Présentation de l’IGMThématique portée par Simone Séror, Directeur de Recherche Emérite.
Membre associé : I Barry HOLLAND, Directeur de Recherche associé
Thématique de Recherche
Notre thème de recherche (en collaboration avec Barry Holland) concerne un exemple fascinant de comportement social, le “swarming” à savoir la migration rapide, en masse, des bactéries sur une surface, un phénomène à l’interface de la physique et de la biologie. Au sein de ces communautés, comme dans leur environnement naturel, et contrairement aux cultures liquides, les bactéries s’entassent jusqu’à une densité de population élevée, conditions qui favorisent une communication intercellulaire et un comportement coopératif, procurant ainsi une protection contre le stress environnemental.
De manière remarquable, en milieu synthétique, à la fois la souche de laboratoire (réparée pour 2 gènes) de Bacillus subtilis et la souche non-domestiquée forment des profils dendritiques fortement ramifiés (1). Initialement, la communauté avance sous forme de monocouche (3-4 mm/h) avant d’évoluer vers un biofilm multi-couche. Une observation détaillée de la monocouche nous a permis de suivre in situ le processus de migration, sans perturber les cellules. C’est un système idéal pour l’étude par microscopie et l’analyse de l’expression génique en cellule unique, qui permet de pister l’émergence des différents types cellulaires et d’étudier leurs caractéristiques. Il s’agit d’un véritable programme de développement à étapes multiples qui implique la différenciation dans le temps et dans l’espace et en plusieurs types cellulaires.
Le processus de swarming dépend des flagelles ainsi que de la production et sécrétion d’un lipopeptide cyclique, la surfactine (pour réduire la tension de surface), qui précède toujours le front de migration, comme démontré in situ par spectrométrie de masse (2). Nous avons également identifié récemment plusieurs gènes nouveaux de swarming (3), qui affectent différents stades du développement. De plus, nous avons commencé l’analyse de l’expression génique, au cours du développement de la communauté migratrice, en utilisant des fusions à la GFP. De manière importante, le développement précoce des dendrites en mono-couche permet de mesurer quantitativement, in situ, au niveau de la cellule unique, l’expression génique (fluorescence de la GFP) dans le temps et dans l’espace (4). Cette approche a confirmé la présence de types cellulaires distincts, en particulier une sous-population de swarmers restreinte au dernier mm terminal, à l’extrémité des dendrites. Les swarmers sont caractérisées par leur taille relativement petite, leur comportement coopératif - groupes de cellules extrêmement mobiles - et un profil d’expression génique, qui inclut une augmentation du niveau de hag (flagelline) et, à notre surprise, une diminution du niveau des gènes srf (surfactine synthétases) de même que de leur régulateur comA. En collaboration avec des physiciens, nous sommes en train d’exploiter des films en time-lapse, afin d’analyser la nature et l’importance des tourbillons formés par les groupes de swarmers (Voir l’accès au film ci-dessous). L’ensemble de nos données permet de conclure que la progression des swarmers vers la périphérie dépend d’une augmentation modeste du nombre des flagelles, de la quantité de surfactine produite et de la densité de population élevée à l’extrémité des dendrites. En collaboration avec des mathématiciens, nous avons commencé l’analyse des profils dendritiques produits pendant la migration (5).
Mots-Clés : communautés bactériennes - colonisation de surface - swarmers – mouvement coopératif – profils dendritiques ramifiés - surfactine – flagelline – densité de population - gènes de swarming – analyse en cellule unique - expression génique in situ – microscopie à fluorescence – spectrométrie de masse in situ – Bacillus subtilis
Publications majeures récentes
1. Hamze K, Autret S, Hinc K, Laalami S, Julkowska D, Briandet R, Renault M, Absalon C, Holland IB, Putzer H, Séror SJ (2011) Single cell analysis in situ in a B. subtilis swarming community identifies distinct spatially separated subpopulations differentially expressing hag (flagellin), including specialized swarmers. Microbiology, 157, 2456-2469.
2. Marrocco A, Henry H, Holland IB, Plapp M, Séror S. J, Perthame B (2010) Models of self organizing bacterial communities and comparisons with experimental observations. Math Model Nat Phenom, 5, 148-162.
3. Hamze K, Julkowska D, Autret S, Hinc K, Nagorska K, Sekowska A, Holland IB, Séror SJ (2009) Identification of genes required for different stages of dendritic swarming in Bacillus subtilis, with a novel role for phrC. Microbiology, 155, 398-412.
4. Debois D, Hamze K, Guérineau V, Le Caër JP, Holland IB, Lopez P, Ouazzani J, Séror SJ, Brunelle A, Laprévote O (2008), In situ localisation and quantification of surfactins in a Bacillus subtilis swarming community by imaging mass spectrometry. Proteomics, 8, 3682-91. Erratum in : Proteomics, 9, 210.
5. Marrocco A, Henry H, Holland IB, Plapp M, Séror S. J, Perthame B (2010) Models of self organizing bacterial communities and comparisons with experimental observations. Math Model Nat Phenom, 5, 148-162.
Deux swarms opposés s’évitant l’un l’autre
Tourbillons de swarmers à une extrémité de dendrite chez B. subtilis 168 sfp+ (à 70 % d’humidité relative)
Coordonnées de Simone Séror
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Directeur de Recherche Emérite Thématique : Analyse moléculaire des communautés migratrices chez Bacillus subtilis Tél : 01 69 15 57 14 Bât. 409, RDC |