IRP MagMC

Laboratoire « Évolution et développement des organismes magnétiques multicellulaires »

Evolution and Development of Magnetotactic Multicellular Organisms

*PROJET TERMINE*

Date d’exercice : 2017.01-2020.12
Directeur FR : WU Long-Fei
wu@imm.cnrs.fr
Directeur CH : PAN Yongxin
yxpan@mail.iggcas.ac.cn
Effectif : FR : 6 / CH: 15
Nombre de doctorants : 8
Nombre de post-doctorants : 4
Nombre de laboratoires : FR : 3 / CH : 4
Nombre de copublications : 14
Villes impliquées :
En France : Marseille, Paris, Toulouse
En Chine : Beijing, Qingdao, Sanya
Site internet : http://www.biomnsl.igg.cas.cn/

Introduction

L’intensité du champ magnétique terrestre varie selon les positions géographiques. Il connaît de faibles variations liées à la dynamo ionosphérique pilotée par le rayonnement solaire et la marée. Au cours de l’évolution, les organismes, des bactéries aux vertébrés, ont développé la capacité d’utiliser le champ magnétique terrestre comme signal pour s’orienter et se positionner ; un comportement en rapport avec ce qu’on appelle la magnéto-réception ou la magnétotaxis.

Bien que les comportements magnétotactiques ou magnétoréceptifs ont été découverts il y a un demi-siècle, la nature de la boussole biologique, le mécanisme de la magnétoréception ainsi que l’évolution de cette caractéristique biologique restent mal comprises.

Missions et thèmes de recherche :
L’objectif du IRP-MagMC est d’étudier les organismes magnétotactiques, à savoir les espèces aussi bien unicellulaires que multicellulaires, afin de comprendre de façon plus complète l’évolution et le développement la multicellularité magnétique.

Principaux projets de recherche

Le IRP-MagMC développe des approches intégrées de l’écologie, de la biologie, de la microscopie, de la biophysique ainsi que des technologies microfluidiques pour atteindre ses objectifs scientifiques.

Les équipes du IRP-MagMC s’attachent à l’étude de la biodiversité des bactéries magnétostatiques (MTB) dans les environnements d’eau douce, dans les sédiments intertidaux de la Mer de Chine et en Méditerranée. Les équipes ont tout particulièrement observé des MTB vivants, réuni des fossiles de magnétite. Elles ont identifié de nouveaux endémismes d’espèces dans les écosystèmes coralliens en Mer de Chine du Sud, dans les sédiments du Pacifique oriental à -5000m ainsi qu’un mont sous-marin à des profondeurs de 230 à 2000 dans le Pacifique occidental.

Les équipes ont obtenu 6 cultures axeniques, sequencé 5 génomes unicellulaires et 4 génomes de MTB multicellulaires. Le IRP-MagMC a développé une boîte à outils CRISPR d’édition des gênes pour investiguer les mécanismes de la synthèse du magnétosome et de la magnéto-réception. Et pour utiliser les MTB dans des applications biomédicales et environnementales.

Le IRP utilise des techniques optiques (Phase, DIC, Confocal fluorescence…), électroniques (TEM, SEM, STEM-XEDS, FIBS) et nano-SIMS (Spectrométrie de masse d’ions secondaires à l’échelle nanométrique) pour analyser le mouvement et le cycle de vie des MTB, trier et identifier les cellules de MTB, étudier la composition et la structure fine du cristal magnétique des magnétoglobules et comprendre le métabolismes des cellules.

Les institutions et laboratoires impliqués

Côté français:
• Laboratoire de chimie bactérienne (LCB), CNRS-AMU, UMR7283
• Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS), CNRS, UPR8001
• Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie CNRS-IMPMC, UMR7590
Côté chinois :
• Key Laboratory of Earth and Planetary Physics, Institute of Geology and Geophysics (IGG), CAS
• Key Laboratory of Marine Ecology & Environmental Sciences, Institute of Oceanology (IO), CAS
• Beijing Key Laboratory of Bioelectromagnetism, Institute of Electrical Engineering (IEE), CAS
• Laboratory of Deep Sea Microbial Cell Biology, Institute of Deep Sea Science and Engineering (IDSSE), CAS

Architecture of ellipsoidal magnetoglobules. SEM micrograph shows an ellipsoidal magnetoglobule composed of 60s constituent cells. Fluorescence confocal image indicates cells assembling axisymmetrically into one-layer, hollow architecture with peripheral-core polarity. DAPI staining was used to visualize chromosomes (blue spots), FM-4-64 to visualize membranes (red color). HPF/FS-fixed ultrathin section shows the juxtaposed cellular membranes, unilateral indentation of cell outer membranes and the magnetosome crystals (peripheral white particles). Micrograph of scanning transmission electron microscope (STEM-EXDS) shows the aligned magnetosome chains (green color) along the long axis of the ellipsoidal magnetoglobule. SEM micrograph reveals flagella on the surface of magnetoglobules. Micrographs of HPF/FS-fixed ultrathin section shows the flagella (green triangles) and the typical flagellar motor (inset).

Orientation des différents polymorphes d’une protéine BPTI ayant cristallisé en présence d’un champ magnétique horizontal
© UPR7251. Photothèque Cnrs