De nouvelles informations sur les stratégies de survie de Salmonella

L'agent pathogène intracellulaire Salmonella enterica survit à l'intérieur des cellules hôtes en utilisant diverses machineries moléculaires et réseaux de trafic cellulaire pour soutenir sa propre croissance. Crédit: Aleksandra Krolik/EMBL

«De nouvelles informations sur les stratégies de survie de Salmonella», source communiqué de l’European Molecular Biology Laboratory (EMBL).

Les scientifiques de l'EMBL mettent en lumière la façon dont Salmonella détourne la machinerie de sa cellule hôte pour favoriser sa propre croissance et sa propre reproduction

Nos cellules combattent les envahisseurs microbiens en les engloutissant dans des sacs membranaires, des environnements hostiles dans lesquels les agents pathogènes sont rapidement détruits.

Cependant, l'agent pathogène Salmonella enterica, qui se développe et se reproduit à l'intérieur de nos cellules, a développé des moyens de détoxifier ces compartiments hostiles, les transformant en un foyer confortable où Salmonella peut survivre et prospérer.

Une équipe de scientifiques dirigée par le chef du groupe EMBL, Nassos Typas, a découvert de nouveaux détails sur les stratégies de survie de Salmonella. Les chercheurs ont analysé les interactions protéiques dans les cellules infectées par Salmonella pour identifier les divers processus biologiques de la cellule hôte que la bactérie utilise. Salmonella cible et modifie les mécanismes et les voies des protéines cellulaires, dans lesquelles plusieurs protéines travaillent ensemble, à l'aide de protéines dites effectrices, qu'elle injecte dans les cellules hôtes. Au total, Salmonella est connue pour libérer plus de 30 protéines effectrices dans les cellules infectées pour détourner les nutriments et se protéger. Cependant, les fonctions de bon nombre de ces protéines et les protéines de la cellule hôte avec lesquelles elles interagissent sont largement inconnues.

Pour trouver ces interactions protéiques énigmatiques, les scientifiques de l'EMBL ont génétiquement modifié 32 souches de Salmonella en ajoutant des tags d'identification aux protéines individuelles de Salmonella, en affectant une protéine à chaque souche bactérienne. Les tags d'identification agissent comme une poignée que les scientifiques peuvent saisir dans leurs expériences. Cette approche de modification des protéines effectrices directement dans leur hôte est une percée. Cela permet aux chercheurs de capturer les protéines bactériennes une fois qu'elles ont été sécrétées dans les cellules infectées et de les extraire avec toutes les protéines de la cellule hôte qui leur sont liées. Ces protéines en interaction sont ensuite identifiées à l'aide d'une technique appelée spectrométrie de masse. «La nouvelle approche présente de nombreux avantages par rapport aux stratégies expérimentales précédentes. En particulier, elle caractérise l'ensemble des interactions protéine-protéine de l’hôte et du pathogène dans les cellules infectées par un agent pathogène vivant, ressemblant étroitement à ce qui se produit dans un organisme hôte lors d'une infection à Salmonella», explique Joel Selkrig, scientifique du groupe de Typas et l'un des les deux auteurs principaux de l'étude.

En utilisant leur nouvelle approche, les scientifiques de l'EMBL ont identifié 421 interactions auparavant inconnues entre les protéines de Salmonella et les protéines de la cellule hôte, ainsi que 25 interactions qui avaient été décrites auparavant.

«Nous avons découvert que plusieurs effecteurs de Salmonella interagissent physiquement avec plusieurs protéines que la cellule hôte utilise pour transporter le cholestérol. De cette façon, le trafic de cholestérol peut être détourné à des fins propres à Salmonella», explique Philipp Walch, qui a récemment terminé son doctorat à l'EMBL Heidelberg et partage la première paternité de l'étude avec Joel.

Le cholestérol est un composant essentiel des membranes biologiques qui entourent nos cellules et les structures qui les composent. Salmonella utilise le cholestérol pour modifier la composition des sacs membranaires qui l'entourent, rendant potentiellement la membrane plus rigide et renforçant la barrière qui sépare Salmonella des systèmes de détection et de défense cellulaire, qui sont présents dans le cytoplasme de la cellule hôte.

Les scientifiques ont également trouvé de nouveaux indices sur le fonctionnement de deux autres stratégies de survie. L'une de ces stratégies consiste à remodeler le réseau de fibres protéiques qui sont utilisées pour transporter le matériel à l'intérieur de la cellule. Une autre stratégie consiste à interférer avec la fonction d'une protéine de la cellule hôte qui régule les contacts entre les membranes pour faciliter l'échange de lipides et de petites molécules. Les deux stratégies peuvent aider Salmonella à renforcer sa membrane protectrice et à éviter la détection par les systèmes de défense de la cellule hôte.

Les résultats récents font suite à des recherches publiées par le groupe de Typas en 2020, dans lesquelles les chercheurs ont décrit comment l'infection à Salmonella peut entraîner une forme inflammatoire de mort cellulaire. L'étude actuelle a impliqué des scientifiques de l'EMBL et des collègues de l'Imperial College de Londres, Royaume-Uni, le Centre Helmholtz pour la recherche sur les infections à Braunschweig, Allemagne et Rocky Mountain Laboratories à Hamilton, Montana, États-Unis, qui fait partie du National Institute of Allergy and Infectious Diseases.

Roi de l’évasion: Comment les bactéries Vibrio quittent les cellules hôtes

« Roi de l’évasion: Comment les bactéries Vibrio quittent les cellules », source communiqué de University of Texas Southwestern Medical Center.

Après s'être répliqué à l'intérieur des cellules humaines, un pathogène d'origine alimentaire utilise une voie surprenante pour sortir et infecter de nouvelles cellules.

Dès que le pathogène d'origine alimentaire Vibrio parahaemolyticus infecte une cellule intestinale humaine, les bactéries planifient déjà leur fuite. Après tout, une fois qu'elle est entrée et qu'elle se multiplie, la bactérie doit trouver un moyen de s'en sortir pour infecter de nouvelles cellules.

Désormais, des scientifiques d'UT Southwestern ont découvert la voie surprenante empruntée par V. parahaemolyticus lors de cette sortie des cellules. Les bactéries, rapportent-ils dans le journal eLife, modifient progressivement le cholestérol présent dans la membrane plasmique d’une cellule, affaiblissant finalement suffisamment la membrane pour qu’elle puisse la percer.

« Plus nous comprenons comment les bactéries manipulent les cellules hôtes au niveau moléculaire, plus nous comprenons comment elles provoquent des maladies », a dit la responsable de l'étude, Kim Orth, professeur de biologie moléculaire et de biochimie à l'UTSW et Howard Hughes Medical Chercheur de l'Institut. « Les bactéries ont de nombreux mécanismes différents pour s'échapper, mais cela s'est démarqué parce que c'est un mécanisme particulièrement nouveau. »

Les bactéries Vibrio se trouvent dans l'eau de mer chaude et les humains sont infectés en mangeant des coquillages crus tels que les huîtres. Environ une douzaine d'espèces différentes de Vibrio peuvent provoquer des maladies chez l'homme; V. parahaemolyticus est le plus répandu aux États-Unis et entraîne des symptômes d'intoxication alimentaire, diarrhée, crampes, nausées et vomissements.

Il y a environ dix ans, le groupe d’Orth a révélé pour la première fois comment V. parahaemolyticus infectait les cellules intestinales humaines. Vibrio, ont-ils montré, utilise un système bactérien commun connu sous le nom de système de sécrétion 2 de type 3 (T3SS2) pour envahir les cellules et commencer à se répliquer. Le T3SS2 est composé d'un grand complexe de protéines qui forment une aiguille qui peut injecter des molécules dans une cellule humaine, incitant la cellule à absorber les bactéries et bloquant toute réponse immunitaire potentielle.

« Nous avons commencé à bien comprendre comment ce pathogène pénètre dans les cellules et maintient une existence », explique Orth. « Nous avons supposé qu'il utilisait également des composants du T3SS2 pour sortir à nouveau des cellules. »

Mais lorsque Orth et ses collègues ont commencé à étudier la sortie de V. parahaemolyticus hors des cellules humaines, le T3SS2 ne semblait pas jouer de rôle. Un certain nombre d'autres mécanismes d'évacuation connus utilisés par les bactéries ne l'ont pas non plus.

Enfin, Marcela de Souza Santos - ancienne professeure adjointe de biologie moléculaire à l'UTSW et co-premier auteur de l'étude - a suggéré de rechercher dans le génome de V. parahaemolyticus des protéines appelées lipases, qui peuvent décomposer les molécules grasses qui composent les membranes cellulaires.

L'équipe d'Orth a identifié une lipase connue sous le nom de VPA0226 et a pensé avoir trouvé sa réponse, en supposant que la lipase digérait les membranes des cellules humaines. Mais une autre surprise les attendaient. Lorsqu'ils ont suivi l'activité de la lipase, ils ont découvert qu'elle se dirigeait plutôt vers les mitochondries des cellules, où elle modifiait les molécules de cholestérol membranaire. En sept à huit heures, à mesure que ces molécules de cholestérol sont modifiées, la membrane cellulaire s'affaiblit. À ce moment, V. parahaemolyticus s'est multiplié - d'une ou deux bactéries à environ 500 - et toutes les copies peuvent s'échapper à travers la membrane affaiblie.

« C'est la seule étude que nous connaissons où une bactérie utilise ce type de lipase T2SS (système de sécrétion de type 2) pour sortir d'une cellule hôte qui a été envahie de manière dépendante de T3SS2 », a dit Suneeta Chimalapati, une chercheuse au laboratoire d’Orth et co-premier auteur de l'étude.

Pour confirmer le rôle de VPA0226, de Souza Santos et Chimalapati ont testé ce qui s'est passé lorsque V. parahaemolyticus manquait complètement de lipase. En effet, les bactéries ont réussi à envahir les cellules humaines et ont commencé à se répliquer, mais sont restées coincées à l'intérieur de ces cellules initiales. Finalement, les cellules hôtes - remplies de bactéries - sont mortes avec tous les V. parahaemolyticus.

La nouvelle observation n’aura probablement pas d’implications thérapeutiques immédiates, disent les chercheurs; V. parahaemolyticus se résout généralement seul sans traitement. Mais cela aide à faire la lumière sur la façon dont les bactéries évoluent dans les mécanismes de sortie et sur l'importance de regarder au-delà des systèmes de sécrétion connus lorsqu'on pense aux molécules importantes utilisées par les bactéries pathogènes.

« Nous avions vraiment une vision en tunnel en pensant que le T3SS2 dominait tout ce que Vibrio faisait, mais cela montre combien d'autres outils il a sous la main pour sa pathogenèse », explique Orth.

Les autres chercheurs de l'UTSW qui ont contribué à cette étude étaient Alexander Lafrance, Ann Ray, Wan-Ru Lee, Giomar Rivera-Cancel, Goncalo Vale, Krzysztof Pawlowski, Matthew Mitsche, Jeffrey McDonald et Jen Liou.

Cette recherche a été financée par des fonds du Howard Hughes Medical Institute, du National Institutes of Health, de la Fondation Once Upon a Time et de la Welch Foundation.

Lire le communiqué de l’Académie nationale de médecine : Masquez-vous, masquez-vous, masquez-vous