La résistance aux antibiotiques et la réponse au stress oxydatif sont des mécanismes biologiques importants qui aident les bactéries à se développer, en particulier les bactéries pathogènes comme Escherichia coli. Le sulfure d’hydrogène (H2S), une molécule messagère chimique, régule plusieurs activités intracellulaires chez les bactéries telles que les réponses au stress oxydatif et aux antibiotiques.
Une absorption accrue de fer déclenchée par les niveaux intracellulaires de H2S a été identifiée chez la bactérie pathogène Vibrio cholerae, contribuant à sa réponse au stress oxydatif. Cependant, le mécanisme précis derrière les réponses cellulaires dépendantes du H2S d’E. coli reste flou.
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Shinji Masuda du Département des sciences et technologies de la vie de l’Institut de technologie de Tokyo, au Japon, a tenté de comprendre le mécanisme sous-jacent et la relation entre le H2S intracellulaire et l’absorption du fer dans E. coli. Ils ont utilisé une souche E. coli de type sauvage (WT) génétiquement manipulée surexprimant mstA, qui code pour l’enzyme 3-mercaptopyruvate sulfur transférase responsable de la production de H2S.
De plus, ils ont utilisé des techniques et des tests avancés de séquençage génétique pour identifier les voies moléculaires impliquées dans la régulation globale de l’absorption du fer en réponse à la disponibilité du H2S. Leurs conclusions ont été publiées dans le mBio journal.
Partageant la motivation et la justification de la présente recherche, Masuda déclare : « Notre groupe de recherche avait précédemment identifié et caractérisé le facteur de transcription SqrR sensible au H2S/supersulfure de type répresseur de l’arsenic dans la bactérie photosynthétique pourpre Rhodobacter capsulatus, où SqrR régulait l’expression des gènes dans réponse à la disponibilité du H2S.
« YgaV, l’homologue de SqrR chez E. coli, a également été signalé pour réprimer la transcription de gènes respiratoires anaérobies en l’absence de sulfure extracellulaire. Cela a motivé notre équipe à étudier plus en détail la relation entre le H2S intracellulaire, la transcription dépendante de YgaV et l’absorption du fer. dans E. coli. »
Initialement, les chercheurs ont observé que la souche WT surexprimant mstA produisait des niveaux élevés de H2S intracellulaire, ce qui entraînait une résistance aux antibiotiques significativement plus élevée. Par la suite, ils ont effectué une analyse de séquençage de l’ARN et ont découvert que certains gènes étaient régulés positivement en réponse à la surproduction de H2S. Ils ont noté une multiplication par 10 des niveaux de transcription génétique du tcyP, qui code pour le transporteur de la L-cystéine (un acide aminé contenant du soufre).
En outre, ils ont découvert que le gène de la cystéinyl-ARNt synthase, qui catalyse la synthèse de molécules de supersulfures avec des atomes de soufre auto-liés, était particulièrement régulé positivement. Les supersulfures peuvent directement inactiver les antibiotiques β-lactamines et contribuer à la résistance globale aux antibiotiques chez E. coli avec surexpression de mstA.
De plus, les gènes associés aux pompes d’efflux d’antibiotiques étaient régulés positivement et les gènes transporteurs de dipeptide/hème étaient régulés négativement dans la souche WT surexprimant mstA, ce qui indique l’influence de l’hyperaccumulation de H2S sur l’absorption du fer.
En outre, les chercheurs ont confirmé le rôle de YgaV, un facteur de transcription sensible au H2S/supersulfure, dans la régulation positive des gènes d’absorption du fer chez E. coli. En utilisant une souche mutante ΔygaV d’E. coli où ygaV n’est pas exprimé mais mstA est surexprimé, ils ont découvert que l’expression des gènes d’absorption du fer, à savoir fes, fepA, fhuE, fhuF, nfeF et cirA, dépendait de la présence de YgaV, qui dépend à son tour des niveaux intracellulaires de H2S.
« Notre étude fournit des informations précieuses sur la dynamique de l’absorption du fer chez E. coli et confirme le rôle de YgaV dépendant du H2S dans la régulation de la réponse globale au stress oxydatif et de la résistance aux antibiotiques », conclut Masuda.
Plus d’informations :
Shouta Nonoyama et al, L’augmentation des niveaux intracellulaires de H2S améliore l’absorption du fer chez Escherichia coli, mBio (2024). DOI : 10.1128/mbio.01991-24