Le modèle théorique explique les phénomènes biologiques qui maintiennent les bactéries en forme

Revue par Emily Henderson, B.Sc.7 octobre 2020

Bactéries grasses? Bactéries maigres? De notre point de vue d'en haut, ils semblent tous avoir à peu près la même taille. En fait, ils le sont.

Précisément pourquoi a été une question ouverte, selon le chimiste de l'Université Rice Anatoly Kolomeisky, qui a maintenant une théorie.

Un mécanisme primitif chez les bactéries qui les maintient dans leur zone personnelle de Boucle d'or – c'est-à-dire juste – semble dépendre de deux moyens aléatoires de régulation, croissance et division, qui s'annulent. Le même mécanisme pourrait donner aux chercheurs une nouvelle perspective sur la maladie, y compris le cancer.

Le « modèle minimal » de Kolomeisky, chercheur postdoctoral chez Rice et auteur principal Hamid Teimouri et Rupsha Mukherjee, ancien assistant de recherche chez Rice maintenant à l'Institut indien de technologie de Gandhinagar, apparaît dans l'American Chemical Society. Journal de lettres de chimie physique.

Partout où nous voyons des bactéries, elles ont plus ou moins les mêmes tailles et formes. C'est la même chose pour les cellules de nos tissus. C'est une signature de l'homéostasie, où un système essaie d'avoir des paramètres physiologiques qui sont presque les mêmes, comme la température corporelle ou notre tension artérielle ou le taux de sucre dans notre sang.. « 

Anatoly Kolomeisky, chimiste, Université Rice

«La nature aime avoir ces paramètres dans une gamme très étroite afin que les systèmes vivants puissent fonctionner le plus efficacement», a-t-il déclaré. « Les écarts par rapport à ces paramètres sont une signature de la maladie. »

Les bactéries sont des modèles d'homéostasie, collant à une distribution étroite de tailles et de formes. « Mais les explications que nous avons jusqu'à présent ne sont pas bonnes », a déclaré Kolomeisky. « Comme nous le savons, la science n'aime pas la magie. Mais quelque chose comme la magie – des seuils – est proposé pour l'expliquer. »

Pour les bactéries, dit-il, il n'y a pas de seuil. « Essentiellement, il n'y en a pas besoin », dit-il. «Il existe de nombreux processus biochimiques sous-jacents, mais ils peuvent être grossièrement divisés en deux processus chimiques stochastiques: la croissance et la division. Les deux sont aléatoires, notre problème était donc d'expliquer pourquoi ces phénomènes aléatoires conduisent à un résultat très déterministe.

Le laboratoire Rice est spécialisé dans la modélisation théorique qui explique les phénomènes biologiques tels que l'édition du génome, la résistance aux antibiotiques et la prolifération du cancer. Teimouri a déclaré que le couplage chimique très efficace entre la croissance et la division chez les bactéries était beaucoup plus facile à modéliser.

« Nous avons supposé que, dans des conditions de prolifération typiques, le nombre de précurseurs de protéines de division et de croissance est toujours proportionnel à la taille des cellules », a-t-il déclaré.

Le modèle prédit quand les bactéries se diviseront, leur permettant d'optimiser leur fonction. Les chercheurs ont déclaré que cela s'accordait bien avec les observations expérimentales et que la manipulation de la formule pour éliminer les bactéries de l'homéostasie a prouvé leur point de vue. L'augmentation de la longueur théorique des bactéries post-division, ont-ils dit, conduit simplement à des taux de division plus rapides, en contrôlant leur taille.

« Pour les courtes longueurs, la croissance domine, gardant à nouveau les bactéries à la bonne taille », a déclaré Kolomeisky.

La même théorie ne s'applique pas nécessairement aux organismes plus grands, a-t-il déclaré. « Nous savons que chez l'homme, il existe de nombreuses autres voies biochimiques qui pourraient réguler l'homéostasie, le problème est donc plus complexe. »

Cependant, les travaux peuvent donner aux chercheurs une nouvelle perspective sur la prolifération des cellules malades et le mécanisme qui force, par exemple, les cellules cancéreuses à prendre différentes formes et tailles.

« L'un des moyens de déterminer le cancer est de voir un écart par rapport à la norme », a déclaré Kolomeisky. « Y a-t-il une mutation qui conduit à une croissance plus rapide ou à une division plus rapide des cellules? Ce mécanisme qui aide à maintenir la taille et la forme des bactéries peut également nous aider à comprendre ce qui se passe là-bas. »