Une étude fournit des indices sur la raison pour laquelle certaines mauvaises infections persistent

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de l’Utah Health détaille un nouveau mécanisme que les bactéries infectieuses utilisent pour s’adapter rapidement au stress environnemental. Cette découverte pourrait aider à expliquer pourquoi certains types d’infections courantes, telles que les infections des voies urinaires et de la circulation sanguine comme la septicémie, sont difficiles à éliminer.

Le mécanisme, décrit dans la revue Recherche sur les acides nucléiques, altère la précision avec laquelle les bactéries fabriquent des protéines, des molécules complexes qui effectuent la majeure partie du travail dans les cellules. Ces changements peuvent améliorer les chances de survie de la bactérie.

« Comprendre comment les agents pathogènes survivent à des situations stressantes peut révéler de nouvelles cibles pour le développement de médicaments et de vaccins antimicrobiens », a déclaré Matthew Mulvey, Ph.D., professeur de pathologie à l’U of U Health.

S’adapter ou mourir

Lorsque les bactéries infectent leur hôte, elles sont exposées à un stress, tel que des environnements extrêmement salés ou acides ou de nouveaux antibiotiques, qui pourraient facilement être fatals pour l’agent pathogène. Si le facteur de stress paralysait ne serait-ce qu’une des voies clés dont les bactéries ont besoin pour survivre, toute la population pourrait mourir.

Cependant, les bactéries peuvent s’adapter, une capacité qui repose sur une légère modification des principes de base de la biologie.

Le dogme dit que chaque gène contient des instructions pour fabriquer un seul type de protéine. Une molécule appelée ARN de transfert (ARNt) utilise ensuite ces instructions pour superviser la production de protéines. En période de stress, cependant, des modifications aléatoires du processus médié par le tNRA peuvent être un moyen particulièrement rapide de modifier la gamme de protéines d’une cellule. Cela peut générer de nouvelles protéines utiles qui aident l’organisme à prospérer.

« Il y a une appréciation croissante qu’un peu de bruit dans le système peut être bon », a déclaré Mulvey.

Attentes changeantes

La découverte est venue d’un peu de sérendipité. Un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Mulvey est tombé sur une enzyme bactérienne appelée MiaA qui s’est avérée à la fois particulièrement sensible au stress environnemental et essentielle à la régulation de l’expression des protéines. Dans une expérience, il a créé une version d’une bactérie particulièrement pathogène dépourvue du gène codant pour MiaA.

« Chaque type de stress auquel nous avons exposé la souche déficiente en MiaA semblait causer des problèmes », a déclaré le co-premier auteur de l’étude, Matthew Blango, Ph.D, qui est maintenant chef de groupe de recherche junior à l’Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et Biologie des infections à Iéna, Allemagne. « Nous avons donc vraiment pensé que cette protéine pourrait jouer un rôle important dans la régulation des gènes. »

Les bactéries sans MiaA ne se sont pas bien développées et n’ont pas provoqué d’infections des voies urinaires ni de septicémie chez la souris. Cela s’est également produit lorsque les chercheurs ont manipulé les bactéries pour qu’elles expriment trop de MiaA. « Il semble y avoir une zone Goldilocks, où juste la bonne quantité de MiaA permet la réponse optimale au stress », a déclaré Blango.

Voyant à quel point les choses allaient mal lorsque les niveaux de MiaA étaient déséquilibrés, l’ancienne étudiante diplômée Brittany Fleming, Ph.D., co-première auteure de l’étude, a approfondi ses recherches. Elle a découvert que l’élimination de MiaA provoquait un « décalage de cadre » aléatoire, une erreur dans laquelle l’ARNt fournit des codes génétiques à trois lettres à traduire en protéines décalées d’une lettre. Par exemple, un code génétique de « cat cat gta » peut se lire comme « atc atg ta… » lorsqu’il est décalé. Chez les bactéries, le résultat d’un tel changement était la production altérée de protéines importantes et la production de protéines inattendues.

Des expériences supplémentaires menées par le co-premier auteur et étudiant diplômé Alexis Rousek ont ​​montré que la modification des niveaux de MiaA pouvait modifier la disponibilité des métabolites clés qui alimentent d’autres voies importantes de réponse au stress au sein de la bactérie. Ces découvertes impliquent MiaA en tant qu’acteur clé dans un réseau de voies pouvant avoir un impact sur la résistance au stress des agents pathogènes.

Mulvey dit que la prochaine étape de son laboratoire consiste à apprendre comment le stress environnemental modifie les niveaux de MiaA dans les bactéries.

Les implications de cette recherche peuvent s’étendre au-delà du contrôle des infections. Les humains expriment une version de MiaA qui est liée à certains cancers et maladies métaboliques. « Ce que nous avons appris sur le fonctionnement de MiaA est susceptible d’être pertinent pour la recherche sur le cancer et d’autres maladies humaines non infectieuses », a déclaré Mulvey.