Le moteur à propulsion de Toxoplasma élucidé
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Publiés fin mai dans la revue ACS Nano, ces travaux ont été sélectionnés cette semaine par la Société américaine de chimie dans son focus hebdomadaire pour la presse et ont fait l’objet d’une vidéo de vulgarisation dédiée (en anglais) diffusée sur la chaîne Youtube © American Chemical Society.
Près d’un tiers de la population humaine a contracté l’infection à Toxoplasma qui est le plus souvent bénigne dans sa phase aiguë, excepté au cours du développement fœtal. En revanche, la toxoplasmose est potentiellement grave voire mortelle dans sa phase chronique en cas d’affaiblissement du système immunitaire. Transmis par ingestion d’aliments ou d’eau contaminés, le toxoplasme est un microbe champion de course et prototype de la catégorie des « migrateurs glisseurs » qui navigue au sein de tous les tissus « à la recherche » de cellules hôtes sans lesquelles il ne peut produire de descendance.
Les chercheurs grenoblois ont utilisé les concepts et les approches des biophysiciens, en particulier la microscopie de force résolue en temps, pour décrypter à l’échelle de la seconde et sur des dimensions sub-micrométriques, de potentielles zones de contact entre le parasite et une surface, et de capturer le développement des forces sur ces zones.
Cette approche a permis de découvrir le mécanisme de propulsion du toxoplasme. En identifiant une zone alors inconnue de contact entre la région antérieure du parasite et la surface, les auteurs ont établi le caractère indispensable d’une force de traction exercée par le parasite à partir de ce point d’ancrage. La traction s’accompagne de la courbure à l’avant du parasite qui coïncide avec la charge d’énergie dans un système ressort permis par un cytosquelette spiralé formé de microtubules. En adaptant les techniques récentes de l’imagerie nano-résolutive par expansion, les scientifiques ont modélisé les microtubules en position de ressort comprimé puis lors du relâchement qui déclenche la propulsion caractéristique en hélice de Toxoplasma.
Ces travaux éclairent un mécanisme singulier d'utilisation des microtubules au sein du cytosquelette de la cellule sélectionnée par ce parasite. Ils ouvrent des perspectives innovantes sur la fabrication de nanomoteurs et nanorobots à visée médicale ou industrielle.
© IAB (CNRS/Inserm/UGA) - Bastien Touquet & Isabelle Tardieux
Figure : Le mouvement en hélice du toxoplasme démarre par la mise en place d’un contact (rouge et ligne virtuelle) entre le pôle antérieur du parasite (A) et la surface, qui sert de point d’ancrage au développement d’une force de traction (flèche noire). L’énergie est transitoirement chargée sur les microtubules qui, compressés, agissent comme un ressort (vert), conduisant à la courbure antérieure et à la dé- adhésion au niveau du pôle basal (bleu). Le relâchement du ressort produit la poussée selon la trajectoire des microtubules spiralés.
Près d’un tiers de la population humaine a contracté l’infection à Toxoplasma qui est le plus souvent bénigne dans sa phase aiguë, excepté au cours du développement fœtal. En revanche, la toxoplasmose est potentiellement grave voire mortelle dans sa phase chronique en cas d’affaiblissement du système immunitaire. Transmis par ingestion d’aliments ou d’eau contaminés, le toxoplasme est un microbe champion de course et prototype de la catégorie des « migrateurs glisseurs » qui navigue au sein de tous les tissus « à la recherche » de cellules hôtes sans lesquelles il ne peut produire de descendance.
Les chercheurs grenoblois ont utilisé les concepts et les approches des biophysiciens, en particulier la microscopie de force résolue en temps, pour décrypter à l’échelle de la seconde et sur des dimensions sub-micrométriques, de potentielles zones de contact entre le parasite et une surface, et de capturer le développement des forces sur ces zones.
Cette approche a permis de découvrir le mécanisme de propulsion du toxoplasme. En identifiant une zone alors inconnue de contact entre la région antérieure du parasite et la surface, les auteurs ont établi le caractère indispensable d’une force de traction exercée par le parasite à partir de ce point d’ancrage. La traction s’accompagne de la courbure à l’avant du parasite qui coïncide avec la charge d’énergie dans un système ressort permis par un cytosquelette spiralé formé de microtubules. En adaptant les techniques récentes de l’imagerie nano-résolutive par expansion, les scientifiques ont modélisé les microtubules en position de ressort comprimé puis lors du relâchement qui déclenche la propulsion caractéristique en hélice de Toxoplasma.
Ces travaux éclairent un mécanisme singulier d'utilisation des microtubules au sein du cytosquelette de la cellule sélectionnée par ce parasite. Ils ouvrent des perspectives innovantes sur la fabrication de nanomoteurs et nanorobots à visée médicale ou industrielle.
© IAB (CNRS/Inserm/UGA) - Bastien Touquet & Isabelle Tardieux
Figure : Le mouvement en hélice du toxoplasme démarre par la mise en place d’un contact (rouge et ligne virtuelle) entre le pôle antérieur du parasite (A) et la surface, qui sert de point d’ancrage au développement d’une force de traction (flèche noire). L’énergie est transitoirement chargée sur les microtubules qui, compressés, agissent comme un ressort (vert), conduisant à la courbure antérieure et à la dé- adhésion au niveau du pôle basal (bleu). Le relâchement du ressort produit la poussée selon la trajectoire des microtubules spiralés.