Comment les microbes responsables de maladies chargent leurs petites seringues pour préparer une attaque.

Avaler le mauvais microbe et vous pourriez vous retrouver à l'hôpital avec une ou deux aiguilles dans le bras - et beaucoup de toutes petites aiguilles bactériennes qui vous piquent de l'intérieur. C'est parce que de nombreuses bactéries qui nous rendent malades utilisent des structures microscopiques semblables à des seringues pour injecter nos cellules avec des protéines qui causent des ravages de l'intérieur. Maintenant, les chercheurs ont montré comment ces microbes chargent leurs aiguilles à l'échelle nanométrique avec des protéines.

Le suivi des protéines individuelles alors qu'elles bougeaient à l'intérieur des bactéries vivantes a révélé que les microbes utilisent un système similaire à une navette pour charger leurs seringues : les protéines de navette parcourent des chemins aléatoires à l'intérieur des microbes, attrapant la cargaison destinée à l'injection au fur et à mesure et la déposant aux seringues, rapportent les scientifiques le 3 janvier dans la revue Nature Microbiology. Savoir comment fonctionnent ces aiguilles bactériennes pourrait aider les scientifiques à apprendre comment les perturber - ou s'en emparer pour des applications médicales, comme utiliser des aiguilles bactériennes pour injecter des cellules cancéreuses avec des médicaments ciblés tout en laissant les tissus sains intacts.

Le transfert des protéines vers la seringue est "un mécanisme moléculaire vraiment nouveau qui n'était pas connu auparavant", explique le microbiologiste Andreas Diepold de l'Institut Max Planck pour la microbiologie terrestre à Marburg, en Allemagne.

Sous le microscope, les structures semblables à des seringues, appelées système de sécrétion de type III, ressemblent à des aiguilles creuses suffisamment larges pour qu'une seule protéine dépliée puisse s'y faufiler, explique Diepold. Toute la surface d'un microbe pourrait être recouverte de telles aiguilles, donnant à la bactérie l'aspect d'un sinistre petit pique-épingles. Les scientifiques connaissent assez bien la structure protéique de ces aiguilles à l'échelle nanométrique. Mais "nous ne connaissons pas la question fondamentale de la façon dont elles recrutent ce qui est injecté", dit-il.

Des études antérieures suggéraient qu'un anneau de protéines à la base du système de sécrétion, là où il se fixe à la membrane cellulaire bactérienne, pourrait agir comme une plate-forme de tri qui saisit les protéines cibles et les charge dans la seringue. Mais ce travail n'a pas été réalisé dans des cellules vivantes, explique la généticienne microbienne Kelly Hughes de l'Université de l'Utah à Salt Lake City, qui n'a pas participé à la nouvelle étude.

D'autres études sur des cellules vivantes, y compris des travaux récents de Diepold et de ses collègues, laissaient entendre que les composants de la plate-forme de tri pourraient ne pas rester en place à la base des seringues. Au lieu de cela, ils pourraient errer dans le mélange gélatineux de fluides, de protéines et d'autres éléments biologiques enfermés dans la membrane cellulaire d'une bactérie, ramassant et déposant les protéines cibles au fur et à mesure de leur avancement - comme des navettes.

La nouvelle étude a mis l'idée de la navette à l'épreuve en utilisant la microscopie de fluorescence pour suivre le mouvement des protéines individuelles de la plate-forme de tri dans Yersinia enterocolitica, une bactérie stomacale qui se cache dans la viande de porc insuffisamment cuite. Les cartes des trajectoires des protéines montrent qu'elles errent de manière aléatoire, en zigzag à travers les cellules. Et des expériences sur une souche mutante de Y. enterocolitica qui ne possède pas de protéines injectables ont révélé que les protéines de la navette se déplacent plus rapidement chez les mutants - sans cibles injectables auxquelles se lier, les protéines de la navette ne sont pas alourdies par la cargaison et peuvent se diffuser plus rapidement à travers les cellules. Cela a montré que les protéines de la plate-forme de tri ne se contentent pas d'errer ; elles ramassent également des passagers en chemin.

"Ce que j'ai aimé dans cet article, c'est qu'il était entièrement réalisé in vivo", dans des cellules vivantes, explique Hughes. "Vous obtenez ces magnifiques images. Et vous savez, une image vaut mille mots."

Éclaircir davantage les mystères entourant ces aiguilles à l'échelle microscopique facilitera la tâche des scientifiques pour perturber ces machines, ou pour les bricoler. Ce type de système de sécrétion, l'un des quelques types différents d'aiguilles dont disposent les bactéries, est répandu chez différentes espèces de bactéries, explique Diepold, il constitue donc des cibles intéressantes pour de nouveaux types de médicaments antibactériens.

Ils sont également des outils prometteurs pour la médecine et la biotechnologie, explique Hughes. Mais autant ils ressemblent à des seringues médicales, les seringues bactériennes fonctionnent différemment - et les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment les bactéries poussent les protéines à travers leurs aiguilles. Il est également difficile de savoir comment les protéines qui chargent les aiguilles reconnaissent leurs cibles. "Nous voulons comprendre le mystère de la façon dont ces systèmes fonctionnent", explique Diepold. "Nous voulons comprendre quelles solutions l'évolution a trouvé pour permettre aux bactéries de nous infecter."