Les organoïdes pulmonaires dévoilent leur secret : comment les agents pathogènes infectent le tissu pulmonaire humain
Nouveau capteur pour la surveillance des bactéries
Comment les agents pathogènes envahissent-ils les poumons ? En utilisant des microtissus pulmonaires humains, une équipe du Biozentrum de l'université de Bâle a découvert la stratégie utilisée par un dangereux agent pathogène. La bactérie cible des cellules pulmonaires spécifiques et a développé une stratégie sophistiquée pour franchir la ligne de défense des poumons.
Au début de l'année, l'OMS a publié une liste de douze bactéries pathogènes parmi les plus dangereuses au monde, résistantes à de nombreux antibiotiques et constituant une grave menace pour la santé humaine. Cette liste inclut Pseudomonas aeruginosa, un pathogène nosocomial très redouté qui provoque des pneumonies graves et potentiellement mortelles. Cet agent pathogène est particulièrement dangereux pour les patients immunodéprimés et ceux qui sont sous ventilation mécanique, avec des taux de mortalité pouvant atteindre 50 %.
La barrière pulmonaire est pénétrable
Pseudomonas aeruginosa a développé un large éventail de stratégies pour envahir les poumons et l'organisme. Des chercheurs dirigés par le professeur Urs Jenal du Biozentrum de l'université de Bâle ont maintenant acquis de nouvelles connaissances sur le processus d'infection en utilisant des microtissus pulmonaires cultivés en laboratoire et générés à partir de cellules souches humaines. Dans la revue scientifique Nature Microbiology, ils décrivent comment Pseudomonas traverse la couche supérieure du tissu pulmonaire et envahit les zones plus profondes. Cette étude a été réalisée dans le cadre du Pôle de recherche national (PRN) "AntiResist".
Nos poumons sont tapissés d'une fine couche de cellules très serrées qui protègent les couches plus profondes du tissu pulmonaire. La surface est recouverte de mucus, qui piège les particules telles que les micro-organismes et est éliminé des voies respiratoires par des cellules spécialisées. Cette couche constitue une barrière efficace et presque impénétrable contre les agents pathogènes envahissants. Cependant, la bactérie Pseudomonas a trouvé le moyen de la franchir. Mais la manière dont l'agent pathogène traverse la barrière tissulaire est restée un mystère jusqu'à présent.
Les organoïdes pulmonaires permettent de mieux comprendre les infections chez l'homme
"Nous avons cultivé des microtissus pulmonaires humains qui reproduisent de manière réaliste le processus d'infection à l'intérieur du corps d'un patient", explique M. Jenal. "Ces modèles pulmonaires nous ont permis de découvrir la stratégie d'infection de l'agent pathogène. Il utilise les cellules de gobelet productrices de mucus comme des chevaux de Troie pour envahir et traverser la barrière tissulaire. En ciblant les cellules de gobelet, qui ne constituent qu'une petite partie de la muqueuse pulmonaire, la bactérie peut franchir la ligne de défense et ouvrir la porte."
Grâce à un large arsenal de facteurs de virulence, connus sous le nom de systèmes de sécrétion, l'agent pathogène attaque et envahit spécifiquement les cellules de gobelet, se réplique à l'intérieur des cellules et finit par les tuer. L'éclatement des cellules mortes entraîne des ruptures dans la couche tissulaire, ce qui rend la barrière protectrice non étanche. Les agents pathogènes exploitent ce point faible : Ils colonisent rapidement les sites de rupture et se répandent dans les régions plus profondes du tissu.
Un nouveau capteur pour surveiller les bactéries
En utilisant des organoïdes pulmonaires humains, les scientifiques ont pu élucider les stratégies d'infection sophistiquées de Pseudomonas. Cependant, la manière dont les agents pathogènes adaptent leur comportement au cours du processus d'infection n'est toujours pas claire. Par exemple, ils doivent d'abord être mobiles pour se répandre à la surface des tissus, puis adhérer rapidement aux cellules pulmonaires en cas de contact, et enfin activer leurs facteurs de virulence. On sait que les bactéries peuvent modifier rapidement leur comportement grâce à de petites molécules de signalisation. Cependant, jusqu'à présent, la technologie permettant d'étudier ces corrélations n'était pas disponible.
L'équipe de Jenal a mis au point un biocapteur permettant de mesurer et de suivre une petite molécule de signalisation appelée c-di-GMP dans chaque bactérie. La méthode a été récemment décrite dans la revue Nature Communications. "Il s'agit d'une percée technologique", déclare M. Jenal. "Nous pouvons désormais suivre en temps réel et avec une haute résolution la manière dont cette molécule de signalisation est régulée pendant l'infection et comment elle contrôle la virulence de l'agent pathogène. Nous disposons désormais d'une vue détaillée du moment et de l'endroit où les cellules bactériennes individuelles activent certains programmes pour réguler leur comportement. Cette méthode nous permet d'étudier plus en détail les infections pulmonaires".
Les modèles d'organes reproduisent les conditions des patients
"Grâce au développement d'organoïdes pulmonaires humains, nous avons désormais une bien meilleure compréhension du comportement des agents pathogènes dans les tissus humains et vraisemblablement chez les patients", souligne M. Jenal. "Cela nous rapproche considérablement de l'objectif du PRN AntiResist". Les organoïdes du poumon humain et d'autres organes comme la vessie permettent aux chercheurs d'étudier les effets des antibiotiques dans les tissus, par exemple en identifiant où et comment les bactéries survivent pendant le traitement. De tels modèles d'organes seront indispensables à l'avenir pour développer de nouvelles stratégies efficaces de lutte contre les agents pathogènes.
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.
Publication originale
A. Leoni Swart, Benoît-Joseph Laventie, Rosmarie Sütterlin, Tina Junne, Luisa Lauer, Pablo Manfredi, Sandro Jakonia, Xiao Yu, Evdoxia Karagkiozi, Rusudan Okujava, Urs Jenal; "Pseudomonas aeruginosa breaches respiratory epithelia through goblet cell invasion in a microtissue model"; Nature Microbiology, 2024-6-10
Andreas Kaczmarczyk, Simon van Vliet, Roman Peter Jakob, Raphael Dias Teixeira, Inga Scheidat, Alberto Reinders, Alexander Klotz, Timm Maier, Urs Jenal; "A genetically encoded biosensor to monitor dynamic changes of c-di-GMP with high temporal resolution"; Nature Communications, Volume 15, 2024-5-9
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