Comment les bactéries tricotent leur manteau de sucre : une nouvelle approche pour combattre la résistance ?
Des chercheurs utilisent la cryo-microscopie électronique pour visualiser un important canal de transport bactérien
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La plupart des bactéries, y compris de nombreux pathogènes bactériens, sont entourées d'une couche protectrice externe de molécules de sucre, appelée capsule. Celle-ci protège principalement les bactéries des influences environnementales, mais sert également de cape d'invisibilité, leur permettant d'échapper aux phagocytes de notre système immunitaire. Des biologistes structurels du Centre Helmholtz de recherche sur les infections (HZI) ont maintenant utilisé la cryo-microscopie électronique pour visualiser pour la première fois en trois dimensions au niveau atomique le complexe protéique central Wza-Wzc, avec lequel les molécules de sucre passent de l'intérieur de la cellule bactérienne à l'extérieur. Leurs recherches montrent également comment le canal se forme et quels acteurs moléculaires sont impliqués dans le transport actif des molécules de sucre à travers le canal. Les chercheurs espèrent que leur étude permettra d'identifier des structures cibles pour des médicaments potentiels qui pourraient à l'avenir inhiber ou empêcher complètement la formation de la capsule bactérienne. Cela rendrait également ces bactéries pathogènes vulnérables aux attaques du système immunitaire. L'étude a été menée en collaboration avec des chercheurs du Centre for Structural Systems Biology (CSSB) de Hambourg et vient d'être publiée dans la revue Nature Communications.
Vue en coupe de la structure cryo-EM du transporteur CPS Wza-Wzc.
© HZI/Biao Yuan
"De nombreuses bactéries ne sont pas nues, mais plutôt bien emballées - avec une coquille protectrice faite d'un réseau dense de molécules de sucre qui les protège des influences environnementales externes telles que la déshydratation", explique le professeur Dirk Heinz, directeur du département "Molecular Structural Biology" au HZI. "Cette capsule présente un autre avantage pour les bactéries pathogènes : elle agit comme une cape d'invisibilité. En effet, les molécules de sucre de la capsule bactérienne, dont l'enchaînement est très variable, rendent difficile leur reconnaissance par nos cellules immunitaires."
Dans un contexte de résistance croissante aux antibiotiques, le HZI travaille aussi intensivement à la recherche de nouvelles substances actives contre les bactéries pathogènes. Et si nous en savions plus sur la manière dont la cape de sucre des bactéries est tricotée et sur l'endroit où elle l'est ? "Ce serait un point de départ idéal pour développer des substances actives capables d'empêcher ou au moins de freiner la formation de la capsule bactérienne. Cela révélerait les structures sous-jacentes de la bactérie, que nos cellules immunitaires pourraient alors attaquer plus efficacement", explique le Dr Biao Yuan, scientifique au sein du groupe de recherche HZI de Dirk Heinz et premier auteur de l'étude.
On sait qu'un complexe protéique appelé Wza-Wzc joue un rôle clé dans la production de la capsule chez les bactéries dites Gram négatives, qui comprennent de nombreux agents pathogènes. Toutefois, on ne savait pas exactement à quoi ressemble ce complexe ni comment les molécules de sucre sont transportées de l'intérieur de la bactérie vers l'extérieur. L'étude des biologistes structurels du HZI a permis de faire la lumière sur ce point.
Pour leurs recherches, les scientifiques ont utilisé ce que l'on appelle la cryo-microscopie électronique. Cette technique permet de créer des images réelles de la structure tridimensionnelle des protéines à haute résolution spatiale. Ils ont mené leurs recherches sur la bactérie Escherichia coli K-12, une souche de laboratoire non pathogène de la bactérie intestinale E. coli, qui appartient aux bactéries Gram négatives. Les bactéries à Gram négatif possèdent une membrane cellulaire qui entoure l'intérieur de la cellule et une membrane externe supplémentaire qui la recouvre. À l'extérieur de la cellule se trouve la capsule bactérienne protectrice composée de molécules de sucre, qui est étroitement liée à la membrane externe. Les molécules de sucre formées à l'intérieur de la cellule doivent donc traverser d'une manière ou d'une autre la membrane cellulaire et la membrane externe pour s'échapper.
"Nous avons découvert que la protéine Wzc, qui est positionnée comme un octamère en forme d'anneau à l'intérieur de la membrane cellulaire, effectue une sorte de mouvement de recherche déclenché par un processus biochimique. Elle étend un bras moléculaire et entre ainsi en contact avec la protéine Wza, également composée de huit unités et située dans la membrane externe au-dessus", explique Biao Yuan. "Elles forment alors un canal de transport continu à travers lequel les molécules de sucre, avec l'aide d'une autre protéine, la polymérase Wzy, passent de l'intérieur de la bactérie à l'extérieur, où elles forment la capsule". La cape de sucre de la bactérie est ainsi tricotée à l'aide du système de transport Wza-Wzc-Wzy, qui fonctionne comme une sorte de métier à tricoter moléculaire. À l'intérieur, les molécules de sucre s'enchevêtrent les unes dans les autres et ressortent de l'autre côté, où elles font partie de la cape d'invisibilité.
"Notre étude nous a permis de générer pour la première fois de véritables images en 3D du canal de transport Wza-Wzc. Nous avons ainsi pu prouver de manière concluante son existence précédemment postulée", explique Dirk Heinz. "En outre, nous avons identifié des éléments moléculaires essentiels à sa formation et à son fonctionnement. Les chercheurs ont également trouvé une première preuve des acteurs moléculaires impliqués dans le transport actif des molécules de sucre à travers le canal. Dans des études ultérieures, l'équipe de recherche prévoit d'étudier plus en détail le canal de transport Wza-Wzc et ses partenaires fonctionnels moléculaires. Leur objectif est d'identifier des structures cibles possibles pour des substances actives qui peuvent être utilisées pour priver les bactéries de leurs fournitures de tricotage pour produire leur manteau protecteur d'invisibilité.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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