Imaginez essayer de vaincre une armée d'envahisseurs qui peut doubler sa population toutes les vingt minutes. C'est ce à quoi le corps humain est confronté lorsqu'il est infecté par une souche nocive d'Escherichia coli (E. coli), un type de bactérie qui peut se multiplier rapidement et provoquer une multitude de maladies désagréables et potentiellement dangereuses, comme la diarrhée, maladie respiratoire et pneumonie.

Avec l'augmentation mondiale de la résistance aux antibiotiques, les scientifiques cherchent désespérément de nouvelles façons de lutter contre les infections bactériennes avec des médicaments. Une méthode efficace pour empêcher les cellules bactériennes de se diviser et de se multiplier serait de cibler la machinerie de division cellulaire. Cependant, pour y parvenir, une image plus détaillée de la structure et de l'organisation de la machine elle-même est nécessaire.

Chercheurs de l'Unité de biologie cellulaire structurale de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stockholm, ont mis en lumière le mécanisme de division cellulaire chez E. coli. Leurs recherches ont été récemment publiées dans Microbiologie moléculaire .

À long terme, cette recherche pourrait aider à identifier de nouvelles façons de cibler les bactéries avec des antibiotiques. "Si nous pouvons mieux comprendre les mécanismes par lesquels les cellules bactériennes se divisent, alors on peut essayer de créer des médicaments qui perturbent ces mécanismes, " dit Bill Söderström, auteur principal de l'article.

La plupart des cellules bactériennes se répliquent par fission binaire, un processus dans lequel la cellule mère se contracte et se sépare en deux cellules filles identiques. Au cours de la division cellulaire, une grande machine moléculaire appelée « divisome » s'assemble à l'intérieur de la cellule. Les chercheurs ont révélé l'organisation spatiale de deux protéines clés du divisome d'E. coli, 'FtsZ' et 'FtsN'.

Pendant longtemps, les biologistes cellulaires avaient supposé que toutes les protéines du divisome étaient regroupées dans un grand super-complexe. La microscopie à fluorescence conventionnelle a un pouvoir de résolution relativement faible, ce qui signifie que les objets adjacents qui sont très proches les uns des autres apparaissent parfois comme une seule entité. Cependant, en utilisant une technique d'imagerie de pointe disponible à l'OIST appelée nanoscopie à super-résolution d'appauvrissement des émissions stimulées (STED), les chercheurs ont pu visualiser la machinerie de division à l'échelle nanométrique. "Avec une meilleure résolution, nous avons pu voir la différence entre les deux anneaux protéiques et déduire des détails sur le processus de division cellulaire, " dit Söderström.

En utilisant deux couleurs fluorescentes pour étiqueter FtsZ et FtsN respectivement en vert et en rouge, les chercheurs ont révélé que les deux protéines sont localisées dans de grands assemblages, qui sont inégalement répartis sur le site de division. Au début du processus de division, les deux protéines forment des anneaux inégaux qui ne se chevauchent pas. Au fur et à mesure que la division cellulaire progresse, l'anneau vert, formé par FtsZ, se déplace à l'intérieur de l'anneau rouge, formé par FtsN. Le constat que ces protéines ne se chevauchent pas toujours mais sont séparées en plusieurs groupes, suggère que le divisome ne fonctionne pas comme une seule machine moléculaire. Plutôt, chaque groupe de protéines joue un rôle spécifique.

Avec une image plus détaillée de la machinerie de division cellulaire, les biologistes peuvent concevoir de nouveaux antibiotiques pour empêcher les cellules bactériennes de se diviser et de se multiplier. "La prochaine étape consiste à examiner de nombreuses autres paires de protéines de division cellulaire et à déterminer lesquelles d'entre elles nous devrions cibler avec des médicaments, " dit Söderström.