La communication cellulaire permet aux bactéries de répondre aux indices environnementaux, tels que les niveaux de nutriments et la détection du quorum (densité cellulaire). Les levures sont des eucaryotes (champignons), et les composants et processus que l'on trouve dans les signaux des levures sont similaires à ceux des signaux des récepteurs à la surface des cellules dans les organismes multicellulaires. Par exemple, les levures bourgeonnantes libèrent souvent des facteurs d'accouplement qui leur permettent de participer à un processus similaire à celui de la reproduction sexuelle.

Communication dans les levures

Les levures sont des eucaryotes (champignons), et les composants et processus que l'on trouve dans les signaux des levures sont similaires à ceux des signaux des récepteurs de surface cellulaire dans les organismes multicellulaires. Les levures bourgeonnantes sont capables de participer à un processus similaire à la reproduction sexuée qui consiste en la combinaison de deux cellules haploïdes (cellules ayant la moitié du nombre normal de chromosomes) pour former une cellule diploïde (une cellule avec deux ensembles de chaque chromosome, ce que contiennent les cellules normales du corps). Afin de trouver une autre cellule haploïde de levure prête à s'accoupler, les levures bourgeonnantes sécrètent une molécule de signalisation appelée facteur d'accouplement. Lorsque le facteur d'accouplement se lie aux récepteurs de la surface cellulaire d'autres cellules de levure qui se trouvent à proximité, celles-ci arrêtent leur cycle de croissance normal et déclenchent une cascade de signalisation cellulaire qui comprend des protéines kinases et des protéines de liaison au GTP qui sont similaires aux protéines G.

Les cellules de levure Saccharomyces cerevisiae bourgeonnantes peuvent communiquer en libérant une molécule de signalisation appelée facteur d'accouplement. Dans cette micrographie, elles sont visualisées à l'aide de la microscopie différentielle à contraste d'interférence, une technique de microscopie optique qui améliore le contraste de l'échantillon.

Communication dans les bactéries

La communication dans les bactéries permet aux bactéries de surveiller les conditions extracellulaires, de s'assurer qu'il y a des quantités suffisantes de nutriments et de veiller à ce que les situations dangereuses soient évitées. Dans certaines circonstances, cependant, les bactéries communiquent entre elles.

La première preuve de communication bactérienne a été observée dans une bactérie qui a une relation symbiotique avec le calmar hawaïen. Lorsque la densité de population de la bactérie atteint un certain niveau, une expression génétique spécifique est initiée et la bactérie produit des protéines bioluminescentes qui émettent de la lumière. Comme le nombre de cellules présentes dans l'environnement (densité cellulaire) est le facteur déterminant de la signalisation, la signalisation bactérienne a été appelée détection du quorum. En politique et en affaires, le quorum est le nombre minimum de membres requis pour être présent lors d'un vote sur une question.

La détection du quorum utilise des autoinducteurs comme molécules de signalisation. Les autoinducteurs sont des molécules de signalisation sécrétées par les bactéries pour communiquer avec d'autres bactéries du même type. Les autoinducteurs sécrétés peuvent être de petites molécules hydrophobes telles que la lactone acyl-homosérine (AHL) ou des molécules plus grandes à base de peptides ; chaque type de molécule a un mode d'action différent. Lorsque l'AHL pénètre dans une bactérie cible, elle se lie à des facteurs de transcription, qui activent ou désactivent l'expression des gènes. Les autoinducteurs peptidiques stimulent des voies de signalisation plus complexes qui incluent les kinases bactériennes. Les changements dans les bactéries suite à l'exposition aux autoinducteurs peuvent être assez importants. La bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa possède 616 gènes différents qui répondent aux autoinducteurs.

Auto inducers are small molecules or proteins produced by bacteria that regulate gene expression.

Certaines espèces de bactéries qui utilisent la détection de quorum forment des biofilms, des colonies complexes de bactéries (contenant souvent plusieurs espèces) qui échangent des signaux chimiques pour coordonner la libération de toxines qui vont attaquer l'hôte. Les biofilms bactériens peuvent parfois se trouver sur des équipements médicaux ; lorsque les biofilms envahissent des implants tels que les prothèses de hanche ou de genou ou les stimulateurs cardiaques, ils peuvent provoquer des infections mortelles.

La capacité de certaines bactéries à former des biofilms a évolué grâce à une sélection de gènes qui permettent la communication entre les cellules, ce qui leur confère un avantage sur le plan de l'évolution. Lorsque des colonies de bactéries forment des biofilms, elles créent des barrières qui empêchent les toxines et les médicaments antibactériens d'affecter la population vivant dans le biofilm. Par conséquent, ces populations ont plus de chances de survivre, même en présence d'agents antibactériens. Cela signifie souvent que les bactéries vivant dans les biofilms ont une meilleure aptitude que les bactéries vivant seules.

La communication cellule-cellule permet à ces (a) bactéries Staphylococcus aureus de travailler ensemble pour former un biofilm à l'intérieur du cathéter d'un patient de l'hôpital, vu ici au microscope électronique à balayage. S. aureus est la principale cause des infections nosocomiales. (b) Le calmar hawaïen a une relation symbiotique avec la bactérie bioluminescente Vibrio fischeri. La luminescence rend difficile de voir le calmar par en dessous car elle élimine efficacement son ombre. En échange du camouflage, le calmar fournit de la nourriture à la bactérie. Les V. fischeri vivant en liberté ne produisent pas de luciférase, l'enzyme responsable de la luminescence, mais les V. fischeri vivant en symbiose avec le calmar le font. La détection du quorum détermine si la bactérie doit produire l'enzyme luciférase. (crédit a : modifications des travaux par CDC/Janice Carr ; crédit b : modifications des travaux par Cliff1066/Flickr)

La recherche sur les détails de la détection du quorum a permis de faire des progrès dans la culture des bactéries à des fins industrielles. Des découvertes récentes suggèrent qu'il pourrait être possible d'exploiter les voies de signalisation des bactéries pour contrôler leur croissance ; ce processus pourrait remplacer ou compléter les antibiotiques qui ne sont plus efficaces dans certaines situations.

La première vie sur notre planète était constituée d'organismes procaryotes unicellulaires qui avaient une interaction limitée les uns avec les autres. Bien qu'une certaine signalisation externe se produise entre les différentes espèces d'organismes unicellulaires, le
La majorité de la signalisation au sein des bactéries et des levures ne concerne que les autres membres de la même espèce. L'évolution de la communication cellulaire est une nécessité absolue pour le développement des organismes multicellulaires,
et on estime que cette innovation a nécessité environ 2,5 milliards d'années pour apparaître dans les formes de vie primitives.

Les levures sont des eucaryotes unicellulaires, et possèdent donc un noyau et des organelles caractéristiques de formes de vie plus complexes. Les comparaisons des génomes des levures, des vers nématodes, des mouches à fruits et des humains illustrent l'évolution de systèmes de signalisation de plus en plus complexes qui permettent un fonctionnement interne efficace qui assure le bon fonctionnement des humains et d'autres formes de vie complexes.

Les kinases sont une composante majeure de la communication cellulaire, et l'étude de ces enzymes illustre la connectivité évolutive de différentes espèces. Les levures possèdent 130 types de kinases. Des organismes plus complexes, tels que les vers nématodes et les mouches des fruits, possèdent respectivement 454 et 239 kinases. Sur les 130 types de kinases présents dans les levures, 97 appartiennent aux 55 sous-familles de kinases que l'on trouve dans d'autres organismes eucaryotes. Le site
La seule carence évidente observée chez les levures est l'absence totale de tyrosine kinase. L'hypothèse est que la phosphorylation des résidus de tyrosine est nécessaire pour contrôler les fonctions plus sophistiquées du développement,
la différenciation, et la communication cellulaire utilisée dans les organismes multicellulaires.

Comme les levures contiennent un grand nombre des mêmes classes de protéines de signalisation que les humains, ces organismes sont idéaux pour étudier les cascades de signalisation. Les levures se multiplient rapidement et sont des organismes beaucoup plus simples que les
les humains ou d'autres animaux multicellulaires. Par conséquent, les cascades de signalisation sont également plus simples et plus faciles à étudier, bien qu'elles contiennent des homologues similaires à la signalisation humaine.

Source :Signaling in Single-Celled Organisms