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Décodage de l'arme fatale des bactéries

Des scientifiques allemands et américains ont décodé la structure des aiguilles d'injection bactérienne à une résolution atomique. Présentés dans la revue Nature, les résultats de l'étude pourraient aider les chercheurs à créer des médicaments personnalisés et développer des stratégies qui permettraient d'éviter les infections. Les maladies bactériennes sont dangereuses car l'hôte est infecté par un appareil d'injection. L'étude a été financée en partie par le projet BIO-NMR («Nuclear magnetic resonance (NMR) for structural biology»), bénéficiant de près de 9 millions d'euros au titre du thème Infrastructures de recherche du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE.

Sous la direction de l'Institut Max Planck de chimie biophysique en Allemagne, les chercheurs expliquent que les bactéries libèrent des agents moléculaires dans les cellules de l'hôte au moyen de structures en forme d'aiguilles. Ainsi, elles évitent toute réaction immunitaire. Les chercheurs ont pu déchiffrer la structure de cette aiguille, découvrant que des centaines de petites aiguilles apparaissent à la surface de la membrane bactérienne, transformant celle-ci en un outil redoutable et responsable de la virulence de la peste ou du choléra.

Ces minuscules aiguilles, dont la base se trouve à l'intérieur de la membrane, contiennent ce que les experts appellent le système de sécrétion de type III, un dispositif d'injection par lequel les pathogènes introduisent des agents moléculaires dans les cellules de l'hôte. Ces substances influencent les processus métaboliques essentiels et immobilisent les défenses immunitaires des cellules infectées. En découle une mort cellulaire (ou apoptose) car les pathogènes se propagent dans tout l'organisme, en évitant tout mécanisme destiné à les stopper.

Jusqu'à présent les chercheurs ne sont parvenus qu'à prescrire des médicaments pour lutter contre l'infection. Mais les souches bactériennes sont capables de résister aux antibiotiques. Ainsi, le monde de la recherche doit développer des traitements médicamenteux plus spécifiques.

Personne n'a jamais réussi à comprendre la structure spécifique de ces aiguilles de 60 à 80 nanomètres de long et 8 nanomètres de large. Les outils traditionnels comme la cristallographie à rayons X ou la microscopie à électrons n'ont jamais apporté des structures modèles correctes ou ont tout simplement échoué. L'aiguille, car elle n'est ni cristallisable ni insoluble, a résisté à toutes les tentatives faites pour décoder sa structure atomique. Ainsi, notre équipe de recherche qui associe la production de l'aiguille en laboratoire avec la spectroscopie de RMN à état solide, la microscopie à électrons et la modélisation informatique. Ils ont décodé la structure de l'aiguille atome par atome et imaginé son architecture moléculaire pour la première fois dans la gamme angstrom. Il s'agit d'une résolution inférieure à un dixième de millionième de millimètre.

«Nous avons réalisé plusieurs progrès concernant la production d'échantillons ainsi que dans la spectroscopie de RMN à état solide», commente l'auteur principal, Adam Lange du département de biologie structurelle de RMN de l'institution allemande. «Enfin, nous avons pu utiliser l'un des spectromètres de RMN à état solide les plus puissants du département de Christian Griesinger de biologie structurelle de RMN de notre institut.» Avec une force de 20 teslas, le champ magnétique de ce spectromètre de 850 mégahertz est environ 400 000 fois plus fort que celui de la Terre. «Nous étions surpris de voir comment les aiguilles étaient construites», commente le Docteur Lange.

Leurs résultats montrent des similarités à l'intérieur des aiguilles mais des différences au niveau de la surface. Cette divergence pourrait être l'élément qu'utilisent les bactéries pour empêcher le système immunitaire de l'hôte de les reconnaître. Les changements au niveau de la surface des aiguilles perturbent le système immunitaire car ce dernier ne reconnaît pas le pathogène. Leurs travaux pourraient aider les chercheurs à bloquer le système de seringue et maîtriser les bactéries.

Cordis

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