En utilisant l’intelligence artificielle, les chercheurs de l’UT Southwestern ont découvert une nouvelle famille de gènes de détection dans les bactéries entériques qui sont liés par la structure et probablement la fonction, mais pas par la séquence génétique. Les conclusions, publiées dans PNASoffrent une nouvelle façon d’identifier le rôle des gènes chez des espèces non apparentées et pourraient conduire à de nouvelles façons de lutter contre les infections bactériennes intestinales.
« Nous avons identifié des similitudes dans ces protéines à l’envers de la façon dont cela se fait habituellement. Au lieu d’utiliser la séquence, Lisa a recherché des correspondances dans leur structure », a déclaré Kim Orth, Ph.D., professeur de biologie moléculaire et de biochimie, qui a codirigé le étude avec Lisa Kinch, Ph.D., spécialiste en bioinformatique au Département de biologie moléculaire.
Le laboratoire du Dr Orth se concentre depuis longtemps sur l’étude de la façon dont les bactéries marines et estuariennes provoquent des infections. En 2016, le Dr Orth et ses collègues ont utilisé la biophysique pour caractériser la structure de deux protéines appelées complexes VtrA et VtrC qui fonctionnent de concert dans une espèce bactérienne connue sous le nom de Vibrio parahaemolyticus. Elle et son équipe ont ensuite découvert que le complexe VtrA/VtrC chez V. parahaemolyticus – qui est souvent la cause d’intoxications alimentaires par des crustacés contaminés – détecte la bile à la surface des cellules bactériennes, envoyant un signal pour lancer une cascade chimique qui incite ce microbe à envahir les cellules intestinales de son hôte humain.
Bien que VtrA partage certaines caractéristiques structurelles avec une protéine appelée ToxR trouvée dans une bactérie apparentée appelée Vibrio cholerae qui cause le choléra, il n’était pas clair si un homologue de VtrC existait également dans cette bactérie ou dans toute autre bactérie.
« Nous n’avions jamais rien vu de tel que le VtrC », a déclaré le Dr Kinch. « Mais, nous avons pensé, d’autres protéines comme celle-ci doivent exister. »
Sans aucun gène connu avec des identités de séquence similaires à VtrC, les chercheurs se sont tournés vers un logiciel publié il y a à peine deux ans appelé AlphaFold. Ce programme d’intelligence artificielle peut prédire avec précision la structure de certaines protéines en fonction de la séquence génétique qui les code – des informations qui n’étaient auparavant glanées que grâce à un travail laborieux en laboratoire.
AlphaFold a montré qu’une protéine appelée ToxS dans V. cholerae a une structure très similaire à VtrC, même si les deux protéines ne partagent aucune partie reconnaissable de leurs séquences génétiques. Lorsque les chercheurs ont recherché des protéines présentant des caractéristiques structurelles similaires dans d’autres organismes, ils ont trouvé des homologues de VtrC dans plusieurs autres espèces de bactéries entériques responsables de maladies humaines, notamment Yersinia pestis (qui cause la peste bubonique) et Burkholderia pseudomallei (qui cause une infection tropicale appelée mélioïdose). Chacun de ces homologues de VtrC semble fonctionner de concert avec des protéines structurellement similaires à VtrA, ce qui suggère que leurs rôles pourraient être les mêmes que ceux de V. parahaemolyticus.
Le Dr Orth a déclaré que ces similitudes structurelles pourraient éventuellement conduire à des produits pharmaceutiques qui traitent des conditions causées par différents organismes infectieux qui reposent sur des stratégies pathogènes similaires.
Lisa N. Kinch et al, Systèmes de transduction de signaux co-composants : cassettes de régulation de la virulence à évolution rapide découvertes dans les bactéries entériques, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2203176119