La phototaxie est la capacité des organismes à se déplacer de manière directionnelle en réponse à une source de lumière. De nombreuses cyanobactéries présentent une phototaxie, à la fois vers et à l’écart d’une source de lumière. Dans l’environnement, la capacité de se déplacer dans des conditions de lumière optimales pour la photosynthèse est susceptible d’être un avantage. Nous nous intéressons particulièrement à la façon dont les cellules perçoivent la lumière de différentes longueurs d’onde; les photorécepteurs impliqués et la cascade de transduction du signal impliqués dans ce processus.
Pour disséquer le processus de motilité et de phototaxie chez Synechocystis sp. nous avons généré une bibliothèque de mutants de motilité marqués par transposon. Plusieurs de ces mutants de motilité marqués ont cartographié des gènes de type chimiotaxie à des loci que nous avons nommés loci tax. Les rôles des protéines chimiotaxiques dans la transduction du signal sont assez bien compris chez les bactéries entériques flagellées, mais beaucoup moins dans d’autres systèmes. Synechocystis sp. a trois loci fiscaux, dont deux sont impliqués dans les réponses de motilité. La perturbation du locus tax1 (qui contient un photorécepteur, TaxD1) produit des mutants qui sont négativement phototactiques tandis que les mutants tax3 sont non mobiles et n’ont pas de pili. Plusieurs nouveaux mutants aberrants dans la phototaxie sont caractérisés à l’aide d’approches biochimiques et génétiques. Nous avons développé un modèle préliminaire de phototaxie et développons un système d’analyse de la phototaxie chez des cyanobactéries thermophiles isolées de tapis microbiens.
Nous avons montré que dans l’organisme modèle Synechocystis. sp. la phototaxie est un phénomène dépendant de la surface qui nécessite des pili de type IV plutôt que des flagelles. De nombreuses bactéries à Gram négatif ont des pili de type IV, qui sont de longs appendices de surface protéiques multifonctionnels. Fait intéressant, les pili de type IV sont nécessaires à diverses fonctions telles que la motilité sociale, la reconnaissance hôte-pathogène, la capacité à absorber l’ADN exogène et la formation de biofilms.
Actuellement, nous utilisons des programmes de microscopie vidéo en accéléré et de suivi pour suivre des cellules individuelles et des populations afin de poser des questions de base sur les paramètres qui régissent la motilité. En collaboration avec Doron Levy (Département de mathématiques, Université du Maryland), nous modélisons la dynamique sociale de la motilité dépendante de la surface. Nous avons également récemment mis en place des collaborations avec le groupe de K.C. Huang (Département de bioingénierie, Stanford) pour simuler et contrôler la motilité dépendante de la surface. Il est probable que les cellules fonctionnent comme des groupes et que la dynamique de la communication de groupe peut être médiée par des signaux pili et moléculaires tels que l’AMPc. Le rôle de la communication est particulièrement pertinent pour les tapis microbiens et d’autres communautés bactériennes dans les environnements naturels.
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PUBLICATIONS PERTINENTES (version PDF disponible sous Publications)
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2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Dynamique de groupe de la Phototaxie: Systèmes Stochastiques à Nombreuses Particules en Interaction et leur Limite de Continuum, chez S. Benzoni-Gavage et D. Serre (Eds.), `Problèmes Hyperboliques: Théorie, Numériques, Applications », Actes de la Onzième Conférence Internationale sur les Problèmes Hyperboliques, Lyon, 2006. Il s’agit de la première édition de la revue.
3. Bhaya, D., (2004) Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicellular cyanobacteria Mol. Microbiol. 53:745-754
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