Les scientifiques de l’Oregon State University ont identifié des protéines qui empêchent une cellule bactérienne d’être induite en erreur par sa propre messagerie, lui permettant d’attendre à la place une communication collective de son groupe.
La recherche est importante car la compréhension de ce type de signalisation, connue sous le nom de détection de quorum et faisant partie intégrante des agents pathogènes bactériens, ouvre la porte à de nouveaux médicaments potentiels qui peuvent la perturber et contrecarrer l’infection.
Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Martin Schuster, professeur au département de microbiologie de l’OSU dans les facultés des sciences et des sciences agricoles, et le doctorant Parker Smith étudient la détection du quorum chez l’agent pathogène Pseudomonas aeruginosa, une bactérie gram-négative qui affiche une variété de comportements sociaux.
P. aeruginosa, une cause fréquente d’infections des poumons et des plaies chez les patients hospitalisés et les personnes dont le système immunitaire est affaibli, est un organisme modèle pour la recherche sur la détection du quorum avec un circuit de signalisation bien compris, ont déclaré les scientifiques.
« Parfois, les organismes unicellulaires doivent travailler avec d’autres cellules », a déclaré Schuster. « Les bactéries et autres microbes unicellulaires peuvent coordonner les comportements et agir en tant que groupe via la détection de quorum, dans laquelle les cellules produisent et détectent un petit signal chimique qui est partagé au sein de la population. »
Lorsque le signal est libéré des cellules et atteint une concentration suffisamment élevée dans leur environnement, un quorum est atteint – certains gènes sont activés simultanément et des comportements de groupe spécifiques sont mis en mouvement, a déclaré Smith.
C’est une approche basée sur la force du nombre qui permet aux bactéries d’unir leurs forces pour faire des choses qu’elles ne pourraient pas faire par elles-mêmes, comme causer des infections chez les animaux et les plantes, acquérir certains nutriments et rivaliser avec d’autres microbes.
« L’infection bactérienne implique souvent des toxines qui ne nuisent à l’hôte qu’à des niveaux élevés, lorsqu’elles sont produites par toutes les cellules bactériennes à la fois », a déclaré Smith.
Selon les chercheurs, une question majeure non résolue sur la détection du quorum est de savoir pourquoi le signal produit à l’intérieur d’une cellule individuelle n’est pas détecté par cette même cellule avant qu’il ne soit libéré, ce qui pousse la cellule à une action solo prématurée.
« Essentiellement, qu’est-ce qui empêche le « court-circuit » du signal de se produire ? » dit Schuster. « Notre recherche aborde cette question qui est fondamentale pour notre compréhension de la détection du quorum. »
Smith et Schuster ont appris qu’un ensemble de protéines appelées antiactivateurs est crucial pour la prévention des courts-circuits. Les protéines fonctionnent comme un « tuner » de détection de quorum en rendant les cellules moins sensibles au signal de quorum.
Les chercheurs ont développé des souches bactériennes dépourvues de deux types différents de protéines anti-activatrices, puis ont examiné les comportements de détection du quorum dans des cellules individuelles.
« Nous avons constaté que sans antiactivateurs, une fraction des cellules d’une population de P. aeruginosa s’engageait dans un » discours intérieur « », a déclaré Smith. « Dans ces cellules, le court-circuit du signal avait activé à tout moment des comportements dépendants de la détection du quorum, quelle que soit la densité cellulaire et sans aucune communication avec d’autres cellules. Nos recherches montrent comment les bactéries freinent la détection du quorum pour parvenir à une véritable communication dans un groupe. »
En plus d’aider à la recherche de nouveaux antibiotiques capables d’inhiber la détection du quorum chez les pathogènes bactériens, les résultats fournissent également des connaissances de base utiles pour l’ingénierie des cellules avec de nouvelles propriétés dans un domaine appelé biologie synthétique, a déclaré Schuster.
Les anti-activateurs empêchent l’auto-détection dans la détection de quorum, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2201242119.