« Nous nous intéressons depuis un certain temps à la vie romantique du parasite Cryptosporidium », explique Boris Striepen, scientifique à la Penn’s School of Veterinary Medicine.
Cryptosporidium est l’une des principales causes de maladies diarrhéiques chez les jeunes enfants dans le monde. Le parasite intestinal contribue à la mortalité infantile et provoque la malnutrition et le retard de croissance. La façon dont un parasite comme celui-ci se reproduit et complète son cycle de vie a un impact significatif sur la santé des enfants.
« C’est le produit du sexe du parasite, qui est ici un agent infectieux, une spore, qui est transmis par l’eau contaminée », explique Striepen. « Donc, si vous brisez sa capacité à avoir des relations sexuelles, vous briseriez le cycle de transmission et d’infection. »
Dans un nouvel article de PLOS Biologie, Striepen et ses collègues de son laboratoire explorent de nouvelles voies pour comprendre comment Cryptosporidium se reproduit à l’intérieur d’un hôte. L’utilisation d’une technique d’imagerie avancée a permis aux scientifiques d’observer l’intégralité du cycle de vie en laboratoire. Ils ont découvert que le parasite accomplissait trois cycles de réplication asexuée, puis passait directement aux formes sexuelles mâles et femelles. Leurs observations réfutent un stade intermédiaire introduit dans les années 1970 et correspondent bien à la description originale du médecin et parasitologue Edward Tyzzer qui a découvert ce pathogène il y a plus d’un siècle.
« Ce que nous avons montré contredit ce que vous voyez dans la plupart des manuels aujourd’hui, y compris la description sur le site Web des Centers for Disease Control and Prevention », déclare Striepen. « C’est vraiment un cycle de vie super simple qui s’achève sur un seul hôte en trois jours et qui ne comporte que trois caractères : des cellules asexuées, des cellules mâles et des cellules femelles. »
D’autres parasites, comme le parasite du paludisme Plasmodium, un « cousin » de Cryptosporidium, ont des chemins plus compliqués et plus longs pour suivre un cycle de vie globalement similaire. Alors que Crypto termine son cycle de vie dans un hôte, la plupart des parasites du paludisme se déplacent entre deux : un moustique, où se produit la reproduction sexuée du parasite, et un humain, où se produit sa réplication asexuée.
« Cryptosporidium est un excellent modèle pour étudier le développement du parasite ; vous pouvez voir des étapes analogues à ce qui se passe avec le parasite du paludisme, mais c’est beaucoup plus simple car tout se passe en seulement trois jours chez un hôte, et nous pouvons l’observer dans de simples cultures cellulaires, » dit Striepen.
Dans des travaux antérieurs sur Cryptosporidium, Striepen et ses collègues avaient découvert que la reproduction sexuée semblait nécessaire pour que le parasite se déplace d’un hôte à l’autre pour en infecter un autre, mais aussi pour se maintenir chez un hôte lors d’une infection chronique. Bloquer la progression du développement et le sexe du parasite se présente donc comme une stratégie pour guérir ou prévenir l’infection.
Cryptosporidium est un minuscule parasite unicellulaire qui envahit et se reproduit à l’intérieur des cellules de l’intestin de ses hôtes. Pour voir de plus près ce qui se passait, les chercheurs ont développé une technique d’imagerie microscopique de cellules vivantes pour suivre la progression du parasite sur plusieurs jours dans des cultures cellulaires. Grâce au génie génétique, ils ont ajouté une étiquette fluorescente au noyau de chaque parasite, leur permettant d’observer la réplication du parasite en temps réel et de distinguer les différentes étapes de son cycle de vie.
Ce qu’ils ont vu, c’est que les parasites « comptent jusqu’à trois », explique Striepen. Plutôt que de répondre aux signaux environnementaux, les parasites ont suivi un plan rigide intégré. Après avoir infecté une culture, le parasite a subi trois cycles de reproduction asexuée. Chaque cycle a duré environ 12 heures, au cours desquelles le parasite s’est établi dans la cellule hôte et s’est reproduit, ce qui a donné huit nouveaux parasites infectieux. Ceux-ci ont ensuite été libérés pour infecter les cellules hôtes environnantes.
Après ces trois vagues d’amplification, leur destin change brusquement et ils se transforment en gamètes mâles ou femelles, ou en cellules sexuelles, dans un processus qui a également duré environ 12 heures. En suivant les parasites individuels et leur progéniture, les chercheurs n’ont trouvé aucune preuve d’une forme intermédiaire spécialisée assumée par de nombreux manuels, démontrant un développement direct.
Fait intéressant, le parasite semblait pré-engagé dans son destin futur et transportait ce plan d’une cellule hôte à l’autre d’une manière qui n’était pas encore comprise.
Les chercheurs ont été intrigués de voir que les mâles et les femelles proviennent des formes infectieuses libérées par les mêmes parasites asexués. « L’un des aspects vraiment intéressants de l’identité sexuelle ici est qu’elle n’est pas héritée et câblée dans le génome, mais beaucoup plus fluide », explique Striepen. « Il y a une cellule asexuée qui se divise en clones génétiquement identiques, puis ces clones deviennent en quelque sorte mâle ou femelle à la volée, ce qui entraîne une forme et un comportement cellulaires radicalement différents. »
Les recherches futures se concentreront sur le mécanisme moléculaire de l’engagement pour comprendre comment ce cycle de vie est programmé dans la biologie du parasite. Comprendre le cycle de vie de Cryptosporidium est essentiel pour réfléchir à la façon de créer un vaccin ou une thérapie pour la maladie, dit Striepen.
« La façon dont les cellules prennent des décisions et exécutent des plans de développement est l’une des questions les plus fondamentales en biologie. Cryptosporidium offre un système traitable pour mieux comprendre ce mécanisme chez les parasites. Espérons que nous pourrons obtenir des informations qui contribuent à la compréhension de la cryptosporidiose et du paludisme et ouvrir la voie à de nouvelles interventions urgentes pour ces maladies importantes. »
PLOS Biologie (2022). journals.plos.org/plosbiology/ … journal.pbio.3001604