Les parasites du paludisme se déplacent sur des hélices droites
Les schémas de mouvement facilitent la transition entre les compartiments tissulaires
Avec des millions de victimes, le paludisme est une maladie infectieuse provoquée par la piqûre d'un moustique porteur du parasite de la malaria. Après avoir pénétré la peau, l'agent pathogène se déplace selon des trajectoires hélicoïdales. Il tourne presque toujours vers la droite, comme l'a récemment découvert une équipe de physiciens et de chercheurs sur le paludisme de l'université de Heidelberg. En utilisant des techniques d'imagerie à haute résolution combinées à des simulations informatiques, les chercheurs ont démontré que l'agent pathogène utilise ces hélices droites pour contrôler son mouvement lorsqu'il passe d'un compartiment tissulaire à un autre. Ce modèle de mouvement est rendu possible par l'asymétrie, jusqu'à présent inexpliquée, du plan corporel de l'organisme unicellulaire. Selon les chercheurs, leurs résultats pourraient contribuer à améliorer les tests de nouveaux médicaments et vaccins.
L'agent pathogène du paludisme, Plasmodium, est transmis par les glandes salivaires du moustique à la peau de l'hôte. À ce stade précoce, le parasite unicellulaire a une forme de croissant. Cette forme cellulaire inhabituelle est à l'origine des mouvements hélicoïdaux caractéristiques des sporozoïtes. Ces mouvements permettent à l'agent pathogène de s'enrouler plus facilement autour des vaisseaux sanguins ou de s'accrocher aux tissus environnants, comme l'ont démontré le physicien Ulrich Schwarz et le chercheur sur le paludisme Friedrich Frischknecht dans des travaux antérieurs menés en collaboration. Nos nouvelles recherches montrent que les parasites du paludisme se déplacent presque exclusivement sur des hélices droites dans des environnements tridimensionnels", explique le professeur Schwarz, qui dirige le groupe de recherche "Physique des biosystèmes complexes" à l'Institut de physique théorique de l'université de Heidelberg.
Lors d'expériences menées au Centre des maladies infectieuses de l'hôpital universitaire de Heidelberg, les scientifiques ont étudié la fonction biologique que pourrait avoir ce mouvement droitier. Ils ont utilisé des hydrogels synthétiques comme substitut tissulaire, ce qui permet d'utiliser des processus d'imagerie à haute résolution et de comparer quantitativement le mouvement des cellules avec les simulations informatiques. Au cours de ce processus, les chercheurs ont découvert que les parasites au fond de l'hydrogel sur le substrat de verre se comportent différemment que s'ils étaient appliqués sur une lame de verre directement à partir d'une solution fluide. Dans le premier cas, les parasites tournent dans le sens des aiguilles d'une montre sur le verre ; dans le second, ils tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Sur cette base, les chercheurs ont conclu que le mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre est la clé de la pénétration du parasite dans les différents compartiments.
"Nous pensons que cette chiralité s'est développée au cours de l'évolution pour permettre à l'agent pathogène de passer rapidement et toujours de la même manière d'un compartiment tissulaire à l'autre dans le corps de l'hôte", explique Friedrich Frischknecht, professeur de parasitologie intégrative à la faculté de médecine de Heidelberg de l'université de Heidelberg et chercheur au centre de recherche sur les maladies infectieuses intégratives de l'hôpital universitaire de Heidelberg. Les différences de mouvement entre les substrats conventionnels en solution et ceux provenant d'un hydrogel tridimensionnel pourraient expliquer pourquoi les sporozoïtes n'ont pas réussi à infecter les cellules hépatiques lors d'expériences précédentes en laboratoire. "Nos résultats montrent que le fait que les agents pathogènes soient appliqués directement sur le verre ou qu'ils se déplacent d'abord dans un tissu fait une grande différence", ajoute le Dr Mirko Singer, post-doctorant dans le groupe du professeur Frischknecht. Les résultats actuels sur le mouvement des parasites pourraient donc contribuer à améliorer les essais expérimentaux et à développer de nouvelles approches pour la prévention des infections.
En combinant l'imagerie à haute résolution et les modèles mathématiques, les chercheurs ont également pu découvrir le mécanisme moléculaire sous-jacent. Des travaux théoriques antérieurs avaient révélé comment la forme particulière du croissant du parasite détermine son mouvement. "Nos simulations informatiques ont confirmé que seule une asymétrie à l'extrémité avant du parasite pouvait être à l'origine des mouvements observés expérimentalement", déclare Leon Letterman, candidat au doctorat dans le groupe dirigé par le professeur Schwarz. En utilisant la microscopie à super-résolution, les chercheurs ont identifié une caractéristique distinctive dans le plan corporel du parasite qui entraîne une distribution inégale de la force le long du corps.
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