mobiles d’électrons.
Pour s’adapter à son environnement, une cellule doit ainsi avoir la capacité d’augmenter ou de diminuer la respiration pour optimiser la production d’énergie sous la forme d’ATP et de gradient électrochimique.
L’équipe dirigée par Axel Magalon a fait l’hypothèse selon laquelle une localisation dynamique des complexes respiratoires dans la membrane puisse moduler la respiration en réponse à un changement environnemental. Les chercheurs ont alors étudié la localisation de la nitrate réductase - un complexe respiratoire permettant d’apporter de l’énergie en l’absence d’oxygène – chez le colibacille Escherichia coli. L’introduction d’une étiquette fluorescente a permis de suivre la localisation subcellulaire du complexe par microscopie à fluorescence et ce, à l’échelle de la cellule unique. L’équipe a ainsi observé que la localisation du complexe varie selon la quantité d’énergie requise pour la cellule. Ainsi, lorsque les cellules sont dans un environnement appauvri en oxygène, le complexe se déplace vers les pôles situés à chaque extrémité de cette bactérie en forme de bâtonnet. La conséquence immédiate de cette localisation est l’augmentation de la respiration. Les chercheurs ont également montré que le gradient de protons établi de part et d’autre de la membrane au cours de la respiration contrôle la localisation du complexe respiratoire dans la membrane.
Ces résultats démontrent pour la première fois que la localisation dynamique des complexes respiratoires joue un rôle clef dans le contrôle de la respiration bactérienne. En explorant ce phénomène, les chercheurs espèrent expliquer comment les bactéries s’adaptent à des environnements variés et changeants tel que celui rencontré par le microbiote intestinal chez l’Homme.
Figure : Localisation aux pôles de la cellule d'un complexe respiratoire chez la bactérie Escherichia coli et analyse en 3 dimensions.
http://elifesciences.org/content/4/e05357
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