Pour survivre, certaines bactéries se différencient en spores : des cellules dormantes enveloppées d'un manteau protéique robuste offrant une grande résistance aux stress physiques, chimiques et enzymatiques. Le matériel génétique, quant à lui, est compacté en une structure cristalline qui protège l'ADN contre les agressions extérieures.
Malgré des décennies de recherche, le processus de développement de ces spores reste entouré de mystères mais deux équipes du CEA-Irig (groupes PG et MEM de l'IBS) viennent d'en révéler des étapes cruciales grâce à la cryo-tomographie électronique.
Elles ont découvert qu'au cours des étapes intermédiaires, le chromosome prend la forme d'un tore constitué de nanofibres - une configuration qui initie la compaction de l'ADN tout en permettant l'expression des gènes – tandis que le manteau protéique commence à s'assembler au sein de couches pouponnières de compositions et d'architectures distinctes, certaines se révélant très structurées.
Un enjeu majeur en biologie et en santé
« L'aspect le plus fascinant pour nous est le fonctionnement du vivant. Nous voulons comprendre comment ces structures se forment pour conférer à la spore une telle résistance », explique Cécile Morlot (Irig/IBS), co-autrice de l'étude. L'élucidation des mécanismes moléculaires de la sporulation représente par ailleurs un enjeu majeur en biologie car de nombreuses espèces de bactéries sporulantes présentent des dangers pathogènes ou au contraire, des avantages probiotiques.
Les observations ont été réalisées par cryo-tomographie électronique sur des lamelles de cellules préparées à l'aide de faisceaux d'ions (cryo-FIB/SEM), générant des données à une résolution inédite. Ce travail est le fruit de collaborations clés entre l'IBS, le CEA et l'ESRF de Grenoble, le Central European Institute of Technology en République Tchèque et l'Université de Warwick en Angleterre.
Les prochaines recherches se focaliseront sur une analyse approfondie du manteau de la spore et des étapes de sa maturation. L'objectif est de décrire à haute résolution la structure des différentes couches au cours de leur formation, et d'identifier les interactions moléculaires essentielles à cet assemblage unique. A terme, ces assemblages pourraient être ciblés pour bloquer le développement de certaines spores.