Des chercheurs de Skoltech, MSU, de l’Université des sciences et technologies de Sirius et de l’Institut de chimie bioorganique de RAS ont étudié le rôle de deux gènes bactériens qui aident à maintenir l’intégrité de l’ARN ribosomal contre une ribotoxine endommageant l’ARN produite par d’autres bactéries. Ils ont confirmé le rôle des deux gènes dans le processus de réparation de l’ARN cassé et ont ensuite montré que même l’un d’eux seul pouvait suffire à rendre l’effet protecteur. Ces découvertes aideront les scientifiques à mieux comprendre les mécanismes de défense bactérienne et comment les surmonter, en particulier à cette époque où les agents pathogènes multirésistants aux médicaments persistent dans un écosystème environnemental. L’étude a été publiée dans le Journal international des sciences moléculaires.
La plupart des communautés microbiennes sont représentées par une variété d’espèces et de souches qui sont constamment en compétition pour des ressources limitées. La rareté des ressources et la pression pour l’espace provoquent une course aux armements entre les bactéries : certaines espèces ont évolué pour acquérir une variété de toxines qu’elles déploient sous l’effet du stress sur des adversaires potentiels, en réponse d’autres peuvent avoir développé des outils pour combattre leur action. Souvent, la machinerie moléculaire clé de la cellule, en particulier le système de synthèse des protéines, est l’une de ces cibles sensibles par une gamme de toxines nocives. Il a déjà été montré que l’action de plusieurs toxines endommage l’intégrité de la ou des molécules d’ARN entrant dans la composition des ribosomes, usines cellulaires de production de protéines.
« Les cellules bactériennes essaient constamment de survivre, elles essaient toujours d’être dominantes dans un écosystème. Pour atteindre la suprématie, elles doivent être capables de résister à d’autres armes déployées par des bactéries menaçantes. L’ARN étant souvent ciblé, les scientifiques spéculent sur des systèmes de sauvegarde potentiels qui les bactéries peuvent utiliser lorsque l’intégrité de l’ARN est compromise », explique Tinashe Prince Maviza, Ph.D. Skoltech. étudiant et le premier auteur de l’étude.
Les colicines sont une classe de toxines bactériennes libérées dans l’environnement pour endommager d’autres souches bactériennes. Différents types de colicines agissent sur différents éléments de la machinerie cellulaire. La ribotoxine colicine E3 est celle qui médie le clivage de la molécule d’ARN ribosomal (ARNr) dans le centre de décodage du ribosome, le site où les informations sur la structure des protéines codées dans l’ARNm sont lues et la synthèse des protéines se produit. Pour faire face à cette panne critique, qui finit par entraîner la mort des cellules, les bactéries peuvent apparemment avoir développé des systèmes pour réparer les dommages causés par les colicines.
Il a déjà été démontré in vitro que deux gènes voisins, prfH et rtcB2, qui se propagent sporadiquement à travers différentes souches bactériennes, traitent potentiellement les dommages aux ribosomes. Dans cet article, les auteurs modélisent que lorsque le ribosome est endommagé par la colicine E3, PrfH aide à désassembler le ribosome en sous-unités séparées, ce qui permet ensuite à RtcB2 d’aider à restaurer les substrats cassés du centre de décodage.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont démontré que ces deux gènes confèrent une résistance à la toxicité de la colicine E3 in vivo. Ils ont démontré expérimentalement que si les deux gènes sont retirés du génome d’Escherichia coli, les bactéries ne peuvent plus résister à l’effet E3 de la colicine. Mais si les deux sont réintroduits dans la cellule dans un plasmide – un petit morceau de matériel génétique, la résistance à la colicine E3 est restaurée. Fait intéressant, la surexpression de rtcB2 s’est avérée suffisante pour un effet anti-colicine. Ces résultats mettent en évidence un système de contre-conflit qui pourrait avoir évolué pour contrecarrer l’activité de la colicine E3. À l’avenir, les scientifiques devront comprendre en détail les mécanismes moléculaires qui assurent cette protection.
« Nous sommes entrés dans l’ère de la multirésistance bactérienne, dans laquelle les bactéries développent une résistance à plusieurs médicaments antimicrobiens. Par conséquent, les scientifiques tentent de démêler les mécanismes qui aident les cellules à prospérer et à persister dans diverses conditions et traitements. De plus, la déconvolution de certains de ces mécanismes pourrait être important pour la découverte de médicaments et/ou la thérapie ciblée sur les espèces », conclut Tinashe.
Tinashe P. Maviza et al, RtcB2-PrfH Operon Protects E. coli ATCC25922 Strain from Colicin E3 Toxin, Journal international des sciences moléculaires (2022). DOI : 10.3390/ijms23126453