Mesurer la capacité d'adhésion entre deux bactéries à l'aide d'un AFM
Des chercheurs du LAAS-CNRS et de TBI sont parvenus à caractériser, au moyen d'un microscope à force atomique (AFM), le rôle des filaments protéiques (pili) à la surface de la cellule lors de l'interaction entre deux bactéries. Ces résultats sont publiés dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces.
Les pili sont des filaments de protéines de quelques microns de longueur, présents sur la paroi de certaines bactéries. Ils contribuent aux interactions entre les cellules bactériennes et jouent un rôle dans la formation de biofilms, que ce soit sur des surfaces biotiques (muqueuses, cellules intestinales) ou abiotiques (polystyrène, acier inoxydable). Une équipe constituée de chercheurs du LAAS-CNRS (CNRS) et de Toulouse biotechnology institute (TBI, CNRS/INRAE/INSA Toulouse)1 , a réussi à mesurer précisément les forces d'adhésion entre deux bactéries liées à la présence de ces pili, grâce à un instrument dérivé du microscope à force atomique (AFM).
Les chercheurs de TBI étudiaient les mécanismes d'adhésion des bactéries lactiques, tandis que ceux du LAAS-CNRS disposaient de l'expertise dans l'utilisation du microscope AFM en biologie. Ensemble, ils ont travaillé avec une bactérie modèle - Lactococcus lactis - l’une des bactéries lactiques les plus utilisées dans l’industrie laitière, en particulier dans les processus de fabrication fromagère et de produits laitiers fermentés. Pour étudier l'influence des pili sur la capacité d'adhésion entre deux bactéries, ils ont utilisé trois souches de laboratoires, qui produisent des pili (pili+), en surproduisent (pili++), ou en sont dépourvus (pili-).
Les mesures d'interaction entre bactéries ont été réalisées par une technique de spectroscopie de force à l’échelle de la cellule (Single-cell force spectroscopie, SCFS). Elle consiste à remplacer la pointe d'un microscope AFM par une bille en silice d'environ 5 microns de diamètre, sur laquelle une bactérie individuelle est fixée par collage. Ce dispositif a permis de mesurer sa force d'interaction avec des bactéries isolées sur une lame de microscope.
Les expérimentations ont montré l'existence de forces d’adhésion importantes (150 à 452 pN) entre bactéries pour les souches exprimant des pili à leur surface (pili+ et pili++), tandis que ces forces restent inférieures à 100 pN pour la souche dépourvus de pili (pili-). De même, le travail d'adhésion, - la quantité d'énergie nécessaire pour séparer deux bactéries - dépasse 50.10-18 J pour les souches pili+ et pili++, tandis qu'il est inférieur à 10.10-18 J pour la souche pili-. Ces résultats confirment le rôle des interactions pili-pili dans le mécanisme d'adhésion entre ces cellules, brique élémentaire dans la structuration d’un biofilm Ils montrent aussi que les pili interagissent avec d'autres protéines présentes à la surface des bactéries.
Les partenaires sont déjà passés à la phase suivante de l'étude qui vise à mettre en évidence, au-delà de l'interaction entre deux bactéries individuelles, le rôle des pili dans la structuration et les propriétés mécaniques d'un biofilm. Une nouvelle publication est en cours d'élaboration.
Interactions entre deux pili bactériens mesurées par spectroscopie de force. Le levier AFM est fonctionnalisé par une bactérie unique et interagit avec une autre bactérie immobilisée sur la surface. À gauche des cellules dépourvues de pili n’interagissent pas entre elles, ce qui se traduit par des courbes de force plates alors que, à droite, des bactéries exprimant des pili interagissent entre elles selon plusieurs modes, caractérisés par la force, la distance et la forme des interactions.
Références
Analysis of Homotypic Interactions of Lactococcus lactis Pili Using Single-Cell Force Spectroscopy,
I. Dramé, C. Formosa-Dague, C. Lafforgue, M-P. Chapot-Chartier, J-C Piard, M.Castelain, and E. Dague
ACS Applied Materials & Interfaces (avril 2020)
https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c03069
- 1 en collaboration avec l'Institut MICALIS (INRAe/AgroParisTech /Université Paris-Saclay).