Lumière brillante sur la façon dont les bactéries interagissent

Les façons dont les bactéries infectent les cellules sont importantes pour comprendre les interactions hôte-pathogène. La connaissance ouvre également un monde d’applications pratiques.

Par exemple, il peut soutenir la conception de nouveaux antibactériens ou vaccins. Dans le cas des bactéries du sol ou marines, elle peut créer des stratégies de rééquilibrage des écosystèmes naturels.

« J’ai toujours été fascinée par les bactéries et par la façon dont ces minuscules microbes ont un impact si énorme sur nous et sur notre monde », a déclaré Vivian Monzon, Ph.D. étudiant dans le groupe Bateman à l’EMBL-EBI. « Je suis particulièrement intéressé par la façon dont les bactéries infectent les cellules. »

Dans ses travaux récents, Monzon a utilisé l’apprentissage automatique pour explorer comment les bactéries interagissent avec leur environnement. En analysant les données de la base de données UniProt et en utilisant AlphaFold, elle a tenté de combler les lacunes de nos connaissances dans ce domaine.

Liaison—la première étape de l’interaction

Les adhésines fibrillaires sont des protéines situées à la surface des cellules bactériennes, qui médient les interactions avec l’environnement, par exemple avec les cellules hôtes ou d’autres bactéries. Ces protéines ont généralement une tige, ce qui les aide à traverser la surface des cellules bactériennes et à être projetées plus près de leurs cibles, indépendamment de ce à quoi elles essaient de se lier. Les adhésines fibrillaires sont essentielles pour les interactions bactérie-hôte, mais elles évoluent également rapidement, ce qui les rend difficiles à étudier.

« Comme c’est souvent le cas avec les expériences informatiques, l’un des défis était d’identifier un ensemble de données pertinent à partir de la richesse des données disponibles », a expliqué Monzon. « Nous avons décidé d’examiner deux types de bactéries. Les premières sont des espèces de Firmicutes – certaines des bactéries les plus étudiées; elles peuvent vivre dans l’intestin humain et jouer un rôle dans le maintien de la santé du côlon. La seconde était Actinobacteria espèces largement distribuées dans les écosystèmes terrestres et aquatiques.

« De manière passionnante, notre analyse a donné plus de 6 500 adhésines fibrillaires, dont beaucoup n’avaient jamais été vues auparavant. Cela montre qu’il y a tellement de choses que nous ne savons toujours pas sur le processus de liaison, qui est si essentiel dans le monde bactérien. »

Au-delà de la curiosité scientifique

Le travail va au-delà de la simple curiosité. En comprenant comment les bactéries interagissent avec les surfaces biotiques ou abiotiques, les chercheurs peuvent commencer à explorer comment les médicaments peuvent être utilisés pour cibler ces interactions, ou si les bactéries vivant dans notre corps ou notre environnement peuvent être modifiées. Cette approche pourrait permettre aux chercheurs d’améliorer la santé des microbiomes intestinaux, la communauté bactérienne vivant dans l’intestin d’un patient. Au-delà des soins de santé, ces informations pourraient aider à ramener un microbiome marin ou du sol à son état d’origine après une perturbation par la pollution ou d’autres agents.

Des travaux comme celui de Monzon aident les chercheurs à combler les lacunes dans leur compréhension du monde fascinant des bactéries.

Dans le cadre de son thème transversal sur les nouveaux écosystèmes microbiens, l’EMBL s’intéresse aux moyens novateurs d’exploiter la vaste diversité microbienne mondiale et de comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la manière dont les microbes interagissent avec leur hôte, d’autres microbes et leur environnement.

De même, ce type de gros plan sur les interactions bactériennes est essentiel pour la biologie des infections, pour aider les chercheurs à cartographier les mécanismes moléculaires qui aident les agents pathogènes à trouver, envahir les cellules hôtes, puis survivre et proliférer en leur sein. Malgré des décennies d’études, les mécanismes d’adhésion des agents pathogènes restent insaisissables. Dans le cadre de son thème transversal de biologie des infections, l’EMBL vise à utiliser des technologies de pointe pour cartographier et modéliser systématiquement les interfaces hôte-pathogène aux niveaux atomique, moléculaire et tissulaire. Cela peut enrichir la compréhension que les scientifiques ont des processus d’infection et de la manière de les arrêter ou de les ralentir.

Le projet de Monzon n’est qu’une des nombreuses initiatives de l’EMBL portant sur les mécanismes moléculaires des bactéries. Toute personne travaillant sur des structures adhésives bactériennes peut trouver le modèle de structure AlphaFold de l’article de Monzon, ainsi que les résultats de prédiction forestière aléatoire dans le référentiel institutionnel de l’Université de Cambridge.