Les chercheurs ont révélé comment les bactéries de Staphylococcus aureus extraient le fer de l’hémoglobine – un processus crucial pour leur survie pendant les infections. En utilisant une nouvelle technique de diffusion de la solution X-Ray à résoudre temporel (TR-XSS), une équipe de recherche de l’ESRF, le synchrotron européen, Grenoble, France, a identifié la séquence complète des interactions protéine-protéine pendant ce « vol ».
Les résultats, publié dans Communications de la naturePossibilités ouvertes pour développer des produits pharmaceutiques pour lutter contre les souches résistantes aux antimicrobiens de S. aureus.
Staphylococcus aureus est une bactérie courante qui vit sans danger sur la peau et les passages nasaux de nombreuses personnes. Mais parfois, il peut violer les barrières de surface et les défenses immunitaires, souvent par des blessures, provoquant des infections cutanées – ce qui peut entraîner des complications telles que la pneumonie ou même la septicémie potentiellement mortelle.
Les antibiotiques sont utilisés régulièrement pour lutter contre les infections de S. aureus, mais certaines souches de ces bactéries sont de plus en plus résistantes aux médicaments existants. Par conséquent, c’est une priorité de mieux comprendre comment S. aureus survit et prospère dans notre corps.
Maintenant, les travaux expérimentaux de l’ESRF ont cartographié dans des détails sans précédent comment les bactéries de S. aureus acquièrent du fer à partir de notre sang pour aider à sa croissance. Le fer est un nutriment essentiel pour S. aureus, qu’il peut extraire de l’hémoglobine (HB) dans nos globules rouges en utilisant une protéine appelée ISDB. Le processus avait été étudié indirectement à l’aide de méthodes optiques. Mais personne n’avait cartographié la séquence complète des événements moléculaires avec une technique capable de sonder directement les changements structurels transitoires d’une protéine.
Pris en flagrant délit: prendre l’hème de l’hémoglobine
L’étude s’est concentrée sur la dynamique des interactions protéine-protéine entre ISDB et HB. Les scientifiques savaient déjà que l’ISDB forme un complexe pour extraire la composante «hémique» riche en fer de HB. Pour observer le processus plus en détail, les chercheurs ont combiné les techniques de diffusion de la solution de rayons X résolues dans le temps (TR-XSS) avec un mélange rapide. Des détails sans précédent ont été révélés grâce à l’utilisation de courtes impulsions de rayons X polychromatiques courtes (20 μs) et en collectant des données jusqu’à la région de diffusion en rayons X à grand angle (WAXS).
Les travaux ont été réalisés par une équipe de recherche italienne (Université de Parme et Université de Turin) à la ligne de faisceau ID09 en collaboration avec le scientifique de l’ESRF Matteo Levantino. L’équipe a développé un modèle cinétique capable de décrire l’ensemble du processus d’interaction ISDB-HB et a constaté que l’ISDB extrait l’hème uniquement lorsque les deux chaînes d’Hb sont liées à l’ISDB. Du point de vue du S. aureus, cela semble maximiser le rendement d’extraction. Armés de ces connaissances, les chimistes pharmaceutiques peuvent chercher à développer des médicaments pour interrompre le processus.
« Connaissant l’ensemble du mécanisme, il est plus facile de se concentrer sur une étape spécifique qui pourrait être plus efficace pour inhiber les interactions », explique Luca Ronda de l’Université de Parme, qui fait partie de l’équipe de recherche.
La résistance aux antimicrobiens reste une préoccupation mondiale de santé mondiale, et Staphylococcus aureus (SARM) résistant à la méthicilline a été signalé comme un pathogène de la santé publique par l’Organisation mondiale de la santé.
Nouvelles possibilités pour étudier les structures de protéines dynamiques
La technique TR-XSS peut également être utilisée pour caractériser les systèmes biologiques impliqués dans d’autres maladies. Il fournit des informations structurelles utiles dans le développement de médicaments, sans s’y limiter à l’interaction hôte-pathogène, mais aussi dans le même organisme vivant. Par exemple, les réactions favorisées par des enzymes, qui sont des catalyseurs biologiques qui accélèrent le taux de réactions dans notre métabolisme.
D’autres méthodes, telles que la spectroscopie optique et la fluorescence, sont utilisées pour étudier les protéines interagissant dans de nombreux contextes. Mais une limitation est qu’ils sont sensibles à l’environnement de sondes spectroscopiques spécifiques et non à toute la structure de la protéine. La diffusion de la solution de rayons X, en revanche, est sensible à tous les atomes d’une protéine cible.
« Si une protéine subit un changement structurel mondial, vous ne pouvez pas le manquer », explique Levantino.
Plus d’informations:
Omar de Bei et al, la diffusion de la solution de rayons X résolue dans le temps dévoile les événements conduisant à la capture de l’hème de l’hémoglobine par ISDB staphylococcique, Communications de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41467-024-54949-W