Les bactéries peuvent être assez agressives. Armés d’un éventail impressionnant d’armes mécaniques et biochimiques, ils ne plaisantent pas lorsqu’il s’agit de combattre leurs ennemis. Parmi ces armements, notons le Système de sécrétion de type VI (T6SS), une nanomachine intégrée à la membrane présente dans de nombreuses bactéries à Gram négatif. Le système en forme d’aiguille aide les bactéries à contrarier les cellules procaryotes et eucaryotes en leur injectant des protéines nocives (effecteurs), telles que des toxines et des nucléases porogènes.
Les T6SS favorisent également la survie bactérienne par d’autres moyens, notamment en facilitant l’acquisition de ressources (par exemple, les métaux). Au fur et à mesure que les chercheurs découvrent ces armes microbiennes, ils explorent comment elles peuvent être utilisées pour générer des vaccins, synthétiser de nouveaux antimicrobiens et plus encore.
Stab and shoot : structure et mécanisme T6SS
Le T6SS est l’un des neuf systèmes de sécrétion bactérienne connus qui transportent les protéines de l’intérieur d’une cellule bactérienne vers l’environnement externe ou vers une autre cellule. Chaque système de sécrétion varie légèrement dans sa structure, son activité et son objectif – la fonction principale du T6SS est de détruire d’autres bactéries, mais il module également les interactions bactériennes avec les cellules eucaryotes.
Les gènes codant pour les T6SS sont trouvé dans plus de 25% des espèces bactériennes gram-négatives. Le système se compose d’une aiguille gainée contractile qui couvre la membrane interne et externe de la cellule bactérienne. Le moment et le lieu d’activation du T6SS dépendent de divers signaux environnementaux, notamment la détection du quorum, les changements de pH et de température, entre autres. Lorsque le T6SS est déployé, l’aiguille jaillit pour poignarder les cellules voisines et livrer des effecteurs mortels aux adversaires microbiens. Cela permet aux bactéries de tuer leurs concurrents et de libérer de l’espace et des ressources pour leur propre usage.
En général, transporter un tas de composés toxiques est risqué. Les bactéries hébergeant un ou plusieurs T6SS – Yersinia pestis, l’agent causal de la peste, en a jusqu’à six – doivent être capables de se protéger des effecteurs qu’elles transportent. Souvent, la protection se présente sous la forme de protéines immunitaires. Ces protéines se lient à un effecteur dans la cellule et la rendent inactive. Les protéines immunitaires peuvent également protéger les bactéries contre les attaques d’autres cellules : si une bactérie possède la ou les protéines immunitaires qui correspondent à l’effecteur ou aux effecteurs d’un attaquant, elle est protégée. De cette façon, les bactéries sont empêchées de tuer leurs parents, qui auront les protéines immunitaires requises, tout en éliminant les cellules « non-soi ». Il y a aussi formes d’autoprotection et de défense indépendantes des protéines immunitairescomme l’activation des réponses au stress.
T6SS fonctionne dans les communautés procaryotes
La guerre médiée par le T6SS aide à déterminer quels microbes survivent dans des environnements extrêmement compétitifs, tels que l’intestin. Ici, des milliers de bactéries se disputent un nombre limité de niches spatiales et nutritionnelles ; ceux qui ont des T6SS peuvent avoir une longueur d’avance sur leurs concurrents. Par exemple, Bacteroides fragilis, un membre abondant du microbiote intestinal, utilise son T6SS pour s’opposer à d’autres Bacteroidales intestinales humaines (l’ordre auquel appartiennent B. fragilis et la plupart des bactéries intestinales à Gram négatif).
Dans cette veine, les T6SS favorisent la résistance à la colonisation contre les bactéries pathogènes et aident les intrus à la surmonter. Une étude récente a montré que l’agent pathogène intestinal de la souris, Citrobacter rodentium (un modèle d’Escherichia coli pathogène pour l’homme) utilise un T6SS pour coloniser l’intestin de la souris en ciblant les entérobactéries commensales. Les espèces résidentes d’E. coli, à leur tour, utilisent les T6SS pour lutter contre l’invasion par C. rodentium. Les agents pathogènes humains, comme Salmonella enterica sérovar Typhimurium et Vibrio cholerae, utilisent également leurs T6SS pour tuer les espèces microbiennes résidentes et se frayer un chemin dans la communauté.
Le rôle du T6SS dans la résistance à la colonisation ne se limite pas aux hôtes animaux, il s’applique également dans le contexte du microbiote et des agents pathogènes associés aux plantes. De plus, les T6SS remplissent d’autres fonctions en plus de moduler le combat mortel bactérien. Par exemple, les bactéries peuvent sécréter des protéines du T6SS qui récupèrent les ions métalliques (par exemple, le zinc et le fer, qui sont importants dans de nombreux processus cellulaires) de leur environnement et les renvoient à la cellule, permettant ainsi l’acquisition et la survie des ressources. De plus, la lyse médiée par T6SS des cellules proies libère de l’ADN qui peut être absorbé par l’attaquant, ce qui peut faciliter le transfert interbactérien des gènes de résistance aux antibiotiques.
Effecteurs T6SS et cellules eucaryotes
Bien que le T6SS soit principalement lié à ses pouvoirs antibactériens, il peut également cibler les cellules eucaryotes (par exemple, les cellules de mammifères et les champignons). À cet égard, les effecteurs sécrétés par T6SS ont des implications importantes pour la virulence et l’infection des agents pathogènes. En fait, lorsque le T6SS a été découvert pour la première fois chez V. cholerae en 2006, il a été démontré qu’il sécrètent les protéines nécessaires à la cytotoxicité bactérienne envers les macrophages de mammifères. Ce n’est que plus tard que ses capacités antibactériennes ont été révélées.
Depuis lors, il a été démontré que divers effecteurs T6SS influencent les réponses de l’hôte et la virulence des pathogènes bactériens. Par exemple, E. coli entérohémorragique (EHEC), un agent pathogène d’origine alimentaire, sécrète une catalase via son T6SS qui facilite sa survie dans les macrophages. La catalase, KatN, réduit la production de macrophages d’espèces réactives de l’oxygène qui endommagent les cellules bactériennes. Francisella tularensis, un agent pathogène intracellulaire et la cause de la tulérémie, sécrète de la même manière un effecteur T6SS qui tempère les niveaux de la cytokine pro-inflammatoire, TNF-α, dans les monocytes in vitro, faisant allusion à sa fonction immunomodulatrice potentielle.
Les T6SS régulent également les relations fongiques-bactériennes et, ce faisant, peuvent influencer le résultat des interactions hôte-microbe. Par exemple, Acinetobacter baumanii libère une DNase de son T6SS qui cible les noyaux des cellules fongiques, entraînant la mort cellulaire. Autre exemple : Serratia marcescens, un pathogène opportuniste, libère des effecteurs antifongiques qui perturbent les membranes et l’absorption des nutriments des cellules fongiques, y compris les espèces pathogènes de Candida.
Exploiter le T6SS
Les T6SS font beaucoup de travail pour les bactéries, et maintenant les scientifiques étudient comment ils peuvent aussi fonctionner pour les humains. Dans une étude de 2016, des chercheurs ont montré que fusion d’un antigène (c’est-à-dire une protéine capable de générer une réponse immunitaire) aux protéines de la gaine T6SS d’E. coli et de V. cholerae a donné lieu à des nanoparticules à base de T6SS qui pourraient servir de véhicules d’administration de vaccins. De plus, les scientifiques a récemment exprimé un T6SS dans la bactérie non pathogène, V. natriegens, qui pourrait être activé/désactivé via un signal externe (c’est-à-dire le sucre arabinose). Le système basé sur T6SS pourrait être facilement manipulé pour libérer une gamme variée d’effecteurs et informer le développement de nouveaux traitements antimicrobiens.
Le T6SS lui-même peut être un cible viable lors du développement de nouveaux antibiotiques. De tels antimicrobiens pourraient « désarmer » efficacement les bactéries pathogènes en empêchant la libération de facteurs de virulence associés au T6SS. Le système a également des implications dans la lutte biologique (c’est-à-dire l’utilisation d’organismes pour lutter contre les agents pathogènes des plantes). Par exemple, le T6SS de Pseudomonas putida, bactérie du sol et agent de lutte biologique bien établi, est au cœur de la capacité du microbe à tuer les agents pathogènes. En tant que tel, le mécanisme T6SS de biocontrôle doit être pris en compte lors de la sélection et du développement d’agents à l’avenir.
Pour l’instant, les utilisations ci-dessus pour le T6SS restent au stade conceptuel. Pourtant, comme c’est le cas pour tout ce qui concerne la science, il reste beaucoup à apprendre sur la structure et la fonction des T6SS chez diverses espèces bactériennes. Avec cette compréhension viendra une meilleure compréhension de ses applications potentielles.