Guerre dans l'intestin: Comment le microbiote humain résiste à la bactérie du choléra

«Guerre dans l'intestin: Comment le microbiote humain résiste à la bactérie du choléra», source EurekAlert! Via l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Croissance et compétition de V. cholerae sur des surfaces naturelles (gauche). La zone encadrée est agrandie à droite et montre la destruction d'une bactérie (indiquée par la flèche rouge) par les deux cellules de V. cholerae. Crédit M. Blokesch & G. Knott (EPFL)

Le choléra est toujours un énorme problème. Une maladie diarrhéique aiguë, il y a eu sept pandémies majeures au cours des deux cents dernières années. Selon l'OMS, le choléra tue encore jusqu'à 143 000 personnes chaque année et infecte jusqu'à 4 millions d'autres, principalement dans les pays pauvres ou sous-développés.

Le choléra est causé par la bactérie Vibrio cholerae, un agent pathogène d'origine hydrique qui infecte l'intestin des humains lorsqu'ils boivent de l'eau contaminée. Lors de l'ingestion, Vibrio cholerae commence à coloniser la surface interne de l'intestin et libère une toxine sur les cellules épithéliales. La toxine perturbe l'équilibre ionique à travers les parois de l'intestin, provoquant l'excrétion de diarrhée aqueuse. Un choléra sévère peut entraîner la mort en raison d'une déshydratation sévère.

Mais ce n'est pas tout ce que fait V. cholerae. En 2015, des chercheurs dirigés par la professeur Melanie Blokesch à l'EPFL ont publié un article fondateur montrant que la bactérie utilise une lance à ressort pour poignarder les bactéries voisines et voler leur ADN au fur et à mesure qu'elle se développe dans son habitat environnemental. Cette lance moléculaire connue sous le nom de «système de sécrétion de type VI» ou T6SS a déjà été décrite pour servir la compétition interbactérienne. «La consommation d'eau contaminée dans les régions du monde où le choléra est endémique devrait contenir V. cholerae actif pour le T6SS prêt pour la compétition», explique Blokesch.

Pièces manquantes du puzzle

Des études antérieures ont montré que les pathogènes intestinaux doivent interagir avec les bactéries du microbiome intestinal pour s'établir dans cet environnement. Ils le font en utilisant une variété de tactiques, allant de la compétition pour les nutriments à la guerre interbactérienne totale. Plusieurs études ont suggéré que les pathogènes intestinaux utilisent leur lance T6SS pour nettoyer la niche intestinale et favoriser leur propre installation.

Mais étudier comment V. cholerae interagit avec le microbiome intestinal est difficile. Normalement, les scientifiques développeraient un modèle animal adulte standardisé, mais V. cholerae est connu pour coloniser relativement mal les animaux adultes par rapport aux humains. Cela signifie que les chercheurs doivent recourir à des animaux en bas âge, mais ceux-ci manquent du microbiome mature avec lequel V. cholerae interagit dès qu'il commence à coloniser l'intestin.

Parallèlement, de nombreuses études ont montré que la résistance à la colonisation par V. cholerae et d'autres bactéries infectieuses dépend dans une large mesure des microbes dits «commensaux» dans l'intestin. Les microbes commensaux, et en particulier ceux de l'intestin humain, n'ont pas fait l'objet de beaucoup de recherches en termes d'interaction avec V. cholerae.

Résistance intestinale

Dans un article publié dans Nature Communications, le groupe de Blokesch a désormais examiné la manière dont V. cholerae interagit avec les bactéries du microbiote humain. Les scientifiques ont examiné une petite collection de commensaux de volontaires humains, qui comprenait plusieurs espèces bactériennes telles que Escherichia coli, Enterobacter cloacae et divers isolats de Klebsiella.

Leurs résultats ont montré que bien que plusieurs espèces de bactéries intestinales soient épuisées à la suite d'attaques médiées par le T6SS par V. cholerae, un sous-ensemble important y résiste. Concrètement, certaines espèces intestinales de Klebsiella se protègent contre les attaques T6SS de V. cholerae grâce à une capsule polysaccharidique caractéristique des bactéries dites «encapsulées».

Parce qu'il s'agit d'un dispositif de destruction très efficace, les bactéries comme V. cholerae qui utilisent le T6SS ont également des moyens de se protéger pour éviter l'auto-intoxication. Pour ce faire, les bactéries utilisant le T6SS produisent des protéines immunitaires spécifiques qui bloquent les effets toxiques du T6SS.

Mais l'étude a révélé que certains membres du microbiote humain se protègent eux-mêùes des attaques de T6SS sans emprunter la voie des immunité-protéines. Plus précisément, l'étude a montré que E. cloacae, lui-même un pathogène opportuniste, riposte en tuant d'abord V. cholerae avec ses propres armes T6SS supérieures.

«Ces travaux nous fournissent de nouvelles informations sur le comportement des communautés bactériennes au sein du microbiote intestinal et sur la manière dont la défense contre l'intoxication au T6SS pourrait aider les populations bactériennes à se défendre contre les pathogènes envahissants», explique Mélanie Blokesch. Mais elle souligne également que l'étude a été réalisée in vitro, ce qui signifie que des études supplémentaires sont nécessaires si nous voulons obtenir une image plus complète.

«Néanmoins, nos travaux pourraient servir de point de départ pour concevoir de manière rationnelle des souches probiotiques protégées par le T6SS capables de restaurer des barrières de colonisation défectueuses ou d'améliorer l'efficacité des barrières», concluent les auteurs.

Enfin, Blokesch souligne la générosité des collègues qui ont partagé des souches bactériennes pour cette étude. Elle souligne également que tendre la main vers de nouvelles directions, dont la biologie de Klebsiella, auraient été beaucoup plus difficiles sans la merveilleuse collaboration avec Olaya Rendueles et Eduardo Rocha à l'Institut Pasteur de Paris.

«Plus encore que le message scientifique, ce qui m'a le plus plu, c'est l'aspect collaboratif (à l'intérieur et à l'extérieur du labo) dans cette histoire», confirme Nicolas Flaugnatti, post-doc dans le groupe Blokesch et premier auteur (partagé) de cette étude.

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