La plupart des animaux vivent en étroite relation avec les bactéries. Certaines d’entre elles vivent à l’intérieur des cellules de leurs hôtes, mais très peu sont capables de vivre à l’intérieur des organites cellulaires (structures à l’intérieur de la cellule, comme les organes du corps). Un groupe de bactéries a découvert comment coloniser le noyau de leurs hôtes, un exploit remarquable étant donné que le noyau est le centre de contrôle de la cellule.
Jusqu’à présent, on ne sait rien des processus moléculaires et cellulaires utilisés par ces bactéries intranucléaires pour infecter et se reproduire chez les animaux hôtes. Un groupe de scientifiques de l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême, en Allemagne, présente aujourd’hui la première analyse approfondie d’un parasite intranucléaire des animaux dans une étude publiée dans Microbiologie de la nature.
Comment se reproduire massivement dans une cellule sans la tuer
Ce parasite intranucléaire, Candidatus endonucleobacter, infecte les noyaux des moules des grands fonds provenant des sources hydrothermales et des sources froides du monde entier. Une seule cellule bactérienne pénètre dans le noyau des moules et se reproduit ensuite jusqu’à atteindre plus de 80 000 cellules, ce qui fait gonfler le noyau jusqu’à 50 fois sa taille d’origine.
« Nous voulions comprendre comment la bactérie infecte et se reproduit à l’intérieur des noyaux, et en particulier comment ces bactéries acquièrent les nutriments dont elles ont besoin pour leur réplication massive, tout en empêchant leurs cellules hôtes de mourir », explique Niko Leisch, co-auteur principal avec Nicole Dubilier du département Symbiose de l’Institut Max Planck de microbiologie marine.
À l’aide d’une série de méthodes moléculaires et d’imagerie, les scientifiques ont révélé que Ca. endonucleobacter se nourrit de sucres, de lipides et d’autres composants cellulaires de son hôte. Il ne digère pas les acides nucléiques de son hôte, comme de nombreuses autres bactéries intranucléaires. Cette stratégie alimentaire garantit que la cellule hôte fonctionne suffisamment longtemps pour fournir à Ca. endonucleobacter les nutriments dont il a besoin pour se reproduire en si grand nombre.
Course aux armements pour le contrôle de la cellule
Une réponse courante des cellules animales à l’infection est l’apoptose, un programme de suicide que les cellules initient lorsqu’elles sont endommagées ou infectées par des bactéries ou des virus.
« Il est intéressant de noter que ces bactéries ont mis au point une stratégie sophistiquée pour empêcher leurs cellules hôtes de s’autodétruire », explique le premier auteur, Miguel Ángel González Porras. « Elles produisent des protéines qui suppriment l’apoptose, appelées inhibiteurs de l’apoptose (IAP). »
S’ensuit alors une course aux armements pour contrôler la mort cellulaire : à mesure que les bactéries produisent de plus en plus d’IAP, la cellule hôte accélère sa production de protéines qui induisent l’apoptose. Finalement, après que le parasite a eu le temps de se multiplier en masse, la cellule hôte se rompt, libérant les bactéries et leur permettant d’infecter de nouvelles cellules hôtes.
Dubilier ajoute : « La découverte d’IAP chez Ca. endonucleobacter a été l’un des résultats les plus surprenants de notre étude, car ces protéines ne sont connues que chez les animaux et quelques virus, mais n’ont jamais été trouvées chez les bactéries. »
Les analyses des auteurs sur les relations évolutives des IAP ont révélé que le parasite avait probablement acquis ces gènes de son hôte par transfert horizontal de gènes (HGT). Si le transfert horizontal de gènes des bactéries aux eucaryotes est bien connu, seuls quelques exemples de transfert horizontal de gènes dans la direction opposée, comme les auteurs l’ont maintenant découvert, sont connus.
Les implications de l’évolution pour la médecine
« Notre découverte élargit notre compréhension des interactions entre l’hôte et les microbes et met en lumière les stratégies complexes que les parasites ont développées pour prospérer chez leurs hôtes », explique Dubilier. Ces résultats pourraient avoir des implications plus larges pour l’étude des infections parasitaires et des stratégies d’évasion immunitaire chez d’autres organismes.
« Notre recherche met en lumière un mécanisme négligé d’échange génétique – le transfert de gènes hétérozygotes des eucaryotes aux bactéries – qui pourrait influencer notre compréhension de l’évolution et de la pathogénèse microbiennes. De plus, notre étude offre des informations sur la régulation de l’apoptose, ce qui est pertinent pour la recherche sur le cancer et la biologie cellulaire », conclut Leisch.
Plus d’informations :
Un parasite bactérien intranucléaire des moules des grands fonds exprime des inhibiteurs de l’apoptose acquis de son hôte, Microbiologie de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41564-024-01808-5