Projet H2020 BacBio : Études mécanistiques et fonctionnelles de l'assemblage du biofilm de Bacillus dans les plantes et son impact sur l'agriculture durable et la sécurité alimentaire
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2015 -2021
- Budget alloué 1.453.562,5 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet BACBIO
Pour garantir un environnement sain, la rentabilité économique et l’équité socioéconomique, il est essentiel de promouvoir et de mettre en œuvre des méthodes agricoles plus durables. Il s’agit d’explorer des approches innovantes. Financé par le Conseil européen de la recherche, le projet BacBio vise à étudier le potentiel des microbes bénéfiques (biofilms) comme substitut partiel aux pesticides, tout en atténuant le risque de contamination par des agents pathogènes humains.
BacBio utilisera diverses stratégies pour étudier la faisabilité de l’utilisation de microbes bénéfiques pour la protection des plantes. Il se concentrera sur deux organismes étroitement liés aux fonctions contrastées : Bacillus subtilis, qui protège les plantes ; et Bacillus cereus, qui est pathogène pour l’homme. En analysant les différences chimiques dans leurs matrices extracellulaires, BacBio cherche à faire progresser notre compréhension des interactions entre les bactéries et les plantes.
- 1. Nous avons pu décrire au niveau atomique les principales différences entre la protéine amyloïde de deux bacilles apparentés (B. subtilis et B. cereus), ce qui semble déterminer leur fonctionnalité en écologie végétale.
- 2. Nous avons également constaté une diversification des fonctions de la matrice extracellulaire (ECM) dans son interaction avec l'environnement. Cette interaction, qu’elle soit chimique (signalisation) ou structurelle, permet l’établissement de communautés bactériennes stables dans les plantes ou une communication bénéfique entre les règnes.
- 3. Nous avons découvert que la fonction principale de l'amyloïde B. subtilis est d'assurer l'intégrité de la membrane cellulaire lorsque les cellules entrent dans la phase stationnaire de croissance, en plus de son rôle dans l'assemblage du biofilm. Ces deux fonctions affectent la persistance et l’interaction antagoniste avec les champignons pathogènes.
- 5. Différentes surfaces végétales possèdent des caractéristiques morphologiques et chimiques distinctives qui modulent l’écologie des bacilles et l’expression des gènes liés au biofilm.
- 6. La capacité de B. cereus à induire des lésions intestinales repose, alternativement, sur la persistance des cellules végétatives dans les plantes.
Cela contribue au maintien d’autres propriétés écologiques, telles que la formation de biofilm. Ces résultats représentent une avancée majeure dans le véritable rôle des biofilms bactériens dans l’écologie bactérienne des plantes et dans leur gestion pour améliorer leur contribution bénéfique à la santé des cultures. Par conséquent, d’un point de vue appliqué, nos résultats peuvent être facilement traduits en une meilleure mise en œuvre des microbes et des molécules dérivées dans le cadre de programmes de production de produits phytosanitaires durables.
L'étude de B. cereus a révélé qu'au-delà des spores et des toxines, il est important de prêter attention aux cellules végétatives, qui peuvent provoquer une grande variété de symptômes chez l'homme, allant de la diarrhée ou des vomissements à la mort, ce qui rend nécessaire de revoir la procédure utilisée pour leur détection. Ces résultats ont été diffusés au sein de la communauté scientifique par le biais d’articles de recherche ou de présentations lors de séminaires et de conférences.
L’une des principales préoccupations de l’agrobiotechnologie est la gestion des maladies microbiennes chez les plantes. Le traitement de ces maladies implique l’utilisation de pesticides (fongicides, bactéricides, nématicides) ; Cependant, l’abus de cette approche menace la santé environnementale. De plus, la présence et la prévalence de microbes dans les fruits et légumes, qui sont des agents responsables de maladies humaines, constituent un problème important qui non seulement a un impact négatif sur la santé publique mais contamine également l’industrie alimentaire.
Tous ces problèmes contredisent le concept de durabilité, qui guide les politiques agricoles et agroalimentaires, et nécessitent de donner la priorité au développement de stratégies innovantes et efficaces qui réduisent les dommages environnementaux et la santé publique tout en préservant la qualité et les avantages des produits. Dans notre projet, nous travaillons avec la bactérie bénéfique Bacillus subtilis et l'espèce phylogénétiquement apparentée Bacillus cereus, qui comprend des souches pathogènes. Les deux microbes sont capables de former des biofilms qui servent à protéger les cellules bactériennes des agressions extérieures, entre autres fonctions.
Afin de proposer des stratégies viables visant à favoriser la formation de biofilm et, par conséquent, un effet positif des bactéries bénéfiques, tout en ralentissant ou en empêchant simultanément l'établissement de pathogènes, il est important de comprendre les facteurs bactériens impliqués dans ce programme de développement et de rechercher des cibles spécifiques.
Dans notre projet, nous nous intéressons aux objectifs spécifiques suivants : 1.- Comprendre le processus d'amyloïdogenèse. Pour couvrir cette étude, nous proposons d’alterner entre des conditions in vitro et végétales, en utilisant une variété de techniques, notamment la chimie, la biophysique et la biologie cellulaire. 2.- Comprendre comment la plante module la formation de biofilm, en mettant l'accent sur l'effet sur les amyloïdes, et réciproquement, quelle est la réponse de la plante à l'établissement de ces communautés. 3.- Étudier comment les deux espèces bactériennes communiquent entre elles ou même avec d’autres espèces qui peuvent coexister dans le même habitat.
L’agriculture durable est un concept ambitieux conçu pour améliorer la productivité tout en minimisant les effets secondaires. Pourquoi l’efficacité d’un agent de lutte biologique est-elle si variable ? Comment différentes thérapies peuvent-elles être efficacement combinées pour lutter contre les maladies microbiennes ? Il s’agit de questions qui nécessitent que la recherche soit abordée selon des critères de durabilité.
Ce que je présente est une proposition globale qui vise à étudier l'écologie microbienne et plus particulièrement les biofilms bactériens comme axe central de deux scénarios différentiels mais probablement interconnectés en santé végétale : i) l'interaction bénéfique de l'agent de lutte biologique (BCA) Bacillus subtilis, et ii) l'interaction non conventionnelle du pathogène d'origine alimentaire Bacillus cereus.
Je vais commencer à travailler avec B. subtilis, et les raisons sont les suivantes : 1) Différents isolats sont des BCA prometteurs et sont commercialisés à cette fin, 2) Il existe de nombreuses informations sur les circuits génétiques qui régissent des aspects importants de la physiologie de B. subtilis tels que la production d'antibiotiques, la différenciation cellulaire et la formation de biofilm.
En parallèle, je propose d’étudier la manière dont B. cereus, une bactérie pathogène d’origine alimentaire, interagit avec les plantes. Je prévois de développer une approche multidisciplinaire combinant la génétique, la biochimie, la protéomique, la biologie cellulaire et la biologie moléculaire pour visualiser comment cette population bactérienne interagit et communique avec les plantes et autres micro-organismes, ou comment tous ces facteurs déclenchent ou inhibent le programme de développement qui conduit à la formation de biofilm.
Je m’intéresse également à savoir si les composants structurels de la matrice extracellulaire bactérienne (exopolysaccharides ou protéines amyloïdes) sont importants pour la santé bactérienne. Si tel est le cas, j’étudierai également quels facteurs externes affectent leur expression et leur assemblage en biofilms fonctionnels. Les connaissances acquises dans ces études visent à faire progresser notre compréhension de l’écologie microbienne et de son applicabilité biotechnologique à l’agriculture durable et à la sécurité alimentaire.
Notre projet repose sur le principe de fusion des disciplines, qui vise à élargir de manière exponentielle nos connaissances sur les questions auxquelles nous cherchons à répondre. L’un des éléments les plus attractifs impliqués dans l’assemblage du biofilm sont les protéines amyloïdes, largement distribuées dans la nature et dotées de fonctions diverses. La combinaison de la chimie organique et analytique avec la biophysique ou la biochimie a permis de trouver des différences dans la formation des fibres. Nous pensons que nos recherches ont un impact significatif sur la biologie cellulaire et structurelle, ainsi que sur la biotechnologie agricole et la biomédecine. Nous avons pu valider les connaissances accumulées dans les études in vitro sur les biofilms végétaux, contribuant de manière décisive aux fondements de l'écologie microbienne.
Il est clair que les bactéries utilisent une variété de facteurs pour vivre et communiquer avec les plantes, et nous avons élargi nos connaissances dans ce domaine. De plus, nos recherches démontrent également la pertinence de la plante hôte non seulement sur le plan immunologique, mais aussi sur le plan métabolique et structurel (topologique). Comme les humains, les plantes ont un système immunitaire qui réagit aux agressions ou aux changements extérieurs, dont l’un est celui des communautés bactériennes avec lesquelles elles vivent en association.
Le résultat final, le développement de la maladie ou l’établissement du pathogène, sera le résultat d’un réseau complexe d’interactions et de dialogues entre tous les acteurs : pathogènes des plantes, pathogènes bénéfiques et pathogènes humains. La combinaison, une fois de plus, de disciplines telles que la microbiologie et la physiologie végétale avec des techniques de chimie analytique de pointe et divers OMICS a contribué de manière décisive au succès de ces études et a fourni des conclusions intéressantes et de nouvelles hypothèses.
Dans toutes ces études, nous passons du comportement des populations bactériennes à la visualisation réelle des changements, pour ensuite nous lancer dans des études plus détaillées et spécifiques au niveau cellulaire ou individuel. En résumé, notre projet a fourni des réponses à des questions fondamentales sur la biologie et la physiologie des cellules microbiennes, afin de comprendre véritablement dans une perspective plus holistique comment elles se coordonnent pour générer une réponse dans le contexte de l'interaction avec les plantes, des connaissances qui seraient fournies à : 1) le développement de stratégies de lutte biologique plus robustes et réalisables visant à réduire l'utilisation de produits chimiques seuls ou en combinaison avec d'autres stratégies de gestion dans le cadre de pratiques durables et 2) contribuer à éradiquer ou à prévenir l'établissement de communautés d'agents pathogènes humains dans les fruits ou légumes prêts à la consommation et responsables de maladies humaines.
- UNIVERSIDAD DE MALAGA (UMA)
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