Salmonelles: la flore intestinale à l’origine du développement asymptomatique de la maladie

«Salmonelles: la flore intestinale à l’origine du développement asymptomatique de la maladie», source Eawag (Institut Fédéral Suisse des Sciences et Technologies de l’Eau).

Les infections par des salmonelles peuvent donner lieu à un large éventail d’évolutions pathologiques. Selon les dernières découvertes scientifiques, la flore intestinale expliquerait pourquoi certains cas sont bénins alors que d’autres sont extrêmement graves.

Une infection par des salmonelles peut entraîner des conséquences très diverses. Tandis que certaines personnes infectées ne sont aucunement gênées par l’infection bactérienne – on parle alors d'une évolution asymptomatique – d’autres en revanche souffrent de gastro-entérite sévère. Dans de très rares cas, une salmonellose peut même entraîner la mort. La raison pour laquelle la gravité de la maladie varie était jusqu’à présent largement inconnue.

Aujourd'hui, la microbiologiste Alyson Hockenberry, postdoctorante au département de recherche de microbiologie de l’environnement du professeur Martin Ackermann à l’Eawag a découvert une possible cause: la flore intestinale naturelle de la personne infectée et ses produits métaboliques. Avec d’autres chercheurs de l'institut de recherche sur l’eau Eawag et de l’EPF Zurich, elle a découvert que les acides gras à chaîne courte, qui sont produits par les bactéries présentes dans l’intestin peuvent exercer une influence décisive sur l’évolution de la maladie.

Les astuces des salmonelles

Le plus souvent, les salmonelles pénètrent généralement dans l’appareil digestif par le biais d'aliments contaminés. Afin de se substituer le plus rapidement possible à la flore intestinale naturelle et de coloniser l’intestin, les agents pathogènes ont des astuces bien à eux. «L’une de ces astuces est de produire différents types de cellules au sein d’une population de bactéries génétiquement identiques», explique Alyson Hockenberry. «Chaque type de cellule est spécialisé pour une fonction précise. Cela présente des avantages car la coopération de différents types de cellules augmente la capacité des salmonelles à déclencher une maladie.»

Un type de cellule peut être spécialisé par exemple pour déclencher des inflammations dans la muqueuse intestinale. Les inflammations augmentent d’une part la disponibilité des nutriments pour les salmonelles, et d’autre part, provoquent la mort de la flore intestinale naturelle. Cela ouvre des niches pour la colonisation des agents pathogènes envahisseurs. Un second type de cellule est spécialisé pour croître rapidement et occuper ainsi aussi vite que possible les niches qui se libèrent. L'interaction de ces deux types de cellules offre un avantage considérable aux salmonelles. C’est ainsi qu’en quelques heures, elles peuvent se substituer aux bactéries de la flore intestinale naturelle et occuper l’espace.

La flore intestinale riposte

Néanmoins, la flore intestinale n’est pas sans défense. À l’aide d’expérimentations et de simulations stochastiques, l’équipe de chercheurs qui travaillent avec Alyson Hockenberry a pu démontrer que les acides gras à chaîne courte, c’est-à-dire les produits métaboliques de la flore intestinale naturelle, ralentissent la croissance du type de cellule inflammatoire. Plus la concentration en acides gras est élevée, plus leur croissance est freinée. «Nos résultats indiquent que les produits métaboliques influencent la coopération coordonnée des types de cellules et affaiblissent ainsi la propagation des salmonelles», déclare Alyson Hockenberry.

Explication possible des maladies asymptomatiques

Cela peut expliquer pourquoi les gens réagissent différemment à une infection par des salmonelles. Chaque personne abrite dans son intestin une composition individuelle de bactéries. Cela s’explique en particulier par les habitudes alimentaires de chacun. Tandis que la flore intestinale de l’un peut complètement bloquer la propagation des salmonelles, la flore intestinale d’un autre est peu ou pas en capacité de se défendre contre les agents pathogènes. La maladie suit son cours individuel, influencée par la flore intestinale.

«Nous espérons que les derniers résultats de nos recherches pourront contribuer à mieux comprendre comment se déclarent les infections asymptomatiques de manière générale», mentionne Alyson Hockenberry. «En effet, comme nous pouvons l’observer avec l’actuelle pandémie de corona, les infections sans symptômes jouent un rôle crucial dans la transmission des maladies.»

Une vidéo accompagne le communiqué.

Publication originale

Microbiota-derived metabolites inhibit Salmonella virulent subpopulation development by acting on single-cell behaviors; Alyson M. Hockenberry, Gabriele Micali, Gabriella Takács, Jessica Weng, Wolf-Dietrich Hardt, Martin Ackermann; Proceedings of the National Academy of Sciences Aug 2021, 118 (31) e2103027118; DOI: 10.1073/pnas.2103027118 : https://doi.org/10.1073/pnas.2103027118

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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.