« Comment
les bactéries adhèrent aux fibres dans l'intestin? »,
source communiqué
de l’Université de Bâle.
Des
chercheurs ont révélé un nouveau mécanisme moléculaire par
lequel les bactéries adhèrent aux fibres de cellulose dans
l'intestin humain. Grâce à deux modes de fixation différents, ils
peuvent résister aux forces de cisaillement dans le corps.
Des
scientifiques de l'Université de Bâle et de l'ETH Zurich ont publié
leurs résultats dans la revue Nature
Communications.
La
cellulose est un élément constitutif majeur des parois cellulaires
végétales, constitué de molécules liées entre elles en fibres
solides. Pour les humains, la cellulose est indigeste et la majorité
des bactéries intestinales n'ont pas les enzymes nécessaires pour
décomposer la cellulose.
Cependant,
récemment, du matériel génétique de la bactérie dégradant la
cellulose Ruminococcus champanellensis a été
détecté dans des échantillons d'intestin humains. La colonisation
bactérienne de l'intestin est essentielle pour la physiologie
humaine, et comprendre comment les bactéries intestinales adhèrent
à la cellulose élargit nos connaissances sur le microbiome et sa
relation avec la santé humaine.
La
bactérie à l'étude utilise un réseau complexe de protéines
d'échafaudage et d'enzymes sur la paroi cellulaire externe, appelé
réseau de cellulosomes, pour se fixer et dégrader les fibres de
cellulose. Ces réseaux cellulosomiques sont maintenus ensemble par
des familles de protéines en interaction.
L'interaction
cohésine-dockérine
responsable de l'ancrage du réseau cellulosomique à la paroi
cellulaire est particulièrement intéressante. Cette interaction
doit résister aux forces de cisaillement dans le corps pour adhérer
à la fibre. Cette caractéristique vitale a motivé les chercheurs à
étudier plus en détail comment le complexe d'ancrage répond aux
forces mécaniques.
En
utilisant une combinaison de microscopie à force atomique, la
fluorescence émise
par
une molécule unique
et
des
simulations de dynamique moléculaire, le professeur Michael Nash de
l'Université de Bâle et de l'ETH Zurich, ainsi que des
collaborateurs du LMU Munich et de l'Université d'Auburn, ont étudié
comment le complexe résiste à la force externe.
Deux
modes de liaison permettent aux bactéries de coller aux surfaces
sous le flux
Ils
ont pu montrer que le complexe présente un comportement rare appelé
mode de double liaison, où les protéines forment un complexe de
deux manières distinctes. Les chercheurs ont découvert que les deux
modes de liaison ont des propriétés mécaniques très différentes,
l'un se cassant à des forces faibles d'environ 200 piconewtons et
l'autre présentant une stabilité beaucoup plus élevée à la
rupture seulement à 600 piconewtons de force.
Une
analyse plus approfondie a montré que le complexe protéique
présente un comportement appelé «catch
bond» (liaison d’accrochage), ce qui signifie que
l'interaction des protéines devient plus forte à mesure que la
force augmente. On pense que la dynamique de cette interaction permet
aux bactéries d'adhérer à la cellulose sous contrainte de
cisaillement et de libérer le complexe en réponse à de nouveaux
substrats ou d'explorer de nouveaux environnements.
« Nous
observons clairement les modes de double liaison, mais ne pouvons que
spéculer sur leur signification biologique. Nous pensons que les
bactéries pourraient contrôler la préférence du mode de liaison
en modifiant les protéines. Cela permettrait de passer d'un état
d'adhérence faible à élevé en fonction de l'environnement »,
explique le professeur Nash.
En
mettant en lumière ce mécanisme d'adhésion naturel, ces
découvertes ouvrent la voie au développement de mécanismes
moléculaires artificiels qui présentent un comportement similaire
mais se lient aux cibles de la maladie. De tels matériaux pourraient
avoir des applications dans les superglues médicales biosourcées ou
la liaison améliorée par cisaillement de nanoparticules
thérapeutiques à l'intérieur du corps. « Pour
l'instant, nous sommes ravis de retourner au laboratoire et de voir
ce qui colle »,
a
dit
Nash.
Représentation
d'une bactérie intestinale attachée aux fibres de cellulose par des
protéines d'adhésion à la surface bactérienne. La
cohésine
(en
jaune)
et la
dockérine
(en
vert)
s'assemblent en un complexe protéique dans deux configurations
possibles, appelées modes de liaison double. Le complexe est activé
par une tension mécanique, ce qui le renforce et facilite l'adhésion
bactérienne aux fibres sous flux de cisaillement. (Illustration:
Université de Bâle, Département de chimie).
Lire le communiqué de l’Académie nationale de médecine : Masquez-vous, masquez-vous, masquez-vous
