Le moteur à propulsion de Toxoplasma élucidé

Publié par Adrien le 18/06/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
La fonction de mobilité est au centre de la vie de nombreuses cellules, y compris du parasite Toxoplasma, l'agent causal de la toxoplasmose. Pour ce dernier, des scientifiques ont mesuré en temps réel les forces exercées lors de ses déplacements. Ils sont parvenus à décrypter comment le parasite prend périodiquement appui sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) et utilise un système "ressort" qui fournit l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) permettant sa propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le...). Cette découverte, publiée dans la revue ACS nano, révèle le mécanisme ingénieux développé par le toxoplasme pour naviguer dans des matrices tissulaires et coloniser ses cellules-hôtes.


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 (Graphie) d'ancrage au développement d'une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) de traction (flèche noire). L'énergie est transitoirement chargée sur les microtubules qui, compressés, agissent comme un ressort (vert), conduisant à la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par...) antérieure et à la dé- adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance mécanique à la...) au niveau du pôle basal (bleu). Le relâchement du ressort produit la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) selon la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) des microtubules spiralés.
© Bastien Touquet & Isabelle Tardieux

Près d'un tiers de la population humaine a contracté l'infection à Toxoplasma qui est le plus souvent bénigne dans sa phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) aiguë, excepté au cours du développement foetal. En revanche, la toxoplasmose (La toxoplasmose est une infection parasitaire dont l'agent est le protozoaire Toxoplasma gondii. Le parasite infecte le plus souvent des animaux à sang chaud, y compris l’être humain, mais son hôte définitif est un...) est potentiellement grave voire mortelle dans sa phase chronique en cas d'affaiblissement du système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le « soi » du...). Transmis par ingestion d'aliments ou d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) contaminés, le toxoplasme est un microbe (Les micro-organismes ou microbes sont des organismes vivants microscopiques (invisible à l'œil nu) et qui ne peuvent donc être observés qu'à...) champion de course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) et prototype de la catégorie des "migrateurs glisseurs" qui navigue au sein de tous les tissus "à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....)" de cellules hôtes sans lesquelles il ne peut produire de descendance.

Les chercheurs ont utilisé les concepts et les approches des biophysiciens, en particulier la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments...) de force résolue en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), pour décrypter à l'échelle de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La...) et sur des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) 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 (En informatique, on appelle identifiants (également appelé parfois en anglais login) les informations permettant à une personne de s'identifier auprès d'un système.) 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) d'énergie dans un système ressort permis par un cytosquelette spiralé formé de microtubules. En adaptant les techniques récentes de l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la...) 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 sélectionné par ce parasite. Ils ouvrent des perspectives innovantes sur la fabrication de nanomoteurs et nanorobots à visée médicale ou industrielle.

How Toxoplasma parasites glide so swiftly - Headline Science
© Americain Chemical Society 17.06.2020 Partager Audiodescription (L'audiodescription est une sorte de sous-titrage[1] adapté aux déficients visuels (non-voyants et malvoyants).)

Pour en savoir plus:

Coupling Polar Adhesion with Traction, Spring and Torque Forces Allows High Speed Helical Migration of the Protozoan Parasite Toxoplasma
Pavlou G, Touquet B, Vigetti L, Renesto P, Bougdour A, Debarre D, Balland M, Tardieux I.
ACS nano 20 mai 2020. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01893

Laboratoire:

Institut pour l'Avancée des Biosciences (IAB) - (CNRS/ Inserm/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) Grenoble Alpes)
Site Santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou...), Allée des Alpes, 38700 La Tronche.

Laboratoire interdisciplinaire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) (LIPhy) - (CNRS/Université Grenoble Alpes)
Domaine universitaire, 140 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les...) de la physique, 38400 Saint Martin d'Hères.
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