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Cette découverte pourrait contribuer à expliquer pourquoi il est difficile de se débarrasser de certaines infections.

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Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de l’Utah détaille un nouveau mécanisme que les bactéries infectieuses utilisent pour s’adapter rapidement au stress environnemental. Cette découverte pourrait contribuer à expliquer pourquoi il est difficile de se débarrasser de certains types d’infections courantes, telles que les infections des voies urinaires et du sang, comme la septicémie.

Le mécanisme, décrit dans la revue Nucleic Acids Researchmodifie la précision avec laquelle la bactérie fabrique des protéines, des molécules complexes qui effectuent la plupart des tâches dans les cellules. Ces changements peuvent améliorer les chances de survie de la bactérie.

Comprendre comment les agents pathogènes survivent à des situations stressantes peut révéler de nouvelles cibles pour le développement de médicaments et de vaccins antimicrobiens. »

Matthew Mulvey, Ph.D., professeur de pathologie, U de U Health

S’adapter ou mourir

Lorsqu’une bactérie infecte son hôte, elle est exposée à un stress, tel qu’un environnement extrêmement salé ou acide ou de nouveaux antibiotiques, qui pourrait facilement sonner le glas de l’agent pathogène. Si le facteur de stress paralyse ne serait-ce qu’une seule des voies clés dont la bactérie a besoin pour survivre, la population entière pourrait disparaître.

Cependant, les bactéries peuvent s’adapter, une capacité qui repose sur une légère entorse aux principes de base de la biologie.

Le dogme veut que chaque gène contienne des instructions pour fabriquer un seul type de protéine. Une molécule appelée ARN de transfert (ARNt) utilise ensuite ces instructions pour superviser la production des protéines. En période de stress, cependant, des modifications aléatoires du processus médié par l’ARNt peuvent être un moyen particulièrement rapide de modifier l’ensemble des protéines d’une cellule. Cela peut générer de nouvelles protéines utiles qui aident l’organisme à prospérer.

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« Il est de plus en plus admis qu’un peu de bruit dans le système peut être bénéfique », a déclaré Mulvey.

Des attentes changeantes

La découverte est le fruit d’un heureux hasard. Un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Mulvey est tombé sur une enzyme bactérienne appelée MiaA qui s’est avérée être à la fois particulièrement sensible au stress environnemental et centrale dans la régulation de l’expression des protéines. Dans une expérience, il a créé une version d’une bactérie particulièrement pathogène dépourvue du gène codant pour MiaA.

« Chaque type de stress auquel nous avons exposé la souche déficiente en MiaA semblait causer des problèmes », a déclaré le coauteur de l’étude, Matthew Blango, Ph.D., qui est maintenant chef de groupe de recherche junior à l’Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections à Iéna, en Allemagne. « Donc, nous avons vraiment pensé que cette protéine pouvait jouer un rôle important dans la régulation des gènes ».

Les bactéries sans MiaA ne se développaient pas bien et ne provoquaient pas d’infections urinaires ou de septicémie chez les souris. Cela s’est également produit lorsque les chercheurs ont manipulé les bactéries pour qu’elles expriment trop de MiaA. Il semble qu’il existe une zone « Boucle d’or », où la quantité exacte de MiaA permet une réponse optimale au stress », a déclaré Blango.

Voyant à quel point les choses allaient mal lorsque les niveaux de MiaA étaient déséquilibrés, l’ancienne étudiante diplômée Brittany Fleming, Ph.D., co-auteur principal de l’étude, a poursuivi ses recherches. Elle a découvert que l’élimination de MiaA provoquait un « décalage de cadre » aléatoire – une erreur où l’ARNt fournit des codes génétiques de trois lettres à traduire en protéines qui sont décalées d’une lettre. Par exemple, un code génétique de « cat cat gta » peut se lire « atc atg ta… » lorsqu’il est décalé. Chez la bactérie, le résultat d’un tel décalage est une diminution de la production de protéines importantes et la production de protéines inattendues.

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D’autres expériences menées par le co-premier auteur et étudiant diplômé Alexis Rousek ont montré que la modification des niveaux de MiaA pouvait altérer la disponibilité de métabolites clés qui alimentent d’autres voies importantes de réponse au stress dans la bactérie. Ces résultats impliquent que MiaA est un acteur clé dans un réseau de voies qui peuvent avoir un impact sur la résistance au stress des pathogènes.

Mulvey indique que la prochaine étape pour son laboratoire est d’apprendre comment le stress environnemental modifie les niveaux de MiaA dans les bactéries.

Les implications de cette recherche peuvent aller au-delà du contrôle des infections. Les humains expriment une version de MiaA qui est liée à certains cancers et maladies métaboliques. « Ce que nous avons appris sur le fonctionnement de MiaA est susceptible d’être pertinent pour la recherche sur le cancer et d’autres maladies humaines non infectieuses », a déclaré Mulvey.

Source :

Université de l’Utah Health

Référence du journal :

Fleming, B.A., et al. (2022) Une enzyme modifiant l’ARNt en tant que régulateur réglable des réponses au stress et de la virulence des bactéries. Nucleic Acids Research. doi.org/10.1093/nar/gkac116.