Les scientifiques découvrent que les bactéries peuvent « exploser » pour propager la résistance aux antibiotiques
Les scientifiques ont découvert de nouveaux détails sur la manière dont les bactéries partagent leurs gènes, notamment ceux qui sont à l’origine de la résistance aux antimicrobiens (RAM), une menace croissante pour la santé mondiale. Les découvertes proviennent de chercheurs du Centre John Innes, qui ont étudié des particules inhabituelles connues sous le nom d’agents de transfert de gènes (GTA).
Les GTA ressemblent à des bactériophages (des virus qui infectent les bactéries), mais ils ne sont plus des envahisseurs nuisibles. Au lieu de cela, ils sont dérivés d’anciens virus que les bactéries ont adaptés et mis sous leur propre contrôle.
Des particules de type virus transmettent l’ADN entre les cellules
Ces particules agissent comme de minuscules véhicules de livraison. Ils récupèrent des fragments d’ADN d’une cellule bactérienne et les transportent vers d’autres à proximité. Ce processus, appelé transfert horizontal de gènes, permet aux bactéries de partager rapidement des caractéristiques utiles, notamment des gènes qui les aident à survivre aux traitements antibiotiques.
Une étape clé de ce processus est la lyse de la cellule hôte, c’est-à-dire l’ouverture d’une cellule bactérienne afin que les particules de GTA puissent être libérées. Jusqu’à présent, les scientifiques ne comprenaient pas pleinement comment ces particules s’échappaient de leurs cellules hôtes.
Un groupe de gènes clés contrôle la lyse cellulaire
Dans une recherche publiée dans Microbiologie naturellel’équipe a utilisé une méthode de criblage basée sur le séquençage approfondi pour identifier les gènes impliqués dans l’activité GTA dans la bactérie modèle Caulobacter croissant.
Ils ont identifié un système à trois gènes appelé LypABC, qui produit des protéines bactériennes. Lorsque les gènes lypABC ont été supprimés, les cellules ne pouvaient plus s’ouvrir pour libérer les particules GTA. Lorsque le système était suractivé, de nombreuses cellules subissaient une lyse. Ces résultats montrent que LypABC agit comme une plateforme de contrôle centrale pour ce processus.
Un système immunitaire réutilisé pour le transfert de gènes
L’une des découvertes les plus surprenantes est que LypABC ressemble beaucoup à un système immunitaire anti-phage bactérien. Il contient des composants protéiques généralement associés à la défense contre les virus. Cependant, dans ce cas, le système semble avoir été réutilisé pour aider à libérer les particules GTA et favoriser le transfert de gènes.
Ces travaux, menés en collaboration avec l’Université de York et le Rowland Institute de Harvard, mettent en évidence comment les bactéries peuvent réutiliser les systèmes biologiques existants de manière inattendue.
Une réglementation stricte est essentielle à la survie
Les chercheurs ont également découvert une protéine régulatrice qui aide à maintenir l’activité de GTA sous contrôle strict. Cette régulation est essentielle car une mauvaise activation de LypABC peut être hautement toxique pour les cellules bactériennes.
En révélant à quel point les systèmes bactériens peuvent être flexibles, l’étude fournit des informations plus approfondies sur la façon dont les gènes se déplacent entre les cellules. Ce processus joue un rôle majeur dans la propagation de la résistance aux antibiotiques.
De nouveaux indices dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques
La première auteure de l’étude, le Dr Emma Banks, chercheuse à la Commission royale pour l’exposition de 1851, a déclaré : « Ce qui est particulièrement intéressant, c’est que LypABC ressemble à un système immunitaire, mais les bactéries l’utilisent pour libérer des particules GTA. Cela suggère que les systèmes immunitaires peuvent être réutilisés pour aider les bactéries à partager leur ADN entre elles – un processus qui peut contribuer à la propagation de la résistance aux antibiotiques.
La prochaine étape consiste à comprendre comment le système LypABC est activé et comment il contrôle la rupture des cellules bactériennes pour libérer les particules GTA.
La recherche a apporté un nouvel éclairage important sur les ennemis devenus alliés qui permettent aux bactéries d’échanger des gènes, y compris ceux liés à la résistance aux antimicrobiens (RAM).
Ces découvertes, qui élargissent notre compréhension de la menace majeure pour la santé mondiale que représente la RAM, sont survenues alors que les chercheurs du Centre John Innes étudiaient le curieux phénomène des agents de transfert de gènes (GTA).
Ces particules porteuses de gènes ressemblent à des bactériophages (des virus qui infectent les bactéries), mais elles ont été domestiquées à partir d’anciens virus et mises à profit sous le contrôle de la cellule hôte bactérienne.
Faisant office de coursiers, ils récupèrent des parcelles d’ADN bactérien hôte et les livrent aux bactéries voisines. Ce partage « désintéressé », connu sous le nom de transfert horizontal de gènes, peut rapidement propager des caractères utiles, notamment des gènes conférant une résistance aux antibiotiques utilisés pour traiter les infections.
Une étape cruciale de la vie du GTA est la lyse de la cellule hôte : la décomposition d’une cellule hôte pour libérer des particules de GTA remplies d’ADN. Auparavant, on ne savait pas clairement comment les particules GTA s’échappaient de leurs cellules bactériennes hôtes.
Dans cette étude, parue dans Microbiologie naturelle, l’équipe a utilisé une méthode de criblage basée sur le séquençage approfondi pour identifier les gènes essentiels à la fonction GTA dans la bactérie modèle Caulobacter crescentus.
Cela a permis d’identifier un centre de contrôle à trois gènes, LypABC, codant pour des protéines bactériennes. Lorsque ces gènes lypABC ont été supprimés, les bactéries ne pouvaient plus se lyser pour libérer les particules GTA. En revanche, en surexprimant le hub lypABC, ils ont obtenu une proportion très élevée de cellules lysées. Ensemble, ces expériences ont identifié LypABC comme mécanisme de contrôle de la lyse cellulaire médiée par GTA.
Étonnamment, LypABC ressemble à un système immunitaire anti-phage bactérien puisqu’il contient des domaines protéiques généralement nécessaires à la défense contre les virus. Cependant, cet effort de collaboration entre le John Innes Centre, l’Université de York et le Rowland Institute de Harvard suggère qu’il a été réutilisé pour libérer des particules GTA pour le transfert de gènes.
Ils ont également identifié une protéine régulatrice nécessaire au contrôle strict de l’activation du GTA et de la lyse médiée par le GTA. Ce contrôle est important car une mauvaise régulation de LypABC est hautement toxique pour les cellules bactériennes.
En mettant en évidence la plasticité des domaines bactériens, l’étude fait progresser les connaissances fondamentales sur la façon dont le transfert de gènes se produit entre les cellules bactériennes et offre un indice important pour comprendre comment se produit la RAM.
La première auteure de l’étude, le Dr Emma Banks, chercheuse à la Commission royale pour l’exposition de 1851, a déclaré : « Ce qui est particulièrement intéressant, c’est que LypABC ressemble à un système immunitaire, mais les bactéries l’utilisent pour libérer des particules GTA. Cela suggère que les systèmes immunitaires peuvent être réutilisés pour aider les bactéries à partager leur ADN entre elles – un processus qui peut contribuer à la propagation de la résistance aux antibiotiques.
La prochaine étape de la recherche consiste à découvrir comment le centre de contrôle LypABC est activé et comment il fonctionne pour contrôler la rupture des cellules bactériennes et la libération des particules GTA.
“Un système immunitaire bactérien de type CARD-NLR contrôle la libération d’agents de transfert de gènes”, apparaît dans Microbiologie naturelle.
