Les bactéries s'adaptent aux conditions changeantes de l'appareil digestif

Afin d'augmenter les chances de survie au contact des cellules hôtes eucaryotes, les bactéries symbiotiques et pathogènes ont développé des méthodes pour influencer le comportement des cellules hôtes. L'injectisome du système de sécrétion de type III (T3SS) est une machinerie moléculaire utilisée par divers genres bactériens pathogènes, notamment Salmonella, Shigella, Escherichia pathogène, Pseudomonas et Yersinia pour délivrer des toxines moléculaires, protéines effectrices, directement dans les cellules hôtes eucaryotes. Des chercheurs du laboratoire d'Andreas Diepold du MPI pour la microbiologie terrestre ont maintenant découvert qu'une dynamique élevée de cet appareil permet aux bactéries de s'adapter rapidement aux conditions changeantes du tube digestif. © Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology.

«Les bactéries s'adaptent aux conditions changeantes de l'appareil digestif», source Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology.

Une étude montre comment les bactéries pathogènes peuvent s'adapter à diverses conditions du tube digestif. Source Nature Communications.

Basique, acide, basique encore, pour les bactéries pathogènes telles que Salmonella, le tube digestif humain est un changement radical.

Alors, comment les bactéries parviennent-elles à réagir à ces changements?

Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck (MPI) pour la microbiologie terrestre à Marburg dirigée par Andreas Diepold a désormais fourni une explication possible: les bactéries pathogènes peuvent changer des composants de leur appareil d'injection à la volée, comme changer des pneus d'une voiture en mouvement, pour permettre une réponse rapide.

Certains des pathogènes humains les plus connus - de la bactérie de la peste Yersinia pestis au pathogène de la diarrhée Salmonella - utilisent une minuscule aiguille hypodermique pour injecter des protéines pathogènes dans les cellules de leur hôte, les manipulant ainsi. Cette aiguille fait partie du système de sécrétion dit de type III (T3SS), sans lequel la plupart de ces agents pathogènes ne peuvent pas se répliquer dans l'organisme.

Ce n'est que récemment qu'il a été découvert que de grandes parties du T3SS ne sont pas fermement ancrées à la partie principale du système, mais sont constamment échangées pendant le fonctionnement. Cependant, la signification de ce phénomène n'est pas claire. Des chercheurs du laboratoire d'Andreas Diepold de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre ont maintenant découvert que ce comportement dynamique permet aux bactéries d'adapter rapidement la structure et la fonction de l'appareil d'injection aux conditions extérieures.

La digestion humaine commence par un environnement neutre à légèrement alcalin dans la bouche et l'œsophage, que l'ajout d'acides gastriques change soudainement en fortement acide dans l'estomac - un environnement dans lequel de nombreux pathogènes ne survivent pas. La cible réelle de Yersinia enterocolitica, la bactérie pathogène étudiée dans l'étude, est l'intestin. Ici, les conditions de pH neutre sont rétablies.

Mais comment les bactéries parviennent-elles à s'adapter si rapidement aux conditions changeantes et comment cela est-il contrôlé? Le doctorant Stephan Wimmi, premier auteur de l'étude, a pu démontrer qu'une protéine dans la membrane de la bactérie agit comme un capteur de la valeur du pH. Dans une collaboration avec le laboratoire d'Ulrike Endesfelder à l'Institut Max Planck, il a découvert que cette protéine devient plus mobile à un pH bas (= acide) et transmet ainsi le signal aux composants du T3SS à l'intérieur de la bactérie.

La flexibilité empêche les ratés

Dans un environnement acide comme l'estomac, les composants mobiles ne se lient pas au reste de l'appareil (y compris l'aiguille elle-même), de sorte que le système d'injection reste inactif. Dès que les bactéries pénètrent dans un environnement au pH neutre, comme on le trouve dans l'intestin, les protéines dynamiques se réassemblent, de sorte que le T3SS puisse rapidement devenir actif sur ces sites, au désarroi éventuel de la personne infectée.

Les chercheurs pensent que l'effet nouvellement découvert pourrait permettre aux bactéries d'empêcher un «raté» consommateur d'énergie du système de sécrétion dans le mauvais environnement, ce qui pourrait même activer la réponse immunitaire de l'hôte. D'autre part, la mobilité et la dynamique de la structure permettent au système d'être rapidement remonté et activé dans des conditions appropriées.

La mobilité et l'échange de protéines sont de plus en plus découverts dans les complexes et les nanomachines dans tous les domaines de la vie ; cependant, l'utilité de ces dynamiques n'est généralement pas comprise. Les nouveaux résultats de Marburg montrent comment l'échange de protéines permet de répondre de manière flexible aux circonstances extérieures - un immense avantage, pas seulement pour les bactéries.