Une étude, dont les résultats intitulés «HetL, HetR and PatS form a reaction-diffusion system to control pattern formation in the cyanobacterium nostoc PCC 7120» sont publiés dans la revue eLife, a permis de révéler un aspect-clé de la différenciation chez une cyanobactérie multicellulaire, chez laquelle une cellule sur dix 'renonce' à la photosynthèse pour s'engager dans la fixation de l'azote atmosphérique.

Relevons que les cyanobactéries «sont les seules bactéries capables de puiser directement leur énergie du soleil, de la même manière que les plantes, en réalisant la photosynthèse». En outre, «certaines souches sont capables de fixer l’azote présent dans l'atmosphère»: elles peuvent «extraire ce gaz et le transformer en azote organique constituant de base de nombreux composés nécessaires à la vie». Néanmoins, «les deux processus ne peuvent pas se produire dans une cellule donnée en même temps».

Comme chez une souche de cyanobactéries appelée Nostoc PCC 7120, qui «est organisée en longs filaments de cellules interconnectées», une cellule sur dix arrête, «dans certaines conditions», d’effectuer la photosynthèse, et «commence à fixer l'azote atmosphérique à la place», le problème se pose de savoir comment ces bactéries peuvent compter exactement jusqu’à dix en s’organisant «selon un schéma aussi précis».

En fait, «les cellules de Nostoc peuvent communiquer et établir des patrons d’expression en échangeant des signaux moléculaires qui induisent ou inhibent certains programmes cellulaires». Concrètement, «une protéine appelée HetR active le programme génétique qui permet aux cyanobactéries de fixer l'azote; d'autre part, un signal connu sous le nom de PatS se lie à HetR et l'inhibe. De la sorte, «les cellules qui commencent à se spécialiser dans la fixation de l'azote produisent à la fois HetR et PatS» et, alors, PatS en se diffusant dans les cellules environnantes les empêche de fixer l'azote.

Jusqu'ici, «on ignorait comment la cellule fixatrice d'azote pouvait ignorer son propre signal PatS et garder son signal HetR actif». Dans ce contexte, l'étude ici présentée montre «que HetL, une autre protéine produite par la future cellule fixatrice d'azote, ne peut pas diffuser d'une cellule à l'autre, et qu'il se lie à HetR au même endroit que PatS». Ainsi, «lorsque PatS et HetL sont tous deux présents, ils se font concurrence pour interagir avec HetR et l’équilibre est en faveur de HetL, ce qui le protège de l’inhibition par PatS et permet ainsi à la différenciation d’avoir lieu».

Soulignons pour finir que connaître «comment les cyanobactéries fixent l'azote pourrait aider à développer de nouveaux moyens de fertilisation» et que découvrir «comment ces organismes simples peuvent créer des patrons d’expression réguliers pourrait aider à comprendre comment ces motifs ont émergé chez des organismes plus complexes».