Les kamikazes unicellulaires, fer de lance de l'infection bactérienne
Comment quelques cellules soldats confèrent la virulence à une population bactérienne entière en se sacrifiant
Vous vous sentez soudain malade : des bactéries pathogènes ont réussi à coloniser votre corps et à s'y propager ! Les armes qu'elles utilisent pour leur invasion sont des toxines nocives qui ciblent les mécanismes de défense de l'hôte et les fonctions cellulaires vitales. Avant que ces toxines mortelles ne puissent attaquer les cellules hôtes, les bactéries doivent d'abord les exporter de leur site de production - le cytoplasme - à l'aide de systèmes de sécrétion spécifiques. Le groupe de Stefan Raunser, directeur de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire, vient d'élucider un mécanisme de sécrétion exceptionnel, jusqu'ici énigmatique, qui permet la libération des gigantesques toxines Tc. Dans une sorte d'attaque kamikaze, un petit groupe de bactéries dites "soldats", bourrées à craquer de toxines, libèrent leur cargaison mortelle en explosant dans l'hôte. Le ciblage de ces sous-populations dans les thérapies médicales pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour les maladies déclenchées par des bactéries de plus en plus résistantes aux antibiotiques.
Le mécanisme exceptionnel de sécrétion des toxines Tc.
MPI MOPH
Une fois qu'une bactérie pathogène a pénétré dans son hôte, elle met en œuvre une série de mécanismes de défense et d'attaque pour se propager, envahir et coloniser les tissus et organes plus profonds. Ces mécanismes comprennent la sécrétion d'une série de protéines toxiques qui neutralisent les défenses cellulaires de l'hôte. Chez les bactéries gram-négatives, qui peuvent déclencher des infections graves et deviennent de plus en plus résistantes aux antibiotiques, les protéines toxiques doivent franchir plusieurs barrières cellulaires - appartenant à la fois à la bactérie et à l'hôte - pour finalement atteindre leur destination. À cette fin, les bactéries ont développé un certain nombre de systèmes de sécrétion spécialisés. Certains peuvent sécréter une variété de toxines et sont présents chez presque toutes les bactéries, tandis que d'autres n'ont été identifiés que chez quelques bactéries. Le mécanisme de sécrétion de nombreuses petites toxines a déjà été établi. Il n'en va pas de même pour les toxines plus importantes, comme les toxines Tc produites par la célèbre bactérie Yersinia, qui comprend également des agents pathogènes responsables de la peste et de la tuberculose. "Pendant des décennies, la manière dont les énormes toxines Tc atteignent leur destination finale est restée énigmatique. En obtenant les premières structures 3D d'une toxine Tc dans nos études antérieures de cryomicroscopie électronique, nous avons déjà pu comprendre comment elle contourne la dernière barrière, la membrane de l'hôte, à l'aide d'un mécanisme d'injection semblable à celui d'une seringue. Aujourd'hui, nous avons pu compléter le tableau et montrer comment ces toxines franchissent les trois barrières séparant l'intérieur de la bactérie de son environnement d'une manière vraiment spectaculaire", explique Stefan Raunser.
Des bactéries qui explosent
Dans leurs travaux récents, Raunser et son équipe ont appliqué une combinaison de plusieurs techniques de pointe pour étudier la sécrétion de la toxine Tc YenTc produite par l'insecte pathogène Yersinia entomophaga, qui est cruciale pour l'établissement d'une infection par cette espèce bactérienne. Le plus grand défi a été d'identifier dans un premier temps lequel des mécanismes de sécrétion connus est utilisé à cette fin par la bactérie. À cette fin, les scientifiques ont éliminé l'un après l'autre tous les systèmes de sécrétion suspectés en utilisant l'édition ciblée du génome. Aucun de ces systèmes n'ayant permis de stopper la libération de la toxine, la même technique a été utilisée pour modifier la toxine de manière à pouvoir visualiser sa sécrétion - avec succès cette fois. "Observer certaines bactéries exploser littéralement pour libérer leurs toxines a été un véritable moment d'euphorie", explique Oleg Sitsel, premier auteur de l'étude. Une analyse protéomique minutieuse a finalement mis en évidence un système de sécrétion de type 10 sensible au pH, responsable de la libération des toxines, une classe de machinerie d'exportation de protéines qui n'a été établie que récemment. Une analyse tomographique cryo-électronique ultérieure a permis de visualiser étape par étape les détails de la manière dont ce système de sécrétion exporte le contenu cellulaire par le biais d'un mode d'action lytique inconnu jusqu'alors, qui surmonte les trois barrières entourant les bactéries gram-négatives.
Devenir une cellule soldat
Les scientifiques ont découvert que seul un petit sous-ensemble spécialisé de cellules bactériennes produit et exporte les toxines en payant le prix ultime, à savoir la mort. Mais qu'est-ce qui pousse ces cellules, que les auteurs ont appelées "cellules soldats", à s'agrandir et à produire un cocktail de toxines mortelles contenant du YenTc, puis à se suicider au profit de leurs camarades ? Les scientifiques ont d'abord déterminé que l'apparition des cellules soldats dépend de la température, des nutriments et de la densité cellulaire. Ils ont ensuite découvert un commutateur génétique sensible à la température qui synchronise la production de toxines avec la production du système de sécrétion et transforme les cellules "normales" en cellules soldats. La production massive de toxines, associée à la taille accrue des cellules, garantit que seuls quelques individus doivent être sacrifiés pour le plus grand bien de la population bactérienne, ce qui constitue une stratégie extrêmement efficace.
"Nous pensons que les cellules normales se transforment en cellules soldates lors de l'ingestion, en réponse aux nutriments de l'insecte hôte. La sécrétion de toxines est sensible au pH, ce qui retarde sa libération jusqu'à ce que les cellules soldats atteignent l'intestin moyen postérieur alcalin, leur principal théâtre d'opérations", explique M. Raunser.
"Cette stratégie de sécrétion est unique et remarquable. Le comportement de ces bactéries présente des caractéristiques telles que la différenciation et l'altruisme, qui rappellent les systèmes eusociaux. S'il s'agit d'un mécanisme plus courant, nous pourrions avoir mis en évidence un point faible des bactéries : le ciblage spécifique des cellules soldats pourrait devenir une stratégie médicale prometteuse dans la lutte contre les bactéries pathogènes, en particulier à une époque où la résistance aux antibiotiques est de plus en plus forte", conclut M. Raunser.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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