Comment les mauvaises bactéries trouvent-elles des points d’entrée dans l’organisme pour provoquer une infection ? Cette question est fondamentale pour les experts en maladies infectieuses et les personnes qui étudient les bactéries. Les agents pathogènes nocifs, comme la salmonelle, se frayent un chemin dans un système intestinal complexe où ils sont largement dépassés en nombre par les bonnes bactéries et les cellules immunitaires. Pourtant, les agents pathogènes parviennent à trouver des points d’entrée vulnérables dans l’intestin qui leur permettraient d’envahir et d’infecter l’organisme.
Une équipe de chercheurs de l’UC Davis Health a découvert un nouveau mécanisme bioélectrique que ces agents pathogènes utilisent pour trouver ces ouvertures. l’étude a été publiée dans Microbiologie de la nature.
Des bactéries traversent l’intestin fermé
Chaque année, la salmonelle est responsable d’environ 1,35 million de maladies et de 420 décès aux États-Unis. Pour infecter une personne, ce pathogène doit traverser la paroi intestinale.
« Une fois ingérées, les salmonelles parviennent jusqu’aux intestins. Là, elles sont largement dépassées en nombre par plus de 100 000 milliards de bonnes bactéries (connues sous le nom de commensales). Elles sont confrontées à une probabilité d’une sur un million », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Yao-Hui Sun, chercheur scientifique affilié aux départements de médecine interne, d’ophtalmologie et de sciences de la vision et de dermatologie.
Pour comprendre comment les salmonelles pénètrent dans l’intestin, les chercheurs ont observé le mouvement des bactéries S. Typhimurium (une souche de Salmonella) et l’ont comparé à celui d’une souche inoffensive de bactéries Escherichia coli (E. coli).
Naviguer dans un paysage intestinal complexe
L’intestin est un paysage très complexe. Sa structure épithéliale comprend l’épithélium des villosités et l’épithélium associé aux follicules (EAF). L’épithélium des villosités est constitué de cellules absorbantes (entérocytes) dotées de protubérances qui facilitent l’absorption des nutriments.
Le FAE, en revanche, contient des cellules M recouvrant de petits amas de tissu lymphatique appelés plaques de Peyer. Ces cellules M sont chargées de prélever des antigènes. Elles agissent comme première ligne de défense du système immunitaire contre les antigènes microbiens et alimentaires.
En réponse à un champ électrique directionnel de 2 V cm−1, E. coli (en rouge) et Salmonella (en vert) migrent simultanément et exclusivement vers l’anode et la cathode, respectivement. Crédit : Microbiologie de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41564-024-01778-8
Résultats
Les recherches menées sur un modèle murin ont montré que les salmonelles détectent les signaux électriques dans l’EAF. Elles se déplacent vers cette partie de l’intestin où elles trouvent des ouvertures par lesquelles elles peuvent entrer. Ce processus de déplacement cellulaire en réponse aux champs électriques est appelé galvanotaxie ou électrotaxie.
« Notre étude a révélé que ce « point d’entrée » possède des champs électriques dont les bactéries Salmonella profitent pour passer », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Min Zhao. Zhao est professeur d’ophtalmologie et de dermatologie à l’UC Davis et chercheur affilié à l’Institute for Regenerative Cures.
L’étude a également montré que les bactéries E. coli et Salmonella réagissent différemment aux champs bioélectriques. Elles ont des réponses opposées au même signal électrique. Alors que les bactéries E. coli se regroupent à proximité des villosités, les Salmonella se regroupent à proximité des FAE.
L’étude a détecté des courants électriques qui se déplacent en entrant dans les villosités absorbantes et en sortant du FAE.
« Il est à noter que le champ bioélectrique dans l’épithélium intestinal est configuré de telle manière que les salmonelles profitent de leur capacité à être triées vers le FAE, ce qui est moins le cas pour E. coli », a expliqué Sun. « Le pathogène semble préférer le FAE comme porte d’entrée pour envahir l’hôte et provoquer des infections. »
Des études antérieures ont montré que les bactéries utilisent la chimiotaxie pour se déplacer. Grâce à la chimiotaxie, les bactéries détectent les gradients chimiques et se rapprochent ou s’éloignent de composés spécifiques. Mais la nouvelle étude suggère que la galvanotaxie de Salmonella vers le FAE ne se produit pas par des voies de chimiotaxie.
« Notre étude présente un mécanisme alternatif ou complémentaire dans la modulation du ciblage de Salmonella sur l’épithélium intestinal », a déclaré Zhao.
Lien potentiel avec les MII et d’autres troubles intestinaux
L’étude pourrait avoir le potentiel d’expliquer des maladies chroniques complexes, telles que les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI).
« Ce mécanisme représente une nouvelle course aux armements entre les agents pathogènes et le corps humain, avec des implications potentielles pour d’autres infections bactériennes ainsi que pour des possibilités de prévention et de traitement », a déclaré Zhao. « On pense que la cause fondamentale des MII est une réponse immunitaire excessive et anormale contre les bonnes bactéries. Il sera intéressant de savoir si les patients prédisposés aux MII présentent également des activités bioélectriques anormales dans l’épithélium intestinal. »
Plus d’informations :
Yao-Hui Sun et al, Les signaux électriques épithéliaux intestinaux déterminent la localisation différentielle des entérobactéries, Microbiologie de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41564-024-01778-8