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"Les bactéries parlent entre elles. Ils utilisent comme mot des produits chimiques. Ils ont un lexique si complexe que nous n'avons fait que commencer à comprendre », explique la biologiste moléculaire de l'Université de Princeton, Bonnie Bassler, lors de sa conférence TED de 2009. Bassler est l'une des personnes qui comprennent le mieux la langue des bactéries. Il y a des années, il décrypte cette langue et tente d'exploiter les avantages que peut nous apporter sa connaissance.
Quand Bassler a commencé à enquêter sur la communication des bactéries, ce n'était qu'une question de curieuses bactéries marines. Des études suggèrent que ces bactéries sécrétaient des signaux chimiques qui leur permettaient de se connaître mutuellement. Mais pendant de nombreuses années, c'était une simple anecdote jusqu'en 2001, le groupe de Bassler a démontré que 30 autres espèces de bactéries produisaient ce genre de signes. Il ne s'agissait pas seulement de bactéries marines rares, mais aussi de bactéries qui provoquent choléra, tuberculose, pneumonie et bien d'autres maladies.
« Nous savons maintenant que toutes les bactéries parlent entre elles », explique Bassler dans son discours. De plus, "il convertit les communications en multicellulaires". « Ils produisent des mots chimiques, comprennent ces mots et, par conséquent, activent des comportements de groupe qui ne triompheraient que si toutes les bactéries agissaient ensemble ».
Ce comportement collectif se cache derrière de nombreuses maladies. Aucune ou peu de bactéries ne peuvent affecter le corps d'une personne. C'est pourquoi, en se mettant dans le corps, ils n'attaquent pas dès le début. Ils attendent, commencent à se reproduire et, quand ils ont formé un groupe assez nombreux, c'est quand ils attaquent. Pour cela, vous devez communiquer, savoir combien ils sont. Et pour cela sont les mots chimiques. "Nous avons un beau mot pour cela: quorum sensing ", commente Bassler.
Des molécules similaires mais différentes ont été trouvées dans les différentes bactéries. Chaque molécule s'inscrit bien dans le récepteur de chaque espèce, mais pas dans celui d'autres espèces. « Ce sont des conversations privées », affirme Bassler. Mais les bactéries ont autour de lui de nombreuses bactéries d'autres espèces, et Bassler a découvert que les bactéries sont multilingues: ils ont des molécules et des récepteurs universels qui toutes les contiennent. C'est-à-dire, en plus du langage propre de l'espèce, ils ont une langue interspécifique que Bassler appelle "l'espéranto des bactéries". Ainsi, les bactéries peuvent savoir combien sont de la même espèce et combien sont d'autres espèces, et agir d'une manière ou d'une autre avec ou sans majorité. Ils ont donc un quorum sensing à deux niveaux.
Champignons savent aussi ce qu'il ya autour
Et le quorum sensing ne se produit pas seulement dans les bactéries. « Cette étude est arrivée plus tard dans les champignons », affirme le chercheur en biochimie et en biologie moléculaire de l'UPV Unai Ugalde. Mais les champignons ont aussi cette capacité. "Ne pouvant pas bouger, ils doivent savoir s'il y a beaucoup de rivaux ou de rivaux autour pour décider quoi faire".
Entre autres choses, selon le message qu'ils reçoivent avec ces signaux, ils peuvent décider si c'est un bon moment pour créer des spores. À l'époque où Ugalde faisait sa thèse en Angleterre, au début des années 1980, il commença à soupçonner qu'il devait y avoir un signal chimique produisant des spores. À cette époque, la théorie indiquait que la sporulation était due au stress alimentaire, c'est-à-dire que lorsque le champignon restait sans nourriture, il commençait à produire des spores, à les disperser et à les coloniser. « Mais il y avait des chercheurs qui avaient vu que, bien que bien nourris, ils produisaient les spores exactement la même chose », explique Ugalde.
Ils ont commencé à chercher ces signes. "Il nous a fallu beaucoup pour trouver les premiers signes car ils sont très petits". Mais ils l'ont obtenu en plusieurs années ; ils étaient de nouveaux composés. La découverte a été publiée dans le magazine E ukariotic cell en 2002. Dans le champignon Penicillium cyclopium, on a découvert qu'il sécrétait une substance appelée conidiogenone, dont l'accumulation provoquait la production de spores.
Et dans un autre travail publié cette année dans Chemical Biology, le mécanisme d'un signal similaire a été clarifié dans le champignon Aspergillus nidulans. Dans ce cas, le message est émis par l'interaction de deux composés chimiques. Et le message est que le champignon est sorti en l'air. En fait, les champignons poussent dans un substrat, dans le sous-sol, ou à l'intérieur de fruits et légumes, etc. Et quand ils sortent de ce substrat, à l'air, ils produisent des spores. "Pour les champignons, il est très important de savoir s'ils sont sortis dans l'air, car il faut savoir s'ils doivent continuer à croître ou s'ils doivent faire des spores".
En plus de savoir s'ils sont dans l'air, il convient que les champignons aient des informations sur leur environnement pour décider s'ils peuvent continuer à croître ou non. « Nous avons vu qu'en accumulant des gaz émis par les champignons, la croissance du champignon était paralysée et la sporulation commencée », dit Ugalde. En fait, la présence de nombreux gaz signifie qu'il ya beaucoup de champignons autour. "Comme l'environnement est plein, ils essaient de faire des spores pour trouver une solution".
Ce travail a été publié l'année dernière dans le magazine Fungal Biology. Dans ce travail, les signaux entre spores ont également été identifiés. On a observé que les spores sécrétaient un composé volatile qui empêchait la germination des spores lorsqu'elle s'accumulait autour de lui. Ce composé indique la quantité de spores autour, étant le quorum sensing des champignons. Et, dans une certaine dispersion des spores et dans la diminution de la concentration de ce composé, c'est le signe qu'il est temps de germer les spores.
Ce composé est alcool 1-oct-3-ol. "C'est un signe universel", dit Ugalde. "Les champignons l'ont aussi. C'est l'odeur qui se dégage en mettant les champignons sur la plaque ou en faisant une rouille de champignons, ou en donnant un coup de pied sur la montagne en automne. Les champignons poussent et l'alcool s'accumule entre les feuilles".
Et en plus du signal universel, les champignons ont également un signal spécifique. Par exemple, « cela se produit dans les champignons pathogènes », explique Ugalde. "Les champignons qui endommagent les plantes sécrètent des signaux très concrets pour ne pas pousser plus de spores autour de leur feuille". L'objectif est de mesurer l'infection, bien exploiter les ressources de la plante, car un excès de champignons pourrait causer une mort trop rapide.
Les messages des champignons arrivent également à d'autres organismes. Ces signaux qui rejoignent la sporulation attirent les insectes, qui sont une voie d'expansion des spores pour les champignons. « Nous voyons dans le laboratoire comment les mouches s'approchent en ouvrant les pots de champignons », dit Ugalde.
Sabotage des communications
Les gens peuvent également bénéficier de la communication des champignons et des bactéries s'ils sont capables de les comprendre. « Que se passerait-il si nous empêchions les bactéries de parler ou d'écouter ? Ne pourrait-il pas être un nouveau type d'antibiotiques?" chasse Bassler.
En ces temps où nous avons de graves problèmes de résistance aux antibiotiques, Bassler estime que les antibiotiques de la prochaine génération peuvent procéder de cette façon. Et là, nous travaillons ces dernières années. Dans un article publié dans le magazine Molecular Cell en 2009, ils se sont avérés capables de contrecarrer la communication de Chromobacterium violaceum. C. violaceum a trouvé une autre molécule qui s'inscrivait dans le récepteur de molécule qu'il emploie pour exprimer le quorum des bactéries de son espèce. Si ces récepteurs sont pleins, les bactéries ne peuvent pas détecter le signal réel et organiser l'attaque. C. violaceum infecte seulement l'homme dans de rares cas, mais tue facilement le ver Caenorhabditis elegans. Avec cette technique, l'équipe de Bassler a réussi à faire face à ces vers l'infection bactérienne.
Ils essaient également de faire la même chose avec le langage universel des bactéries. « C'est un espoir de l'utiliser comme antibiotique à large spectre », affirme Bassler. Et en même temps, ils veulent obtenir le contraire: « Nous voulons améliorer les conversations entre les bactéries qui vivent dans le mutualisme en vous, afin que les bactéries fassent ce que nous voulons qu'elles fassent pour elles-mêmes ».
Ugalde a aussi clairement que connaître la langue des champignons peut apporter des applications intéressantes. Par exemple, pour le développement de nouveaux fongicides agricoles. « La plupart des fongicides sont très nocifs, dit Ugaldek. Au lieu d'utiliser des composés toxiques, nous prétendons que la culture des champignons soit arrêtée ou contrôlée à l'aide de leurs signaux ». D'autre part, Ugalde mentionne également les questions de résistance: "Dans l'utilisation fréquente de fongicides apparaissent toujours souches résistantes. Cependant, avec ses signes, il ne risque pas qu'ils aient évolué et qu'il n'y ait pas de résistance ».
Quelques anciens membres du laboratoire d'Ugalde travaillent actuellement dans la société Biofungitek de Derio. Des recherches sont en cours sur le développement et la commercialisation de fongicides chimiques d'origine naturelle. « Nous recherchons des produits qui ne laissent aucun résidu de quelque nature que ce soit – dit la Fondation Olatz de Biofungitek – il est important de ne pas endommager les abeilles et les insectes qui marchent sur les plantes. »
Biofungitek devrait obtenir une solution spécifique et efficace pour chaque champignon à partir de signes de champignons. Cela n'aurait pas de toxicité pour d'autres organismes de l'environnement ni pour d'autres champignons potentiellement bénéfiques.
Nous cultivons des champignons et voyons ce qu'ils produisent. Puis il se purifie et nous voyons dans quelle fraction se trouve l'activité qui nous intéresse », a expliqué Fundazua. Ils disposent d'une plate-forme robotisée pour effectuer ces études avec précision et pour déterminer si seulement les composés qui purifient ou en combinaison avec d'autres agissent. « Nous avons vu quelques effets sur les tests que nous avons réalisés, mais le projet a encore besoin d'un développement plus important, dit Fundazurik. C'est un chemin assez nouveau, que nous ne savons personne ne marche ici, et il faut l'ouvrir et voir par où aller".
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