Comme les humains, les bactéries ont divers systèmes immunitaires pour se défendre contre les agents pathogènes tels que les virus. Ces systèmes immunitaires dégradent généralement l’ADN des agents pathogènes pour le rendre inoffensif. Dans le groupe de recherche du professeur adjoint Daan Swarts du Laboratoire de biochimie de l’Université et de la recherche de Wageningen, un système immunitaire entièrement nouveau qui utilise un autre mécanisme de neutralisation des envahisseurs a été découvert. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique Cellule.
Au plus profond de notre corps, une course aux armements continue se déroule. D’une part, les virus continuent de chercher de nouvelles façons de pénétrer dans nos cellules, et d’autre part, notre corps continue de proposer de meilleurs mécanismes de défense pour éliminer ces virus. C’est ainsi que la maladie et la santé sont généralement maintenues en équilibre. La même course aux armements est menée entre les bactéries et leurs « envahisseurs » pathogènes : virus et plasmides.
Dans un article de la revue scientifique Cellule, doctorat Le candidat Bel Koopal du groupe de recherche de Daan Swarts décrit un nouveau mécanisme de défense dans cette course aux armements. Les scientifiques démontrent qu’un nouveau type de « protéines Argonaute » bactériennes, après avoir détecté l’ADN envahisseur, décompose délibérément toutes les molécules portant le nom éloquent de nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+).
Éteint complètement la cellule
Les protéines argonautes sont présentes dans des organismes multicellulaires comme les plantes et les humains, mais aussi dans des organismes unicellulaires comme les bactéries. Ces Argonautes sont programmés avec un petit brin « d’ARN guide » ou « d’ADN guide » pour trouver de l’ARN ou de l’ADN invasif avec la même séquence. Dans la plupart des cas, l’intrus est ensuite détruit en le découpant en morceaux plus petits et inoffensifs. Bien que la protéine Argonaute dans la recherche de Swarts utilise également l’ARN guide, elle se défend par une approche fondamentalement différente : après avoir détecté l’ADN invasif, elle arrête complètement la cellule en décomposant le NAD+.
La cellule infectée périt
La molécule NAD + a une fonction cruciale dans le métabolisme des cellules et maintient le moteur proverbial en marche permettant l’existence continue d’une cellule. « Sans NAD+, la cellule finira par mourir », explique Swarts. « Cela peut sembler contradictoire, mais c’est exactement ce qui est censé se produire. En laissant la cellule infectée mourir, l’envahisseur ne peut pas se propager ou se propager aux bactéries voisines. La cellule bactérienne est » sacrifiée « afin de sauver d’autres cellules saines. »
Bactéries avancées
Ce système immunitaire a été trouvé dans différentes espèces de bactéries. Swarts n’a pas été surpris que ces organismes unicellulaires possèdent des mécanismes de défense aussi complexes. « Les gens sous-estiment souvent la capacité des bactéries », dit-il. « Aussi petites que soient les bactéries, leur système immunitaire évolue depuis des millions d’années et devient de plus en plus avancé. Ils le doivent, car les virus sont souvent très sophistiqués aussi. »
« A l’avenir, nous pourrons peut-être détecter des maladies dans le corps humain en utilisant ce genre d’outils génétiques », observe Daan Swarts.
Swarts, Koopal et leurs collègues ont mené la recherche principalement à partir d’un désir scientifique de comprendre les mécanismes des protéines Argonaute. Cependant, Swarts pense que ces nouvelles connaissances auront également des applications pratiques à long terme. Par exemple, le groupe de recherche a démontré que le système immunitaire peut être isolé puis reprogrammé avec un brin d’ARN guide de choix. Comme la dégradation du NAD+ peut être facilement détectée, la protéine Argonaute peut être utilisée pour reconnaître des séquences d’ADN spécifiques sur commande. « A l’avenir, nous pourrons peut-être détecter des maladies dans le corps humain en utilisant ce type d’outils génétiques », estime Swarts. « Mais nous n’en sommes pas encore là. Pour l’instant, nous sommes motivés par une curiosité fondamentale. »
Balwina Koopal et al, Les systèmes Argonaute procaryotes courts déclenchent la mort cellulaire lors de la détection d’ADN envahissant, Cellule (2022). DOI : 10.1016/j.cell.2022.03.012