Chez les bactéries Gram-négatives, qui comprennent certains des agents pathogènes humains les plus dévastateurs, seuls deux mécanismes d’exportation de polysaccharides ont été identifiés jusqu’à présent. Maintenant, une équipe de recherche Max Planck dirigée par Lotte Søgaard-Andersen a identifié un troisième mécanisme entièrement nouveau pour la façon dont les polysaccharides sont exportés. Ces conclusions, publiées dans mBioouvrent la voie à une compréhension complète des mécanismes qui interviennent dans la protection, la motilité et l’interaction de nombreux pathogènes bactériens.
Les bactéries ne se nourrissent pas seulement du sucre comme source de carbone et d’énergie, elles produisent et sécrètent également une grande variété de polysaccharides. Les polysaccharides sont des chaînes de sucres et sont les biopolymères les plus abondants sur terre. Les longues chaînes de sucre jouent un rôle vital dans les bactéries libres, commensales et pathogènes. Ils sont également cruciaux pour la protection bactérienne, en gainant les cellules contre les stress environnementaux tels que la dessiccation, les effecteurs immunitaires et les prédateurs. De plus, leurs fonctions adhésives et structurelles contribuent à la colonisation de surface et à la formation de biofilm. Ils sont également importants pour l’application réussie de vaccins antibactériens. Ainsi, ils détiennent les clés pour comprendre et contrôler les interactions humaines, animales et végétales, tant bénéfiques que pathogènes. Et enfin, les polysaccharides sont utilisés dans les industries alimentaires, pharmaceutiques et médicales.
L’exportation de polysaccharides est un défi majeur car les molécules sont chimiquement diverses et très grandes. Chez les bactéries Gram-négatives, seuls deux mécanismes d’exportation de polysaccharides sont connus à ce jour : une protéine OPX de membrane externe (dans les voies dépendantes des transporteurs Wzx/Wzy et ABC) et une protéine de baril β de membrane externe. (dans les voies dites dépendantes de la synthase). Pourtant, il existe des exemples de voies qui ne semblent pas suivre ces schémas simples : en particulier, dans certaines voies Wzx/Wzy, les protéines du barillet β de la membrane externe étaient connues pour être importantes pour l’exportation de polysaccharides, par exemple dans Vibrio cholerae et Myxococcus xanthus. , mais le mécanisme exact n’était pas clair. De plus, d’autres études décrivent des protéines OPX courtes dépourvues de la partie qui s’intègre dans la membrane externe. Ici, on ne sait pas comment ces protéines pourraient soutenir l’exportation de polysaccharides.
Une équipe de recherche de l’Institut Max-Planck de microbiologie terrestre dirigée par Lotte Søgaard-Andersen a pu apporter un nouvel éclairage sur ces questions. À l’aide d’expériences et de biologie structurale computationnelle, les scientifiques fournissent des preuves d’un mécanisme entièrement nouveau sur la façon dont les bactéries peuvent exporter des polysaccharides à travers la membrane externe. Johannes Schwabe, étudiant diplômé et auteur principal de l’étude, et le Dr María Pérez-Burgos déclarent : « Nous avons commencé par examiner de près la voie dépendante de Wzx/Wzy pour la synthèse d’un polysaccharide sécrété appelé EPS chez M. xanthus. »
Selon les connaissances actuelles, l’EPS serait sécrété à travers la membrane externe par une protéine OPX intégrée à la membrane. Cependant, le groupe a découvert qu’une protéine de baril β de la membrane externe appelée EpsX est également importante pour l’exportation d’EPS. « Ensuite, étonnamment, nous avons découvert une protéine OPX courte périplasmique correspondante EpsY qui manque complètement de la partie pour couvrir la membrane externe. En collaboration avec le Dr Timo Glatter, nous avons également découvert qu’EpsX et EpsY interagissent directement. »
Sur la base de leurs observations et de la biologie structurale computationnelle, les scientifiques proposent qu’EpsX et EpsY représentent un nouveau type de translocon pour l’exportation de polysaccharides à travers la membrane externe, où une protéine de baril β fonctionne explicitement comme la partie couvrant la membrane externe dans un complexe bipartite avec une protéine OPX entièrement périplasmique.
Selon Lotte Søgaard-Andersen, cette connaissance détaillée pourrait ouvrir de nouvelles voies de contrôle des bactéries pathogènes. Elle explique : « Marco Herfurth, un étudiant diplômé de mon groupe de recherche, a découvert en utilisant la génomique computationnelle que des systèmes composites similaires sont répandus chez les bactéries Gram-négatives.
« Par exemple, ce nouveau système explique comment V. cholerae sécrète son polysaccharide VPS, qui est important pour la formation et la virulence du biofilm. Ainsi, nos découvertes ont non seulement des implications significatives pour notre compréhension de l’exportation de polysaccharides chez M. xanthus, mais aussi des implications profondes pour notre compréhension de l’exportation de polysaccharides en général chez les bactéries Gram-négatives. »
Johannes Schwabe et al, Preuve d’un troisième système répandu pour l’exportation de polysaccharides bactériens à travers la membrane externe comprenant un translocon composite OPX / β-Barrel, mBio (2022). DOI : 10.1128/mbio.02032-22