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BIOFILMS : Une véritable urbanisation bactérienne…

Actualités – publiée le 24/03/2020 par Équipe de rédaction Santélog Nature Communications

Les bactéries forment des biofilms comme les humains construisent des villes.

Les bactéries forment des biofilms comme les humains construisent des villes. C’est l’analyse par imagerie de haute résolution de ces virologues de l’Université de Pennsylvanie, de la croissance et de l’expansion des biofilms sur une surface.

En suivant pas à pas la croissance d’un biofilm l’équipe constate des similitudes surprenantes avec l’urbanisation. Ces travaux, présentés dans la revue Nature Communications, apportent une nouvelle vision et compréhension de la croissance des biofilms et de moyens thérapeutiques permettant de les éviter.

Les microbiologistes ont depuis longtemps adopté le langage de l’implantation et de l’installation humaines pour décrire comment les bactéries vivent et se développent : elles « envahissent » l’hôte, « colonisent » la plaie …Cependant la métaphore est-elle appropriée ?

Les bactéries sont-elles anthropomorphes ?

En combinant une technique d’imagerie de haute résolution à un algorithme de calcul, l’équipe confirme qu’en effet ces images sont probablement même encore plus justifiées qu’on pouvait le penser : leurs observations et leurs calculs montrent qu’au fur et à mesure que les bactéries individuelles se multiplient et se développent en un biofilm dense et collant, leur modèle de croissance et leur dynamique reflètent ceux observés dans le développement de nos villes.

L’expérience : si les précédentes études portant sur le biofilm ont consisté à analyser une seule cellule dans un champ de vision étroit au fur et à mesure qu’elle se multiplie, devient un cluster et commence à s’agréger, ici l’équipe a suivi plusieurs cellules individuelles simultanément à l’aide d’outils puissants d’imagerie « time-lapse » (microscopie confocale à balayage laser-MCBL) capables d’analyser la topographie de surface et de suivre les bactéries qui peuplent la surface.

Le développement d’un algorithme a permis ensuite l’analyse de cette colonisation au fil du temps. Précisément ici, les chercheurs suivent le microbe Streptococcus mutans, un pathogène oral responsable du développement des caries, et qui forme un biofilm appelé plaque dentaire et libère des acides qui dégradent l’émail des dents. Les chercheurs ont donc distribué des Streptococcus mutans sur un matériau semblable à l’émail des dents et ont suivi des centaines de microbes individuels pendant plusieurs heures alors qu’ils se divisaient et grandissaient.

Les chercheurs ont pu ainsi suivre des centaines de bactéries disséminées sur une surface, depuis leur colonisation initiale jusqu’à la formation d’un biofilm. L’auteur principal, le Pr Hyun (Michel) Koo, professeur à la Penn’s School of Dental Medicine confirme : « Ce que nous observons, ce sont que les caractéristiques spatiales et structurelles de leur croissance sont similaires à ce que nous voyons dans l’urbanisation ».

Cette nouvelle perspective d’urbanisation bactérienne sous forme de biofilms va contribuer à développer des moyens thérapeutiques, soit pour promouvoir la croissance de microbes bénéfiques, soit pour empêcher ou éliminer les biofilms indésirables.

  • Première constatation, un modèle d’urbanisation : dans l’ensemble, les schémas de croissance rappellent la formation de zones urbaines. Certains « colons » individuels se sont développés, formant d’abord de petits « villages », dont les limites se sont ensuite étendues de manière à se réunir pour former des bourgades puis des « villes ».

Certaines de ces villes ont ensuite fusionné pour former de plus grandes « mégapoles ». Durant cette expansion, seul un sous-ensemble de bactéries se développe, les autres mourant ou étant englouties par la croissance d’autres microcolonies. Ainsi, à certains stades, plusieurs colonies fusionnent et commencent à se développer comme une seule unité.

  • Seconde constatation, un lien physique unit les bactéries : ici, il s’agit d’une sécrétion semblable à une colle connue sous le nom de substances polymères extracellulaires (EPS) qui permet aux bactéries de s’assembler étroitement et fermement dans le biofilm. D’ailleurs lorsque les scientifiques ajoutent une enzyme qui digère l’EPS, les communautés se dissolvent et retournent à un destin solitaire. En synthèse, sans EPS, les bactéries perdent la capacité de s’urbaniser de manière dense.
  • Troisième constatation, la ville peut être envahie par l’ennemi : l’ajout d’un « ami » ou d’un « ennemi » microbien influence en effet la croissance de la bactérie d’origine. L’expérience est réalisée avec l’ennemi Streptococcus oralis, une bactérie connue pour inhiber la croissance de S. mutans. Cet ajout a considérablement réduit la capacité de S. mutans à former de plus grandes « villes », constatent les chercheurs.

En revanche, l’ami, ici le champignon Candida albicans qui s’allie à S. mutans dans les biofilms et contribue à la carie dentaire n’affecte pas le taux de croissance du biofilm mais permet au contraire son développement.

« Nous ne prétendons pas que ces bactéries sont anthropomorphes », concluent les scientifiques. « Mais adopter cette perspective de la croissance du biofilm nous apporte une image multidimensionnelle de leur croissance et de la manière dont nous pourrions la réguler ».

Source: Nature Communications 13 March 2020 Dynamics of bacterial population growth in biofilms resemble spatial and structural aspects of urbanization (Illustration 2 Geelsu Hwang / Université de Pennsylvanie)

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OBÉSITÉ : Pourquoi et comment elle fait monter la pression…

Actualités  –  publiée le 24/03/2020 par Équipe de rédaction Santélog

Circulation

Mais pourquoi et comment l'obésité provoque-t-elle une élévation de la pression artérielle ?

L’obésité est un problème croissant dans le monde. Sa prévalence a presque triplé depuis 1975 entraînant la hausse des maladies cardiovasculaires, de l’hypertension artérielle et des accidents vasculaires cérébraux (AVC). Mais pourquoi et comment l’obésité provoque-t-elle une élévation de la pression artérielle ?

Et serait-il possible de corriger cet effet ? Cette équipe de l’Université de Virginie identifie et décrit, dans la revue Circulation, les mécanismes cellulaires qui augmentent la pression artérielle dans l’obésité, et montre que ces mécanismes, liés à un agent oxydant clé, peuvent être ciblés pour abaisser la pression artérielle.

Les chercheurs valident leur découverte sur des échantillons de tissus humains et montrent, sur la souris, qu’il est possible d’inverser l’hypertension artérielle. Ces résultats ouvrent un grand espoir : « Si nous sommes en mesure de concevoir les composés appropriés, nous pourrions être en mesure de traiter l’hypertension chez les patients obèses », commente l’auteur principal, Swapnil K. Sonkusare, du Département de physiologie moléculaire de l’Université de Virginie.

Le peroxynitrite, cet agent oxydant qui augmente la pression artérielle dans l’obésité

Ce sont les petites artères de notre corps qui contrôlent la pression artérielle. Depuis longtemps, les scientifiques font donc l’hypothèse que l’hypertension dans l’obésité est liée à des problèmes dans les cellules endothéliales qui tapissent ces petites artères. Sans que pour autant, les processus sous-jacents aient été bien compris.

L’équipe de Virginie utilise ici des techniques d’avant-garde uniques qui lui ont permis d’étudier les microdomaines de très petites artères qui contrôlent la pression artérielle. Elle montre qu’une protéine des membranes entourant les cellules endothéliales permet au calcium de pénétrer dans les cellules et de maintenir ainsi une tension artérielle normale.

Ils montrent aussi que l’obésité affecte cette protéine, TRPV4, dans de minuscules sous-sections de la membrane cellulaire.

Des « microdomaines pathologiques », c’est ainsi que les scientifiques appellent ces petites sous-sections de la membrane cellulaire. En cas de bonne santé, TRPV4 sur ces minuscules microdomaines aide à maintenir une tension artérielle normale. Mais en cas d’obésité, les niveaux d’enzymes produisant du peroxynitrite dans les microdomaines contenant TRPV4. Le peroxynitrite désactive TRPV4 et réduit l’entrée de calcium dans les cellules. Sans la bonne quantité de calcium, la pression artérielle augmente.

Cibler le peroxynitrite ou ces enzymes qui le produisent pourrait être un moyen efficace de traiter et de prévenir l’hypertension artérielle dans l’obésité, sans les effets secondaires qui pourraient survenir en ciblant TRPV4.

En effet, pourquoi ne pas activer directement TRPV4 avec un médicament ?

Le problème est que TRPV4 est présent dans de nombreux autres tissus, dont le cerveau, les muscles et la vessie …

Ainsi, l’étude identifie le peroxynitrite comme la molécule oxydante précise qui augmente la pression artérielle dans l’obésité. La prochaine étape sera de concevoir des médicaments qui ciblent spécifiquement le peroxynitrite.

Source : Circulation 3 Feb 2020 DOI : 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.04338 Local Peroxynitrite Impairs Endothelial TRPV4 Channels and Elevates Blood Pressure in Obesity

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