L’étude de la physiologie bactérienne a jusqu’ici été basée sur le comportement d’une cellule « moyenne ». Les modèles établis à partir de ces recherches constituent aujourd’hui les fondements de la croissance bactérienne. Cependant, même s’ils peuvent être utiles, ils ne sont pas exhaustifs. Ils ne détaillent pas le fonctionnement réel des cellules individuelles.
Mais l’arrivée des technologies d’imagerie en direct unicellulaire offre de nouvelles possibilités. Les chercheurs peuvent à présent examiner des cellules vivantes individuelles. D’ailleurs, un nouvel article publié dans la revue PLOS Genetics montre un lien entre la croissance cellulaire, la réplication de l’ADN et la division dans un système bactérien grâce à des données unicellulaires réelles.
Petra Levin, microbiologiste américaine et auteure du nouvel article, s’intéresse de près à la biologie unicellulaire. Ses travaux ont été essentiels à la compréhension de la croissance des cellules bactériennes. Elle a collaboré avec Srividya Iyer-Biswas, une physicienne de l’Université Purdue, spécialisée dans la théorie de la physique basée sur les premiers principes et dans les expériences monocellulaires de haute précision.
Les modèles basés sur une cellule moyenne connaissent une limite
Les modèles se concentrent sur le comportement d’une cellule « moyenne » au niveau d’une population. Toutefois, il est impossible de comprendre individuellement chaque cellule en utilisant la moyenne. Les vérités concernant la cellule moyenne ne s’appliquent pas forcément à la cellule individuelle. Le partenariat avec lyer-Biswas vise donc à revoir les modèles classiques du cycle cellulaire bactérien.
Pour ce nouvel article, Levin et lyer-Biswas ont travaillé avec Sara Sanders, une scientifique postdoctorale du laboratoire Levin qui a récemment déménagé aux National Institutes of Health (NIH), et Kunaal Joshi, un Ph.D. étudiant du laboratoire Iyer-Biswas. Ils ont voulu découvrir comment ces cellules stochastiques arrivent à combiner la réplication de l’ADN avec la croissance et la division, tout en donnant un ensemble harmonieux malgré la particularité de chaque cellule individuelle.
Une nouvelle compréhension du processus de base en biologie cellulaire
L’équipe a analysé des données sur la croissance unicellulaire de l’Escherichia coli. Elle a ensuite élaboré un modèle mathématique minimal permettant de comprendre les comportements complexes et stochastiques des cellules individuelles. Le comportement cellulaire moyen laisse penser que les étapes de base du cycle cellulaire, de la réplication de l’ADN et de la division cellulaire sont interdépendantes. Toutefois, Levin et Sanders ne sont pas de cet avis.
De leur côté, Iyer-Biswas et Joshi ont trouvé un moyen simple de comprendre les données des cellules individuelles. Chaque cellule possède trois minuteries indépendantes. Elles se déclenchent lorsque la réplication de l’ADN débute. La séquence des événements du cycle cellulaire dépend de cette coordination. Cela signifie qu’il est possible de prédire la séquence d’initiation de la réplication de l’ADN, la fin de la réplication de l’ADN et la division.
SOURCE : SCITECHDAILY