pSYM

Quand différents organismes vivent dans un même milieu pendant une longue durée, ils peuvent établir une symbiose, c’est-à-dire une “association intime et durable entre deux organismes d’espèces différentes”. Contrairement à ce qu’on peut penser, la symbiose n’est pas toujours bénéfique et il existe plusieurs cas de figure en fonction de qui profite ou non de cette association [20, 21]. Quand la symbiose est bénéfique pour les deux organismes, on parle alors de mutualisme. Certaines bactéries peuvent être dans ce cas de figure lorsque l’une fournit à l’autre des éléments nécessaires à sa croissance tandis que l’autre lui confère une protection contre des éléments hostiles du milieu extérieur [22]. Cependant, il existe de nombreux exemples de mutualismes dans la nature, comme l’Homme et les bactéries de son microbiote ou encore l’abeille et les fleurs qu’elle pollinise !

pSST6

Certaines bactéries possèdent des systèmes qui leur permettent de transporter des molécules de l’intérieur de la bactérie vers le milieu extérieur ou même directement à l’intérieur des cellules de leurs proies (bactérie adverse ou cellule de l’organisme qu’ils infectent). Le système de sécrétion de type VI (SST6) est l’un de ces systèmes. Aussi surnommé “arbalète moléculaire”, il est capable d’injecter des toxines directement dans une bactérie cible pour empêcher leur division ou les tuer ! [14, 15].

pCOMP

Afin d’acquérir de nouveaux gènes pour évoluer, une bactérie est capable de capturer de l’ADN d’autres bactéries dans son milieu de culture grâce à un appendice extracellulaire appelé le pilus de type 4 (qui fonctionne comme un lasso). Cet ADN étranger peut ensuite être intégré à son chromosome et conférer de nouvelle propriétés grâce aux gènes qu’il contient (comme un gène de résistance à un antibiotique). Cette capacité, appelée la compétence naturelle, est rendue possible lorsque la bactérie est dans un environnement stressant. Chez certaines bactéries comme S. pneumoniae, cette capacité requiert un fratricide d’une partie des bactéries de la colonie pour être activé, une condition qui est illustrée dans la carte du jeu pour récupérer des plasmides de la défausse [18].

pSB1C3 & pBR322

Ces plasmides contiennent des gènes qui rendent la bactérie résistante à des antibiotiques.

Le plasmide pSB1C3 contient un gène qui rend la bactérie résistante à l’antibiotique chloramphénicol. Ce gène code pour une protéine appelée chloramphénicol-acétyltransférase, qui comme son nom l’indique, va modifier chimiquement la molécule de chloramphénicol en ajoutant un groupement acétyle qui rend l’antibiotique inactif.

Le plasmide pBR322 contient un gène conférant une résistance à l’antibiotique ampicilline. Ce gène code pour une protéine faisant partie de la famille des bêta-lactamases, des protéines spécialisées dans l'hydrolyse des molécules d’antibiotiques de la famille des bêta-lactamines (comme l'ampicilline, la pénicilline…). En hydrolysant le cycle central des molécules antibiotiques, ces protéines vont les inactiver et empêcher leur action sur la paroi bactérienne [11].

pQS

Pour une colonie bactérienne, il est indispensable de détecter et de se faire détecter par les autres bactéries qui partagent le même environnement. Pour cela, elles produisent des molécules de reconnaissance qui sont captées par les autres bactéries. Ainsi, en fonction des molécules qu’elle capte, une colonie “sait” si elle est entourée par d’autres bactéries. Quand la molécule de reconnaissance est présente en grande quantité dans l’environnement, c’est-à-dire lorsque la colonie bactérienne contient un très grand nombre de bactéries, toutes les bactéries de cette colonies vont initier certaines actions de manière synchronisée : c’est ce qu’on appelle le quorum sensing [19].

pPAM

Les bactéries peuvent sécréter des toxines anti-bactériennes appelées bactériocines dans le milieu extracellulaire afin de lutter contre d’autres bactéries compétitrices présentes dans ce milieu. Ces bactériocines sont très variées et sont classifiées selon différents critères dont leur forme (structure) et leur cibles moléculaires (activité) [16]. Certaines bactériocines sont par exemple capables de former des pores à l’intérieur de la paroi de certaines bactéries, conduisant à la mort de celle-ci.

Les bactériocines sont aujourd’hui étudiées dans le domaine de la santé comme traitements potentiels contre des infections bactériennes multi-résistantes [17].

pBIO

Les microorganismes sont capables de se développer en formant des biofilms. Il s’agit de communautés composées de plusieurs espèces de micro-organismes adhérant à une surface et entourés d’une matrice gluante et très résistante d'exopolysaccharides et d’ADN. Ce mode de vie permet aux bactéries qui le composent de réagir aux stress externes (attaque physique, acidité, toxine, antibiotique, immunité…) comme un tissu uniforme en mettant en place un système complexe de communication interne. C’est une défense très efficace pour se protéger d’un environnement hostile [12].

Le premier biofilm découvert est celui qui constitue notre plaque dentaire : de nombreuses bactéries colonisent la surface de nos dents sous cette forme, et peuvent provoquer des problèmes de santé s’ils ne sont pas régulièrement éliminés par le brossage. La bactérie Pseudomonas aeruginosa peut également former des biofilms au sein des muqueuses respiratoires de patients atteints de mucoviscidose, provoquant rapidement de graves infections. Un enjeu de santé majeur est donc l’éradication de ces biofilms, ce qui s’avère très complexe en raison des propriétés de résistance de leurs structures [13].

pADAPT

Quand une colonie bactérienne est en contact avec d’autres bactéries, elle doit constamment élaborer de nouvelles stratégies pour contourner les attaques ou la pression exercée par ses compétitrices. Dans un tel contexte, les bactéries qui s’adaptent vite aux stratégies adverses sont avantagées. L’adaptation se manifeste par le gain d’un nouveau gène, par la mutation ou l’inactivation de gènes existants. Tous les organismes évoluent et s’adaptent, mais de par leur vitesse de division bien supérieure à la nôtre, les bactéries évoluent sur des temps beaucoup plus courts.

pCHIADE

Dans le domaine des biotechnologies, les plasmides sont utilisés comme supports pour apporter de nouveaux gènes et donc de nouvelles capacités aux bactéries. Dans un laboratoire de biologie moléculaire, on peut facilement modifier les plasmides en y ajoutant des gènes d'intérêt : on appelle cela le clonage [5]. On peut ainsi rendre une bactérie fluorescente pour l’étudier au microscope à fluorescence, ou encore faire produire à une bactérie des molécules pouvant être utilisées en santé (insuline, bactériocines…).

Comme les plasmides issus de clonages moléculaires, les plasmides chiadés boostent n’existent pas dans la nature et sont une pure invention de Microbioworld ! Ils apportent un avantage certain aux bactéries qui les portent dans le jeu et sont les seuls ayant un effet cumulatif.

pHAGE

Les phages (ou bactériophages) sont les virus des bactéries qui se fixent à la surface de la paroi bactérienne pour y injecter leur matériel génétique (souvent de l’ADN). Une fois injecté dans la cellule, l’ADN du phage peut s’intégrer au chromosome bactérien pour entrer dans une phase de latence appelée cycle lysogénique [23]. Durant cette phase, l’ADN du phage va être répliqué en même temps que le chromosome bactérien et il sera donc transmis à toute la descendance de la cellule qu’il a infecté ! Les bactériophages peuvent sortir de cette phase de latence lorsque les bactéries subissent un stress pour démarrer un cycle lytique. L’ADN du phage va alors sortir du chromosome bactérien et produire des protéines pour fabriquer de nouveaux bactériophages. A force de se multiplier dans le cytoplasme de la bactérie, les bactériophages vont finir par percer la paroi bactérienne, entraînant la mort de la bactérie hôte, pour être libérés dans le milieu et infecter de nouvelles bactéries [24].

Bacilles vs coques

Bacille et coque représentent des morphotypes de bactéries. Un bacille est une bactérie de forme allongée dite « en bâtonnet », et la forme cocci ou coque est ronde.

Traitement médical

Lorsqu’une bactérie pathogène provoque une maladie, de nombreuses stratégies sont possibles pour se débarrasser de cet intrus. Les antibiotiques sont des molécules toxiques pour les bactéries, et pas pour les cellules eucaryotes. Ils sont donc régulièrement utilisés pour lutter contre les infections bactériennes, mais leur utilisation systématique sélectionne les bactéries résistantes qui se propagent et peuvent provoquer des infections incurables ! C’est pourquoi les chercheurs continuent de rechercher de nouveaux antibiotiques à utiliser en dernier recours lors d’une infection à une bactérie pathogène multirésistante [12].

Les bactéries pathogènes possèdent différents caractères qui leur permettent de déclencher une maladie chez leur hôte, comme la capacité d’injecter des toxines dans les cellules eucaryotes par des systèmes de sécrétion, ou encore celle de former un biofilm résistant aux cellules de l’immunité : on appelle ces caractères les facteurs de virulence [13]. Aujourd’hui, de nouveaux médicaments appelés anti-virulents sont développés par des chercheurs qui ont pour but d'empêcher le déclenchement d’une maladie en bloquant les facteurs de virulence au lieu de tuer toutes les bactéries avec des antibiotiques [14].

Les bactériophages (virus de bactéries) sont aussi de bonnes pistes pour lutter contre les infections bactériennes multirésistantes. Contrairement aux antibiotiques qui peuvent cibler de nombreuses espèces bactériennes sans distinction entre les “bonnes” et les “mauvaises” bactéries, les bactériophages infectent de manière très spécifique un type de bactérie avec lesquelles ils ont co-évolués. Grâce à cette spécificité et à la capacité des bactériophages à tuer les bactéries hôtes, ceux-ci sont très étudiés pour être utilisés dans le cas d’infections à une bactérie résistante aux antibiotiques : on appelle ça la phagothérapie [2, 3, 4].

La vaccination permet de prévenir l’apparition de maladies dues à un pathogène (virus ou bactérie) en entraînant notre système immunitaire à reconnaître cet agent pathogène et à le combattre. Cette méthode a déjà fait ses preuves dans l’histoire et a notamment permis d'éradiquer des épidémies comme la variole, la polio, la diphtérie, la coqueluche, la rougeole… [15]. Il existe aujourd’hui de nombreux vaccins protégeant contre des bactéries pathogènes causant les maladies du tétanos, du choléra, de la tuberculose, de la typhoïde… [16].

Un microbiote en bonne santé peut permettre de lutter contre l’invasion de certaines bactéries pathogènes. Pour cela, il est important d’avoir une alimentation équilibrée ! Certains aliments sont considérés comme des prébiotiques (en général les aliments riches en fibres), c’est-à-dire de la nourriture qui va favoriser le développement des “bonnes bactéries”. Les probiotiques sont des aliments (ou des compléments alimentaires) contenant directement des bonnes bactéries ! En consommer revient à enrichir son microbiote intestinal. Il s’agit en général de produits fermentés comme le yaourt, la choucroute ou le lait fermenté [17].

Glucose, Galactose, Fructose & Xylose

Les organismes vivants sont constitués d'éléments chimiques appelés biomolécules qui sont essentielles à la vie ! On peut classer ces biomolécules en 4 catégories : les acides nucléiques (qui composent l’ADN), les acides aminés (qui composent les protéines), les lipides (qui composent les enveloppes cellulaires), et les carbohydrates (autrement dit, les sucres!) [5]. On les reconnaît par leur terminaison en “-ose”. Dans le vivant, les sucres sont une source d’énergie très importante et peuvent être transformés en énergie (de l’ATP) par les cellules [6]. Sans cette production d’énergie, une cellule ne peut pas fonctionner et finit par mourir [7] !

Il existe des sucres simples, composés d’une seule biomolécule de sucre (comme le glucose, le galactose, le fructose et le xylose), et des sucres complexes, formés d’une répétition de sucres pour former un polysaccharide (comme la cellulose ou l’amidon). Les sucres simples peuvent directement être transformés en énergie par les cellules alors que les sucres complexes doivent d’abord être dégradés en sucres simples ! En microbiologie, lorsqu’un milieu de croissance est pauvre en nutriments, l’ajout de sucres dans le milieu permet de booster la croissance des bactéries qui y sont cultivées.

Transposon

Comme les plasmides, les transposons sont des éléments génétiques mobiles, c’est-à-dire des séquences d’ADN qui peuvent se déplacer d’un endroit à un autre. Les transposons ne sont pas des plasmides pour autant ! Il s’agit de petites séquences d’ADN parasites qui s’insèrent à l’intérieur d’une plus grande séquence d’ADN chromosomique ou plasmidique. Les transposons sont aussi appelés “jumping genes” en anglais : ils ont la capacité de “sauter” d’un endroit de l’ADN à un autre, ou même du chromosome à un plasmide ! Ces sauts génétiques fonctionnent à la manière d’un copier-collé ou d’un couper-collé en fonction du type de transposon, et sont rendus possibles par l’action d’une protéine appelée transposase, qui est codée par un gène du transposon [8, 9].

Les transposons sont des éléments mutagènes puisqu’ils peuvent très bien s’insérer à l’intérieur de la séquence d’un gène, conduisant à l’inactivation de ce gène. Ils ont été découverts chez le maïs où leur capacité à modifier le génome de chaque grain dans un épis a été mise en avant [10]. Ils sont présents chez tous les organismes et leur organisation dans les génomes permet d’étudier les liens de parentés entre différentes espèces [11].

Attaque de phages

Les phages (ou bactériophages) sont les virus des bactéries. Ils se fixent à la surface de la paroi bactérienne pour y injecter leur matériel génétique (souvent de l’ADN), qui sera répliqué et dont les gènes seront transformés en protéines grâce aux protéines de la bactérie ! A force de se multiplier dans le cytoplasme de la bactérie, les bactériophages vont finir par percer la paroi bactérienne, entraînant la mort de la bactérie hôte, pour être libérés dans le milieu et infecter de nouvelles bactéries [1]. Contrairement aux autres organismes vivants, les bactériophages ne peuvent pas se multiplier seuls et ont besoin d’un hôte pour réaliser cette tâche essentielle pour leur survie !

Contrairement aux antibiotiques qui peuvent cibler de nombreuses espèces bactériennes sans distinction entre les “bonnes” et les “mauvaises” bactéries, les bactériophages infectent de manière très spécifique un type de bactérie avec lesquelles ils ont co-évolués. Chaque bactérie a donc un ou plusieurs bactériophages qui lui sont spécifiques ! Grâce à cette spécificité et à la capacité des bactériophages à tuer les bactéries hôtes, ceux-ci sont très étudiés pour être utilisés dans le cas d’infections à une bactérie résistante aux antibiotiques : on appelle ça la phagothérapie [2, 3, 4].

Immunosuppression

Notre système immunitaire est constitué de différentes types de cellules ayant chacune un rôle à jouer dans la bataille contre les agents pathogènes qui entrent dans notre organisme ! Notre système immunitaire réagit efficacement contre les attaques de pathogènes grâce à deux lignes de défense. La première barrière est l’immunité innée, qui peut cibler tous les pathogènes sans distinction et que nous possédons tous dès la naissance. Lorsque cette première barrière ne suffit pas à éradiquer un agent pathogène, c’est l’immunité adaptative qui entre en jeu avec des cellules spécialisées qui vont reconnaître spécifiquement certains agents pathogènes, et apprendre à en reconnaître de nouveaux lorsqu’elle en rencontre [18].

L’immunodépression est un état d’affaiblissement important du système immunitaire. Des personnes peuvent être immunodéprimées suite à la prise d’un traitement contre le cancer, à une maladie génétique ou parce qu’elles sont séropositives (le SIDA s’attaquant aux cellules du système immunitaire). D’autres facteurs peuvent aussi entraîner une immunodépression comme la malnutrition, le stress ou encore le diabète. Ces personnes ne sont plus capables de se défendre correctement contre les attaques de pathogènes extérieurs et peuvent même contracter des maladies suite au développement anormal de certaines bactéries commensales présentes dans leur corps. Ces maladies sont aussi appelées des infections opportunistes [19, 20].

Disque de chloramphénicol ou d'ampiciline

Le chloramphénicol est un antibiotique bactériostatique : il empêche la division des bactéries (mais ne les élimine pas, contrairement aux bactéricides !). Il bloque la production des protéines utilisées pour lors de la division d’une bactérie en deux bactéries filles.

L’ampicilline est un antibiotique bactéricide : il tue les bactéries (contrairement à d’autres types d’antibiotiques qui ne font que bloquer leur croissance). Il fait partie de la famille de la pénicilline. Cet antibiotique empêche la bactérie de synthétiser un constituant essentiel de sa paroi.

Si les antibiotiques sont souvent utilisés directement dans les milieux de cultures (liquides ou solides sur boite de pétri), ils peuvent aussi être imprégnés dans un disque stérile et déposés sur une boîte de pétri contenant des bactéries en cours de croissance. Si ces bactéries sont sensibles à cet antibiotique, on observe au cours du temps l'apparition d' un halo translucide autour du disque, signe qu’aucune bactérie n’a pu se développer en contact de la molécule. Dans les laboratoires, cette méthode est souvent utilisée pour réaliser des antibiogrammes, qui permettent de savoir à quels antibiotiques une bactérie est résistante [21].