La complexité inattendue des horloges circadiennes bactériennes

Les bactéries représentent plus de 10% de tous les êtres vivants, mais jusqu’à récemment, nous ne savions pas que, tout comme les humains, les bactéries du sol ont des horloges internes qui synchronisent leurs activités avec le cycle de 24 heures du jour et de la nuit sur Terre. De nouvelles recherches montrent à quel point ces horloges circadiennes bactériennes sont complexes et sophistiquées.

La recherche a été menée par des scientifiques de l’Université Ludwig-Maximilian (LMU) de Munich, en Allemagne, du Centre John Innes au Royaume-Uni, de l’Université technique du Danemark et de l’Université de Leiden aux Pays-Bas.

L’équipe, dirigée par Francesca Sartor (LMU), a fait cette découverte en examinant l’expression des gènes en tant qu’effet de l’activité de l’horloge circadienne chez la bactérie Bacillus subtilis, une espèce très commune dans les sols.

Des travaux antérieurs de cette équipe avaient montré l’existence d’une horloge circadienne dans une souche de laboratoire de cette bactérie. C’était la première fois que des horloges circadiennes étaient observées chez la bactérie Bacillus subtilis. Les chercheurs ont utilisé une technique qui insère une enzyme appelée luciférase qui produit de la lumière lorsqu’un gène est exprimé. Cette bioluminescence a guidé l’équipe en suivant l’horloge bactérienne au fur et à mesure que les conditions variaient.

La nouvelle étude est un pas en avant important pour plusieurs raisons. Elle révèle que ces horloges existent dans des souches prélevées dans des milieux naturels, donc tout porte à croire que ces horloges sont répandues dans l’ensemble de l’espèce et sûrement dans d’autres.

À en juger par les observations faites, ces bactéries peuvent synchroniser leur physiologie et leur métabolisme avec différents moments du cycle jour-nuit lorsque les conditions de lumière et de température changent, tout comme le font des organismes plus complexes.

“Il est étonnant qu’un organisme unicellulaire avec un si petit génome ait une horloge circadienne avec des propriétés qui rappellent les horloges d’organismes plus complexes”, a déclaré Antony Dodd du John Innes Center et co-auteur de l’étude.

Bacillus subtilis bactérie faisant preuve de bioluminescence et formant ici la silhouette d’une horloge à aiguilles, une allégorie des chercheurs à l’horloge circadienne. (Image : Ella Baker/Jack Dorling/Centre John Innes)

Ce qui a été découvert dans cette recherche ouvre de nouvelles voies prometteuses dans des domaines tels que la biotechnologie, la médecine et l’agriculture.

Connaître les propriétés des horloges circadiennes bactériennes peut être d’une grande aide pour utiliser la microbiologie dans des applications pharmacologiques ; De cette manière, il serait possible de connaître l’efficacité des antibiotiques à certains moments de la journée afin de les utiliser dans la tranche horaire où la garde des pathogènes à attaquer est plus faible.

Ce type de connaissances peut également être très utile pour aider à protéger les cultures agricoles. Bacillus subtilis est une bactérie bénéfique du sol, utilisée par les agriculteurs pour faciliter l’échange de nutriments, le développement des plantes et la défense contre les microbes pathogènes.

L’étude s’intitule « L’horloge circadienne de la bactérie B. subtilis évoque les propriétés de systèmes circadiens complexes et multicellulaires ». Et il a été publié dans la revue scientifique Science Advances. (Fontaine: NCYT de Amazings)