La collaboration constitue un élément important de la recherche scientifique, les scientifiques se réunissant souvent pour combiner leurs efforts et contribuer à la réalisation d'objectifs scientifiques communs. Il s'avère que la collaboration est également un trait important parmi les bactéries.
En communiquant via un langage chimique et en attendant d'avoir les bons chiffres, les bactéries peuvent réussir des tâches qu'elles n'auraient pas pu accomplir seules.
Pour cette découverte fondamentale – un processus connu sous le nom de quorum sensing – trois scientifiques et collaborateurs de longue date ont été nommés lauréats du Prix international Canada Gairdner 2023. Le prix a été partagé entre Bonnie Bassler, professeur Squibb et directrice du département de biologie moléculaire de l'Université de Princeton; E. Peter Greenberg, professeur Nester de microbiologie à l'Université de Washington ; et Michael R. Silverman, ancien professeur adjoint de biologie marine au Scripps Institute of Oceanography, qui a pris sa retraite en 2000.
Tout a commencé avec une obscure bactérie marine bioluminescente connue sous le nom de Vibrio fischeri, qui présente une particularité particulièrement unique :elle ne s’allume que lorsqu’elle est en groupe. Ce comportement a été caractérisé pour la première fois dans les années 1970 par feu J. Woodland Hastings, professeur à l'Université Harvard, qui a décrit un produit chimique de signalisation de structure inconnue responsable de ce comportement.
"Pendant 10 ans, nous pensions que cela se produisait, mais personne ne savait comment", explique Greenberg. "Et puis l'un de mes co-récipiendaires, Mike Silverman, et l'un de ses étudiants diplômés, ont découvert les gènes responsables [de ce mécanisme]."
"La génétique est un outil très puissant", ajoute Silverman.
Greenberg, qui s'était entraîné avec Hastings, a caractérisé ces gènes de manière indépendante. Il a également découvert un signal chimique similaire chez la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa. C'est alors qu'est né le terme quorum sensing, qui décrit cette communication de cellule à cellule.
"[Ce que nous et d'autres avons montré, c'est que [les bactéries] communiquent avec un langage chimique. Elles comptent leurs nombres et reconnaissent quand elles ont les bons chiffres", explique Bassler.
Pour ce faire, les bactéries sécrètent de petites molécules appelées autoinducteurs. Lorsqu'un groupe suffisamment important de bactéries s'est rassemblé et que suffisamment d'autoinducteurs ont été sécrétés, les bactéries peuvent détecter ce signal chimique et commencer à travailler ensemble en groupe.
"Si [les bactéries] font toutes quelque chose ensemble, elles peuvent réussir dans des tâches qu'elles ne pourraient pas accomplir si elles agissaient individuellement. Parce qu'individuellement, elles sont trop petites pour faire la différence", poursuit Bassler.
Bassler — qui a déjà travaillé comme chercheur postdoctoral avec Silverman — a porté ces connaissances à un nouveau niveau en démontrant que ce phénomène n'est pas obscur, mais qu'il est plutôt courant chez les bactéries.
En fait, les chercheurs ont découvert que le comportement de détection du quorum ne se limite pas du tout aux bactéries. Bassler a également montré que les bactéries peuvent utiliser ce mécanisme pour communiquer entre espèces et qu'il est à l'origine des interactions bactériennes avec les virus.
Aujourd’hui, le quorum sensing est devenu un nouveau domaine de la microbiologie. Les découvertes faites par Bassler, Greenberg et Silverman ont non seulement changé notre compréhension des bactéries et de leurs interactions les unes avec les autres, mais ont également ouvert la porte à l'utilisation de la communication de cellule à cellule en milieu clinique.
À titre d’exemple, Bassler et ses collaborateurs ont utilisé la détection du quorum pour développer des thérapies à petites molécules, moins vulnérables à la résistance aux antimicrobiens que les antibiotiques traditionnels. Greenberg a également utilisé le quorum sensing pour lutter contre les infections associées à la mucoviscidose.
Dans l’ensemble, les lauréats conviennent que la collaboration a été un aspect crucial de leurs découvertes. En travaillant ensemble et en s'appuyant sur les idées de chacun, Bassler, Greenberg et Silverman ont révolutionné le domaine de la microbiologie.
"C'est drôle que le prix soit décerné pour comprendre comment des groupes de microbes […] travaillent ensemble et optimisent leurs comportements, car c'est ce que nous essayons de faire en laboratoire", dit Bassler.
"Je trouve ça […] un peu magique à propos de ce prix."