Les organites à l'intérieur des cellules sont de minuscules moteurs encapsulant des processus qui permettent aux cellules de vivre.

Mais les scientifiques ont récemment découvert que certains organites ne sont pas liés par une membrane, et l'étude de ces compartiments dans les bactéries pourrait ouvrir des portes pour comprendre comment faire prospérer certaines bactéries, et comment contrecarrer les autres.

Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont réalisé que les cellules eucaryotes, des cellules qui contiennent un noyau et des organites liés à la membrane, utilisent également ce qu'on appelle des organites sans membrane. Ces organites sans membrane confinent une variété de processus pour que les cellules puissent fonctionner correctement, dit Anthony Vecchiarelli, professeur adjoint de moléculaire, biologie cellulaire et du développement à l'Université du Michigan.

Maintenant, une revue U-M dirigée par l'étudiant diplômé Christopher Azaldegui et incluant Vecchiarelli et Julie Biteen, professeur agrégé de chimie et de biophysique, démontre comment les organites sans membrane fonctionnent également dans les cellules bactériennes. L'examen caractérise 10 exemples d'organites sans membrane trouvés dans une variété de bactéries, qui peut être régulé/formé par un processus appelé séparation de phase liquide-liquide.

« Vous pouvez penser à cela comme lorsque vous mélangez de l'huile avec du vinaigre :ils restent tous les deux liquides, mais ils se séparent l'un de l'autre, ", a déclaré Vecchiarelli.

Des gouttelettes liquides se forment lorsque des biomolécules telles que des protéines et des acides nucléiques tels que l'ARN se séparent du cytoplasme de la cellule. Ces gouttelettes liquides s'assemblent par le biais d'interactions faibles, qu'il s'agisse d'interactions protéine-protéine ou d'interactions protéine-acide nucléique. Ces organites sans membrane sont impliqués dans une grande variété de processus chez les bactéries tels que le métabolisme, organisation chromosomique, ségrégation chromosomique, la division cellulaire, pathogenèse et réplication de l'ADN, traduction et transcription.

Il est important de comprendre le fonctionnement de ces organites sans membrane car ils sont beaucoup plus réactifs que les organites liés à la membrane aux changements de leur environnement, y compris la température, l'acidité du cytoplasme cellulaire ou la disponibilité des nutriments dans la cellule. Par exemple, Azaldegui décrit un transporteur dans la bactérie tuberculosis qui peut subir une séparation de phases pour assembler la machinerie nécessaire à la virulence de la tuberculose. Perturber cette séparation de phase liquide-liquide perturberait le développement de la maladie de la bactérie.

Le laboratoire de Vecchiarelli étudie notamment le carboxysome, un organite fixateur de carbone trouvé dans les cyanobactéries (souvent appelées algues bleu-vert), un type de bactérie qui peut causer des maladies chez les humains ou d'autres animaux qui le rencontrent. Mais le carboxysome convertit le dioxyde de carbone de l'atmosphère en sucre que les cyanobactéries utilisent pour se développer. Les cyanobactéries se nourrissant du dioxyde de carbone atmosphérique jouent un rôle clé dans la séquestration mondiale du carbone.

"Outre leur capacité à produire des toxines, les cyanobactéries sont également responsables de la fixation de près de 35% de tout le carbone mondial, en grande partie en raison de la capacité de concentration de carbone du carboxysome », a déclaré Vecchiarelli. « Comprendre comment le carboxysome élimine le dioxyde de carbone de notre atmosphère a certainement un rôle important dans la compréhension de la façon d'atténuer le changement climatique.

Les scientifiques commencent tout juste à identifier des organites sans membrane dans les bactéries parce que les bactéries sont tellement plus petites que les cellules eucaryotes - de l'ordre de 10 à 100 fois plus petites, dit Azaldegui. Avec cet avis, Azaldegui espère fournir une plate-forme pour étudier les organites sans membrane dans les bactéries d'une manière plus standardisée - dans ce cas, en utilisant une technique appelée microscopie à super-résolution, une technique qu'il développe dans le laboratoire de Julie Biteen.

"En utilisant la microscopie à fluorescence pour détecter et localiser avec précision la position d'une molécule à la fois, nous pouvons résoudre l'organisation et le mouvement, même à l'intérieur des cellules bactériennes. Cette approche est particulièrement importante car compatible avec les cellules vivantes, " dit Biteen, professeur agrégé de chimie et de biophysique.

Les lasers et la préparation des échantillons n'endommagent pas les cellules, et l'imagerie par fluorescence est réalisée dans un microscope de paillasse standard, contrairement à la microscopie électronique qui nécessite une atmosphère sous vide dans laquelle les cellules ne peuvent pas vivre.

"Dans le laboratoire du professeur Biteen, nous avons développé des outils de microscopie à super-résolution qui brisent la limite conventionnelle de résolution pour voir réellement des structures à l'échelle de 10 à 30 nanomètres, " a déclaré Azaldegui. " J'ai commencé à penser à la façon dont ces outils seraient très utiles pour étudier les organites sans membrane, et comment je peux développer un moyen plus rigoureux et quantitatif d'évaluer ces gouttelettes dans les bactéries."