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De nouvelles connaissances sur le système immunitaire bactérien

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De nouvelles connaissances sur le système immunitaire bactérien
MksBEFG – un système de défense répandu. (a) Représentation de l’organisation mksFEBG-opéron de différents organismes : (i) C. glutamicum ATCC13032, (ii) M. smegmatis mc2 155, (3) P. aeruginosa UCBPP-PA14 et (4) P. putida KT2440. (B) Nombre de copies de plasmide des plasmides à faible nombre de copies (pBHK18) et à nombre de copies élevé (pJC1) par rapport aux nombres d’oriC par cellule, analysés par qPCR. Les rapports entre les cellules C. glutamicum WT (MB001), mksB, ΔmksG et mksF cultivées dans du milieu BHI avec sélection antibiotique ont été comparés (moyenne ± SD, n = 3). Les plasmides pBHK18 et pJC1 ont été extraits de cellules C. glutamicum WT, ΔmksB, mksG et ΔmksF cultivées dans du milieu BHI avec sélection antibiotique et l’ADN extrait a été visualisé sur des gels d’agarose à 0, 8%. (C) L’analyse phylogénétique des protéines de type MksG (régulées dans les domaines DUF3322 et DUF2220) à l’aide de la plate-forme SMART révèle la distribution entre les bactéries Gram-négatives et Gram-positives et les archées. crédit: Recherche sur les acides nucléiques (2023). DOI : 10.1093/nar/gkad130

Une équipe de recherche de l’Université de Keele décrit un mécanisme de défense peu connu chez les bactéries qui bloque sélectivement les informations génétiques étrangères et potentiellement nocives.

Depuis la pandémie de coronavirus, la capacité d’évolution particulièrement rapide des micro-organismes tels que les bactéries ou les virus a été mise en évidence. Par exemple, lorsque les virus développent la capacité d’infecter de nouveaux organismes hôtes ou que les bactéries développent une résistance aux antibiotiques, l’internalisation de nouvelles informations génétiques provenant d’autres micro-organismes leur permet d’exprimer rapidement des traits évolutifs avantageux.

Par exemple, les bactéries absorbent de l’ADN étranger par le biais d’un processus appelé transfert horizontal de gènes, qui est beaucoup plus rapide que l’héritage vertical de génération en génération.

Cependant, chaque organisme fait également face à des risques en acquérant des informations génétiques étrangères, car cela peut être dangereux si, par exemple, des gènes importants sont endommagés en s’intégrant dans son propre chromosome, entraînant des défauts importants pour l’organisme dans son ensemble. Par conséquent, les bactéries ont développé plusieurs mécanismes qui les protègent de l’absorption d’ADN nocif. De nombreux processus moléculaires impliqués ont été découverts ces dernières années, conduisant à une version moderne du terme « système immunitaire bactérien ».

Maintenant, une équipe du groupe de biochimie microbienne et de biologie cellulaire de l’Institut de microbiologie générale de l’Université de Keele a démontré la fonction d’un nouveau mécanisme de défense capable d’identifier et, si nécessaire, de décomposer certaines structures d’ADN autonomes et mobiles appelées plasmides chez les bactéries. . Cellules – distinction entre les informations génétiques bénéfiques et nuisibles.

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En utilisant la bactérie Corynebacterium glutamicum comme exemple, les chercheurs ont montré que le système protéique dit Mks contient un élément supplémentaire qui peut se lier à l’ADN plasmidique et le couper. Les scientifiques de Keele, dirigés par le professeur Mark Bramkamp, ​​​​ont publié leurs nouvelles découvertes dans Recherche sur les acides nucléiques.

Les protéines régulatrices de l’ADN peuvent également protéger contre les plasmides

Les plasmides sont de petites molécules d’ADN double brin, généralement en forme d’anneau, qui peuvent se répliquer indépendamment du chromosome dans la cellule hôte. Ils jouent un rôle important dans l’écologie et l’évolution des bactéries, car ils constituent un moyen important de transfert latéral de gènes, permettant le transfert rapide d’informations génétiques et donc l’expression d’avantages de sélection. En principe, toutes les bactéries peuvent échanger des plasmides entre elles, même entre espèces.

Cela se produit directement de bactérie à bactérie via un mécanisme de transmission appelé conjugaison. Les plasmides bénéfiques et défavorables utilisent ces ponts entre les cellules bactériennes pour passer d’une bactérie à une autre.

« La manière dont un organisme bactérien traite l’ADN étranger de plasmides nouvellement transfectés n’a pas fait l’objet de nombreuses recherches jusqu’à présent », a déclaré Manuela Weiss, Ph.D. Étudiant dans le groupe de recherche de Bramkamp. « Dans des recherches antérieures, nous avons examiné des systèmes qui sont généralement impliqués dans la régulation de l’ADN dans les cellules bactériennes et, entre autres, en veillant à ce que l’information génétique soit encapsulée dans une forme compacte de chromosomes », poursuit Weiß.

Dans ce contexte, l’équipe de recherche a obtenu des indications préliminaires selon lesquelles C. glutamicum possède deux de ces systèmes, dont l’un n’est pas impliqué dans la régulation des chromosomes, mais peut inhiber la réplication de certains plasmides, bien que le mécanisme responsable de cela n’ait pas été connu auparavant. .

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Maintenant, des chercheurs de Kiel, en collaboration avec des experts dirigés par le Dr Anne Marie Wehenkel de l’Institut Pasteur de Paris, ont découvert la coupure d’ADN des Mks dans une étude structurelle. « Nous avons pu démontrer expérimentalement que cette nouvelle sous-unité du système Mks forme une protéine spécifique, appelée endonucléase, qui peut couper l’ADN. Cet élément a pour tâche de décomposer les plasmides afin d’éloigner l’ADN nocif de la cellule bactérienne, tandis que d’autres composants du système Mks sont importants pour la reconnaissance de l’ADN plasmidique », explique Weiß.

Distinguer les plasmides bénéfiques des nuisibles

Les auteurs ont ensuite noté que le système Mks n’analyse apparemment que certains plasmides et qu’il doit donc être lié à un mécanisme de sélection. Une caractéristique importante ici est que le groupe de recherche de Bramkamp travaille avec C. glutamicum, un organisme qui possède naturellement ce système. Par conséquent, leurs fonctions peuvent être étudiées in vivo sans altérer les propriétés biologiques cellulaires en les transférant dans un système modèle.

« Les bactéries utilisent certains plasmides comme source de nouvelles informations génétiques, pas immédiatement vitales. Il est donc évident que le mécanisme de défense doit être sélectif et ne pas détruire tous les plasmides », explique Bramkamp.

« Nous avons pu démontrer que chez C. glutamicum, il y a bien une sélection dirigée en fonction des informations génétiques bénéfiques et néfastes. Lorsque nous avons artificiellement éteint le système Mks, ainsi tous les plasmides sont restés dans les cellules bactériennes, les effets délétères sur la cellule, peut-être en raison du stress de l’ADN, il était évident, cependant, que cela ne se produisait pas lorsque le mécanisme de défense était actif », poursuit Bramkamp.

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Avec les travaux en cours, les chercheurs de Kiel présentent de nouvelles découvertes importantes sur le système immunitaire bactérien en général, qui élargissent la compréhension des plasmides en tant que médiateurs d’informations génétiques non seulement bénéfiques mais aussi nocives. À l’avenir, ils veulent découvrir les mécanismes moléculaires qui permettent aux cellules bactériennes de faire la distinction entre les « bons » et les « mauvais » ARNm.

Les nouvelles découvertes ne sont pas seulement importantes pour une compréhension générale de l’organisation et de la reproduction de la vie bactérienne. Une enquête de plus en plus rigoureuse sur le système immunitaire bactérien pourrait également aider à mieux relever les défis appliqués, par exemple, pour mieux modéliser et prédire l’évolution de la résistance aux antibiotiques dans des populations bactériennes spécifiques à l’avenir.

Plus d’information:
Manuela Weiss et al., l’exonucléase MksG est la partie mise en œuvre du plasmide MksBEFG du système de défense bactérienne, Recherche sur les acides nucléiques (2023). DOI : 10.1093/nar/gkad130

Informations sur la revue :
Recherche sur les acides nucléiques


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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

Xichang : Un satellite franco-chinois sera lancé samedi à la recherche des explosions les plus puissantes de l’univers, un exemple marquant de coopération entre une puissance occidentale et le géant asiatique.

Le Space Variable Object Observer (SVOM), développé par des ingénieurs des deux pays, recherchera des sursauts gamma dont la lumière a parcouru des milliards d’années-lumière pour atteindre la Terre.

Le satellite de 930 kilogrammes transportant quatre instruments – deux français et deux chinois – sera lancé à bord d’une fusée chinoise Longue Marche 2-C depuis une base spatiale de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

Les sursauts gamma se produisent généralement après l’explosion d’étoiles massives – celles 20 fois plus massives que le Soleil – ou la fusion d’étoiles compactes.

Les rayons cosmiques extrêmement brillants peuvent émettre une explosion d’énergie équivalente à plus d’un milliard de soleils.

Uri Gottlieb, astrophysicien au Center for Astrophysics du Flatiron Institute de New York, explique à l’AFP que les observer, c’est comme « regarder en arrière dans le temps, car la lumière de ces objets met beaucoup de temps à nous parvenir ».

– ‘Beaucoup de mystères’ –

Les rayons portent des traces de nuages ​​de gaz et de galaxies qu’ils traversent au cours de leur voyage dans l’espace, ce qui constitue une donnée précieuse pour mieux comprendre l’histoire et l’évolution de l’univers.

« SVOM a le potentiel de percer de nombreux mystères dans le domaine des sursauts gamma, notamment en révélant les GRB les plus éloignés de l’univers, qui correspondent aux plus anciens GRB », a déclaré Gottlieb.

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Les explosions les plus lointaines identifiées à ce jour se sont produites seulement 630 millions d’années après le Big Bang, soit cinq pour cent de l’âge actuel de l’univers.

« Nous nous intéressons aux sursauts gamma en tant que tels, car ce sont des explosions cosmiques très intenses qui nous permettent de mieux comprendre la mort de certaines étoiles », a déclaré Frederick Denny, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique. Paris.

« Toutes ces données permettent de tester les lois de la physique avec des phénomènes impossibles à reproduire en laboratoire sur Terre. »

Une fois analysées, les données peuvent aider à mieux comprendre la composition de l’espace, la dynamique des nuages ​​de gaz ou d’autres galaxies.

Le projet est issu d’un partenariat entre les agences spatiales française et chinoise ainsi que d’autres groupes scientifiques et techniques des deux pays.

Une coopération spatiale à ce niveau entre l’Occident et la Chine est assez rare, d’autant plus que les États-Unis ont interdit toute coopération entre la NASA et Pékin en 2011.

– Course contre le temps –

Jonathan McDowell, astronome au Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian aux États-Unis, a déclaré : « Les préoccupations américaines concernant le transfert de technologie ont empêché les alliés américains de coopérer dans une large mesure avec les Chinois, mais cela arrive parfois. »

En 2018, la Chine et la France ont lancé conjointement CFOSAT, un satellite océanographique principalement utilisé pour la météorologie maritime.

Plusieurs pays européens ont participé au programme chinois d’exploration lunaire Chang’e.

Bien que SVOM ne soit « en aucun cas unique », a déclaré McDowell, il reste « important » dans le contexte de la coopération spatiale entre la Chine et l’Occident.

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Une fois qu’il aura atteint une orbite à 625 kilomètres (388 miles) au-dessus de la Terre, le satellite enverra ses données aux observatoires.

Le principal défi est que les sursauts gamma sont très courts, ce qui oblige les scientifiques à courir contre la montre pour collecter des informations.

Dès qu’une explosion est détectée, SVOM envoie une alerte à l’équipe en service 24 heures sur 24.

D’ici cinq minutes, ils devront faire fonctionner un réseau de télescopes au sol qui s’aligneront précisément sur l’axe de la source d’explosion pour faire des observations plus détaillées.

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Il y a toujours eu quelque chose qui cloche à propos de la nébuleuse du Crabe. Webb a révélé pourquoi !

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La nébuleuse du Crabe m’a toujours fasciné, même si elle me fascine car elle ne ressemble pas du tout à un crabe ! Ils sont le résultat d’une étoile qui a explosé à la fin de sa vie en 1054 après JC, laissant derrière elle ce que l’on appelle un reste de supernova. A cette époque, l’explosion était visible à l’œil nu, même de jour. On pensait que la supernova à l’origine du nuage provenait d’une étoile moins évoluée dotée d’un noyau composé d’oxygène, de néon et de magnésium. Des études récentes du télescope spatial James Webb révèlent qu’il pourrait s’agir en fait de l’effondrement du noyau d’une étoile riche en fer.

La nébuleuse du Crabe se trouve dans la constellation du Taureau avec un diamètre de 11 années-lumière. Au plus profond du nuage, qui s’étend à une vitesse de 1 500 kilomètres par seconde, se trouve une étoile à neutrons en rotation rapide connue sous le nom de pulsar. Il émet un faisceau de rayonnement électromagnétique qui traverse l’espace comme un phare balayant l’océan. Elle a fait l’objet de nombreuses études pour connaître la dynamique de l’évolution stellaire.

Des études antérieures ont tenté de comprendre l’énergie cinétique totale de l’explosion initiale en fonction de la vitesse du nuage en expansion. Les données suggèrent que la supernova avait une énergie relativement faible, de sorte que l’étoile progénitrice avait probablement une masse de 8 à 10 fois supérieure à celle du Soleil. Si elle avait été plus massive, elle aurait connu une supernova plus violente qui aurait été détectée par la vitesse plus élevée du nuage de gaz en expansion. Mais il y avait un problème.

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Le télescope de 48 pouces de l’observatoire Fred Lawrence Whipple a capturé cette image en lumière visible de la galaxie Pinwheel (Messier 101) en juin 2023. L’emplacement de la supernova 2023ixf est encerclé. L’observatoire, situé sur le mont Hopkins en Arizona, est exploité par le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hiramatsu et coll. 2023/Sébastien Gomez (STScI)

Les observations de la nébuleuse du Crabe, en particulier la vitesse de rotation élevée du pulsar, semblent contredire la théorie actuelle de la supernova. Dans un modèle d’étoiles de faible masse comme l’étoile progénitrice de la nébuleuse du Crabe, l’oxygène présent dans le noyau s’enflamme lorsque le noyau s’effondre. Ce processus n’a pas assez d’énergie pour générer un pulsar à rotation aussi rapide.

Une équipe d’astronomes a répondu à cette curiosité en utilisant MIRI (Mid-Infrared Instrument) et NIRCam (Near Infrared Camera) à bord du télescope spatial James Webb pour collecter des données sur la nébuleuse du Crabe. L’équipe était dirigée par Tai Tamim de l’Université de Princeton dans le New Jersey. Ils ont déclaré que la composition gazeuse du nuage indique que l’étoile pourrait être plus évoluée avec du fer dans le noyau, ce qui pourrait conduire à une supernova d’énergie plus élevée qu’on ne le pensait auparavant.

Concept artistique du télescope spatial James Webb

Grâce aux instruments sensibles à l’infrarouge de Webb, les raies d’émission du fer et du nickel peuvent être vues plus clairement que jamais. L’étude des raies brillantes dans le spectre de la nébuleuse a permis d’obtenir une estimation plus fiable du rapport fer/nickel. Ils ont découvert qu’il s’agissait d’un pourcentage plus élevé par rapport au Soleil que celui auquel on pourrait s’attendre pour une supernova plus active.

Les résultats sont prometteurs mais les lectures proviennent de deux petites régions de la nébuleuse, donc pour exclure les variations sur l’ensemble des 11 années-lumière, davantage de lectures sont nécessaires. Si les données de Webb représentent la nébuleuse entière, l’un des mystères de la nébuleuse pourrait enfin être résolu.

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source : Enquête sur les origines de la nébuleuse du Crabe avec Webb de la NASA

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

Les réactions électrochimiques sont essentielles à la fabrication de divers produits dans les industries.

La fabrication de l’aluminium, des tuyaux en PVC, du savon et du papier dépend de ces réactions électrochimiques, qui font également partie intégrante du fonctionnement des batteries des appareils électroniques, des voitures, des stimulateurs cardiaques et bien plus encore. De plus, elle a le potentiel de révolutionner la production d’énergie durable et l’utilisation des ressources.

Le cuivre et les catalyseurs similaires jouent un rôle crucial dans la catalyse de ces réactions et sont largement utilisés dans les applications électrochimiques industrielles. Cependant, le manque de compréhension du comportement des catalyseurs au cours des réactions a entravé le développement de catalyseurs améliorés. Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient capables d’imager les stimuli qu’avant et après les réactions, ce qui laisse un vide dans la compréhension des processus qui se produisent entre les deux.

Une collaboration entre le California Institute for Nanosystems de l’Université de Californie et le Lawrence Berkeley National Laboratory a supprimé cette limitation. L’équipe a utilisé une cellule électrochimique spécialement conçue pour surveiller la structure atomique du catalyseur en cuivre pendant la réaction conduisant à la décomposition du dioxyde de carbone.

Cette méthode offre un moyen potentiel de convertir les gaz à effet de serre en carburant ou en d’autres matériaux précieux. Les chercheurs ont enregistré des cas dans lesquels le cuivre formait des amas liquides puis disparaissait à la surface du catalyseur, entraînant des piqûres visibles.

« Pour quelque chose qui est si omniprésent dans nos vies, nous comprenons très peu de choses sur le fonctionnement des stimuli en temps réel. » a déclaré le co-auteur Bri Narang, professeur de sciences physiques à l’UCLA et membre du CNSI. « Nous avons désormais la capacité d’observer ce qui se passe au niveau atomique et de le comprendre d’un point de vue théorique.

« Tout le monde bénéficierait de la conversion directe du dioxyde de carbone en carburant, mais comment pouvons-nous le faire à moindre coût, de manière fiable et à grande échelle ? » a ajouté Narang, qui occupe également un poste en génie électrique et informatique à la School of Engineering de l’UCLA. « C’est le genre de science fondamentale qui devrait faire avancer ces défis. »

Sur la gauche, une flèche rouge suit le mouvement d’un atome de cuivre individuel pendant la réaction électrochimique. À droite, les flèches jaunes indiquent les piqûres restant dans la surface du catalyseur. Source de l’image : Qiubo Zhang/Laboratoire national Lawrence Berkeley

Les découvertes dans le domaine de la recherche sur le développement durable ont des implications significatives, et la technologie qui permet ces découvertes a le potentiel d’améliorer l’efficacité des processus électrochimiques dans diverses applications qui ont un impact sur la vie quotidienne.

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Selon Yu Huang, co-auteur de l’étude et professeur Traugott et Dorothea Frederking et directeur du Département de science et d’ingénierie des matériaux à l’UC Samueli, l’étude pourrait aider les scientifiques et les ingénieurs à passer d’essais et d’erreurs à une approche de conception plus systématique. .

« Toute information que nous pouvons obtenir sur ce qui se passe réellement lors de la stimulation électrique est d’une aide précieuse pour notre compréhension de base et notre recherche de conceptions pratiques. » a déclaré Huang, membre du CNSI. « Sans cette information, c’est comme si nous lancions des fléchettes les yeux bandés et espérions atteindre quelque part près de la cible. »

Un microscope électronique de haute puissance de la fonderie moléculaire du Berkeley Lab a été utilisé pour capturer les images. Ce microscope utilise un faisceau d’électrons pour examiner des spécimens avec un niveau de détail inférieur à la longueur d’onde de la lumière.

Des défis sont rencontrés en microscopie électronique lorsqu’on tente de révéler la structure atomique des matériaux dans des environnements liquides, comme le bain d’électrolyte salin nécessaire à une réaction électrochimique.

L’ajout d’électricité à l’échantillon augmente la complexité du processus. L’auteur correspondant Haiime Cheng, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur adjoint à l’UC Berkeley, et ses collègues ont développé un dispositif hermétiquement fermé pour surmonter ces obstacles.

Les scientifiques ont effectué des tests pour s’assurer que le flux d’électricité dans le système n’affectait pas l’image résultante. En se concentrant sur l’endroit exact où le catalyseur en cuivre rencontre l’électrolyte liquide, l’équipe a enregistré les changements qui se sont produits sur une période d’environ quatre secondes.

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Au cours de la réaction, la structure du cuivre s’est transformée d’un réseau cristallin régulier, généralement présent dans les métaux, en une masse irrégulière. Ce faisceau désordonné, composé d’atomes de cuivre et d’ions chargés positivement ainsi que de quelques molécules d’eau, s’est ensuite déplacé à la surface du catalyseur. Ce faisant, les atomes ont été échangés entre du cuivre régulier et irrégulier, piquant la surface du catalyseur. Finalement, la masse irrégulière a disparu.

« Nous ne nous attendions pas à ce que la surface se transforme en une forme amorphe puis revienne à une structure cristalline. » a déclaré le co-auteur Yang Liu, étudiant diplômé de l’UCLA dans le groupe de recherche de Huang. « Sans cet outil spécial pour observer le système en action, nous ne serions jamais en mesure de capturer ce moment. Les progrès des outils de caractérisation comme ceux-ci permettent de nouvelles découvertes fondamentales, nous aidant à comprendre le fonctionnement des matériaux dans des conditions réelles. »

Référence du magazine :

  1. Qiubo Zhang, Zhigang Song, Qianhu Sun, Yang Liu, Jiawei Wan, Sophia B. Betzler, Qi Cheng, Junyi Shangguan, Karen C. Bustillo, Peter Ercius, Bryneha Narang, Yue Huang et Haimei Cheng. Dynamique atomique des interfaces solide-liquide électrifiées dans les cellules liquides TEM. Nature, 2024 ; Identification numérique : 10.1038/s41586-024-07479-s

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