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Bacillus thuringiensis. © Inra

Partage du travail et altruisme chez les bactéries

Des chercheurs de l'Inra, en collaboration avec un laboratoire chinois, ont décrit pour la première fois un remarquable exemple de différenciation cellulaire chez la bactérie entomopathogène Bacillus thuringiensis (Bt). À la différence des souches connues qui produisent un cristal insecticide associé à la spore, la souche qui vient d’être caractérisée a la propriété de se différencier en deux populations : l’une produisant des spores et l’autre le cristal. Seules les bactéries sporulantes survivront, l’autre moitié de la population étant condamnée à mourir après avoir produit l’inclusion cristalline. Ce comportement altruiste permet un partage du travail qui confère un avantage sélectif à ces bactéries. Cette étude est publiée dans la revue ISME Journal du 1er août 2014.

Mis à jour le 04/08/2014
Publié le 04/08/2014

Bacillus thuringiensis (Bt) est une bactérie entomopathogène1 utilisée avec succès comme biopesticide depuis plus de cinquante ans. Les propriétés insecticides de cette bactérie sont essentiellement dues à des toxines spécifiques formant une inclusion cristalline associée à une spore. La spore est une forme très résistante de la bactérie, lui permettant de survivre dans des conditions défavorables. Après ingestion par les larves d'insectes sensibles (moustiques, ravageurs de culture,…), les toxines induisent des conditions favorables à la germination des spores. Les bactéries se multiplient alors dans l'insecte, entrainant sa mort.

Une équipe de l’unité « Microbiologie de l’alimentation au service de la santé » à l’Inra de Jouy-en-Josas, en collaboration avec une équipe de l’Académie chinoise des sciences agricoles de Pékin, a caractérisé une nouvelle souche de Bt, désignée LM1212, présentant un phénotype unique de différenciation : la formation de l’inclusion cristalline se fait exclusivement dans une population de cellules non-sporulantes , alors que l’autre population sporule. Dans la population de cellules non-sporulantes2 le cristal est tout d’abord encapsulé, puis libéré dans l’environnement lors de la lyse3 de la bactérie. Cette propriété n’avait jamais été décrite chez Bt, bien qu’un nombre considérable de souches ait été isolé ces dernières décennies. Les résultats obtenus suggèrent que, dans la souche LM1212, un nouveau mécanisme de régulation restreint la production du cristal aux cellules non-sporulantes.

La production de toxines est très coûteuse sur le plan énergétique, puisque les souches de Bt produisent un cristal représentant environ la moitié de la taille de la cellule. De plus, au terme de leur croissance, les cellules productrices de cristal meurent et ne peuvent donc pas transmettre leur matériel génétique par le biais de la spore. Cette spécialisation est donc considérée comme altruiste. En économie, il est prédit que le bénéfice du partage des tâches serait d’augmenter la productivité par le biais de la spécialisation. Si nous faisons le parallèle avec la microbiologie, le phénotype présenté par la souche LM1212 devrait lui permettre d’être plus compétitive, c’est à dire de produire plus de spores, que d’autres souches de Bt. En effet, l’étude menée par les chercheurs de l’Inra montre que cette souche a un avantage sélectif en compétition avec une souche de référence (produisant le cristal et la spore de façon concomitante dans toutes les cellules). Cet avantage sélectif est très net bien que la moitié de la population soit sacrifiée et ne puisse pas sporuler. Les chercheurs tentent désormais de comprendre les mécanismes de cette régulation.

Le partage du travail chez Bacillus thuringiensis : sacrifice d’une partie de la population au profit de la communauté. Micrographies de cellules de Bt souche LM1212 en cours de sporulation en microscopie électronique à transmission (A), en microscopie optique à fluorescence (B) et en microscopie optique à fond clair. Les bactéries exprimant les gènes responsables de la production du cristal, en vert sur l’image B, sont exclusivement non sporulantes (C). BS, bactérie sporulante ; BC, bactérie productrice de cristal ; S, spore ; C, cristal.. © Inra
Le partage du travail chez Bacillus thuringiensis : sacrifice d’une partie de la population au profit de la communauté. Micrographies de cellules de Bt souche LM1212 en cours de sporulation en microscopie électronique à transmission (A), en microscopie optique à fluorescence (B) et en microscopie optique à fond clair. Les bactéries exprimant les gènes responsables de la production du cristal, en vert sur l’image B, sont exclusivement non sporulantes (C). BS, bactérie sporulante ; BC, bactérie productrice de cristal ; S, spore ; C, cristal. © Inra

1 Bactérie entomopathogène : bactérie qui permet de lutter contre les insectes
2 Cellule non-sporulante : cellule qui ne produit pas de spores
3 Lyse de la bactérie : destruction de la cellule après sa mort

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Microbiologie et chaîne alimentaire
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Jouy-en-Josas

Référence

Chao Deng, Leyla Slamti, Ben Raymond, Guiming Liu, Christelle Lemy, Myriam Gominet, Jingni Yang, Hengliang Wang, Qi Peng, Jie Zhang, Didier Lereclus and Fuping Song, Division of labour and terminal differentiation in a novel Bacillus thuringiensis strainThe ISME Journal, (1 August 2014) doi:10.1038/ismej.2014.122